Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика. Пырков В.В. , 2005. Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика
 Скачать 10.16 Mb.
|
|
9. СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА 9.1. Гидравлический режим Система обеспечения микроклимата представляет собой развет вленную сеть трубопроводов, которые берут начало у генераторов теплоты либо холода. Вода по трубопроводам доносит энергию от гене раторов к теплообменным приборам и возвращается обратно, образовы вая циркуляционные кольца. Количество циркуляционных колец в системе обеспечения микро климата равно количеству путей, для прохода теплоносителя: в одно трубной — количеству стояков или приборных веток, в двухтрубной — количеству теплообменных приборов. Так, на рис. 9.1,а весь стояк явля ется одним циркуляционным кольцом. Циркуляционные кольца в за мыкающих участках узлов обвязки теплообменных приборов однотруб ных систем учитывают с помощью характеристики сопротивления или пропускной способности узла в целом. Малые циркуляционные кольца внутри теплообменного прибора не учитывают. На рис. 9.1,б и 9.1,в каж дый теплообменный прибор двухтрубной системы образовывает от дельное циркуляционное кольцо, поэтому их по три в данных стояках. Циркуляционное кольцо через замыкающий участок узла обвязки теп лообменного прибора на рис. 9.1,в учитывают с помощью характеристи ки сопротивления или пропускной способности узла в целом. Циркуляционные кольца параллельны между собой. Их гидравли ческое сопротивление должно быть одинаковым, если не учитывать изменение гравитационного давления теплоносителя по высоте двух трубного стояка. б а в Рис. 9.1. Системы: а ñ однотрубные; б ñ двухтрубные с переменным гидравлическим режимом; в ñ двухтрубные с постоянным гидравлическим режимом 209 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 208 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА обратном трубопроводах, что положительно влияет на работу генерато ров теплоты. Однако, вероятность образования малого либо нулевого расхода теплоносителя может привести к образованию обледенения хо лодильных машин, перегреву котлов с инерционными теплообменника ми, поэтому наилучшим проектным решением является применение многоконтурных систем с различными гидравлическими режимами. Например, в теплообменном приборе с терморегулятором — перемен ный гидравлический режим, в трубопроводах системы — переменный либо постоянный режим, в трубопроводах обвязки котлов или чилле ров — постоянный режим. Такой подход не только улучшает работу кот лов, чиллеров и насосов, но и улучшает работу регулирующих клапанов и терморегуляторов системы обеспечения микроклимата. Это происхо дит вследствие выделения в отдельный циркуляционный контур сопро тивления котлов или чиллеров, что уменьшает сопротивление регули руемого участка с регулирующими клапанами и терморегуляторами, а, следовательно, увеличивает их внешние авторитеты. Наличие контура с постоянным гидравлическим режимом всегда оказывает положитель ное влияние на присоединяемый к нему контур с переменным гидрав лическим режимом. Это следует из определений регулируемого участка и внешнего авторитета (см. п.р. 3.3). Применение пассивных способов стабилизации гидравлического режима системы при помощи перемычек и замыкающих участков лишь частично решает поставленную задачу. Для этого следует еще раз обра титься к рис. 3.21…3.23. Кривая суммарного расхода А+В через теплооб менный прибор и обводной участок является тому подтверждением. В системах с постоянным гидравлическим режимом она должна быть прямой, т. е. V / V 100 = const. Такую работу системы можно обеспечить только активными способами гидравлической стабилизации в дополне ние к пассивным способам. Для этого необходимо применять автомати ческие регуляторы расхода (см. п.р. 5.3) или стабилизаторы расхода (см. п.р. 5.4) на стояках и приборных ветках, либо в узлах обвязки теп лообменных приборов (см. рис. 3.4,а). Последний вариант является наиболее предпочтительным, т. к. переменный гидравлический режим будет только в теплообменном приборе, а в остальной части системы — постоянный гидравлический режим. Разделение системы обеспечения микроклимата на контуры с по стоянным и переменным гидравлическим режимом оказывает поло жительное влияние на работу терморегуляторов. Избежать полного влияния гравитационного давления теплоноси теля невозможно, поэтому даже в системах без терморегуляторов гид равлический режим будет квазистационарным. Это означает, что в сис теме возникают перетоки теплоносителя между циркуляционными кольцами, создающие неравномерную температурную обстановку в помещениях. В системах с терморегуляторами основным возмущающим воздей ствием гидравлического режима в дополнение к гравитационному давлению теплоносителя является сам терморегулятор. Эти возмуще ния приводят к перераспределению теплоносителя между циркуляци онными кольцами. Чем выше возмущение потока, тем больше переток теплоносителя. Система с терморегуляторами может самостоятельно перейти на новый уровень гидравлического перераспределения тепло носителя, но процесс перехода происходит медленно из за инерцион ности системы, инерционности здания и времени запаздывания тер морегуляторов. Это снижает энергоэффективность системы в целом, поэтому применяют разные способы устранения перетока теплоноси теля между циркуляционными кольцами. Их разделяют на: пассивные; активные. Самым простым способом пассивной стабилизации гидравличе ского режима является применение замыкающего (при наличии двухходового терморегулятора) либо обводного (при наличии трех ходового терморегулятора) участка на узле обвязки теплообменного прибора (рис. 9.1,в). Эти системы называют системами с постоянным гидравлическим режимом. На самом деле этот режим также непосто янен. Невозможно на стояке обеспечить одинаковые гидравлические условия для всех узлов без применения автоматических регуляторов расхода. У терморегуляторов разные внешние авторитеты, следова тельно, возникает переток теплоносителя, вызванный их работой (см. рис. 3.21…3.23). Данные перетоки значительно меньше, чем в двухтрубных системах с переменным гидравлическим режимом (рис. 9.1,б), поэтому системы, показанные на рис. 9.1,в, с гидравличе ской точки зрения являются более предпочтительными. В то же вре мя, у них при закрывании терморегуляторов происходит подмешива ние теплоносителя из подающего в обратный трубопровод через за мыкающий либо обводной участок. Этот недостаток аналогичен недо статкам однотрубных систем (рис. 9.1,а) и, с точки зрения теплотех ники, не является лучшим решением для работы котлов и чиллеров. В системах с переменным гидравлическим режимом достигается мак симально возможная разница температур теплоносителя в подающем и 211 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 210 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА В особенности это касается приборов с воздушным принудительным обдувом. Соединение чиллера с потребителями холода осуществляют трубо проводами по двух и четырехтрубным схемам, показанным на рис. 9.2. Трехтрубные схемы, в которых теплоноситель смешивается с холодоно сителем в необходимой пропорции перед теплообменным прибором и затем отводится общим трубопроводом, не рассматриваются, т. к. явля ются неэкономичными. Двухтрубная система водяного охлаждения (рис. 9.2), используемая самостоятельно, по гидравлической сущности аналогична двухтрубной ре лл иЧ лет оК ре лл иЧ ре лл иЧ лет оК Двухтрубная система охлаждения Четырехтрубная система охлаждения и отопления Двухтрубная система охлаждения и отопления с трехходовым распределительным клапаном RA-C RA-C RA-C RA-C RA-N FEK-FF/FEK-IF FED-FF/FED-IF FED-FF/FED-IF Рис. 9.2. Водяные системы охлаждения 9.2. Конструирование систем водяного охлаждения Системы водяного охлаждения состоят из основных элементов: источника холода и потребителей холода, соединенных системой трубо проводов с циркулирующей охлажденной водой. Такие системы приоб ретают все более широкое распространение в банках, гостиницах, адми нистративных и общественных зданиях и т. д. Они позволяют обеспечи вать тепловой комфорт в помещении в течение всего года. Главные достоинства: универсальность — применяются для охлаждения, отопления и вентиляции помещений; гибкость — возможность постепенного подключения к одному чиллеру потребителей при поэтапном вводе объекта в эксплуата цию; независимость — в каждом помещении могут создаваться инди видуальные температурные условия; автоматизация — условия теплового комфорта в помещениях могут задаваться индивидуально пользователем либо централи зованно с диспетчерского пункта; экологичность — минимальное использование охлаждающих газов (хладагентов); экономичность — вода является лучшим холодоносителем, чем воздух; меньше потери холода в трубопроводах, чем в воздухово дах; меньше эксплуатационные расходы в больших зданиях по сравнению со сплит системами. Источником холода является чиллер, который представляет собой холодильную машину, предназначенную для снижения температуры жидкости (воды либо водогликолевой смеси). Температура воды на вы ходе из чиллера обычно составляет 5…8 °С. Оптимальная разность тем пературы в системе, как правило, равна 5…6 °С. Некоторые чиллеры мо гут работать в режиме теплового насоса, т. е. обеспечивать потребителей теплой водой с температурой примерно 50 °С в период межсезонья. Потребителями холода являются теплообменные приборы: фен койлы, потолочные панели, потолочные балки (chilled beam), блоки кондиционеров и т. д. Процесс теплообмена между ними и охлаждае мым воздухом зависит от конструктивного исполнения и может быть либо в режиме свободной конвекции, либо вынужденной конвекции под действием как рециркуляционного, так и наружного свежего воз духа. Все эти приборы имеют малую тепловую инерцию и практичес ки моментально реагируют на качественное (изменение температуры воды) и количественное (изменение расхода воды) регулирование. 213 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 212 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА меньшие расходы теплоносителя при одних и тех же трубах. Увеличит ся также авторитет теплоты помещения, т. к. площадь теплообменного прибора будет завышенной. В целом работоспособность системы улуч шится. При всей простоте система обладает существенным недостат ком: не может одновременно обеспечивать тепловой комфорт в помеще ниях с различными дополнительными теплопоступлениями и теплопо терями. Особенно это касается межсезонья, когда помещения, выходя щие на солнечный фасад здания, необходимо охлаждать, в то время как другие помещения следует нагревать. Недостатком рассматриваемой системы является то, что теплообменный прибор применяют для охлаждения и отопления помещения. Это не позволяет создать идеаль ное распределение температуры воздуха в помещении (см. рис. 1.5) в разные периоды года. При использовании в одном помещении совмещенной системы либо раздельных систем для отопления и охлаждения следует устанавливать регулятор FED (рис. 9.3). Он последовательно управляет термостатичес ким клапаном на приборе отопления и термостатическим клапаном на при боре охлаждения. Когда работает клапан отопления, клапан охлаждения за крыт, и наоборот. Для этого в адаптере охлаждения 2 предусмотрен ревер сивный механизм, который приводится в действие актуатором 3. Такая конструкция регулятора весьма удобна, т. к. имеет общий регулятор температуры 1, предназначенный как для отопления, так и охлаждения. В регуляторе FED IF имеется допол нительная бухта с капиллярной трубкой 5 (рис. 9.3). Это позволяет применять дан ный регулятор для управления термоста тическими клапанами, расположенными на значительном расстоянии друг от дру га, например, на потолочной панели ох лаждения и радиаторе у наружной стены помещения. Функциональное разделение теплообменных приборов дает возмож ность создания идеального распределе ния температуры воздуха в помещении и достижения теплового комфорта. Регулятор FED FF комплектуют выносным датчиком температуры 6 (рис. 9.3), устанавливаемым в темпера турной зоне помещения с характерной 1 2 6 5 4 3 Рис. 9.3. Регулятор FED: 1 ñ регулятор температуры; 2 ñ адаптер охлаждения; 3 ñ актуатор (сильфон); 4 ñ адаптер отопления; 5 ñ бухта с капиллярной трубкой (в FED IF); 6 ñ выносной датчик температуры (в FED FF) системе водяного отопления. Отличие состоит в том, что из за малого перепада температур в системе гравитационное давление теплоносителя не оказывает существенного влияния. С теплотехнической точки зрения отличие более существенно. Приборы охлаждения чувствительнее к ре гулированию теплового потока и поэтому обеспечение равномерности регулирования (см. рис. 6.5) сложнее, чем в системах отопления. Осо бенно это касается потолочных панелей, в которых перепад температур теплоносителя составляет 2…4 °С. Приблизиться к идеальному регули рованию можно при внешних авторитетах терморегуляторов, равных единице. Достигают таких авторитетов лишь при использовании автома тических регуляторов перепада давления либо расхода теплоносителя, устанавливаемых у терморегуляторов. Такая система является идеаль ной для здания, требующего только охлаждения помещений. Для нее ис пользуют термостатические регуляторы FEK–FF либо FED IF (см. табл. 4.1 в п. 4.1.1) с термостатическим клапаном RA C (см. рис. 4.8). При переменном климате (зима лето) в межсезонье эту систему необ ходимо синхронизировать с системой отопления для предотвращения одновременной работы в помещении. С этой целью используют термо статические регуляторы FED FF либо FED IF. Верхнюю схему на рис. 9.2 невозможно применить для отопления, т.к. термостатический регулятор RA C+FEK FF/FEK IF при повыше нии температуры в помещении открывается. При отоплении следует использовать термостатический клапан в комплекте с регулятором, ко торый с повышением температуры воздуха в помещении закрывается, например, RA C+FEV FF/FEV IF, поэтому при совмещении двухтруб ной системы и для отопления, и для охлаждения помещения следует применять трехходовой разделяющий клапан (см. среднюю схему на рис. 9.2), который при изменении процессов отопления и охлаждения направляет воду в соответствующий термостатический клапан. Преимуществом двухтрубной системы отопления и охлаждения с трехходовым распределительным клапаном является ее дешевизна. Для нагревания и охлаждения используют одни и те же трубопроводы и теп лообменные приборы (минус — охлаждение, плюс — нагревание). Гид равлические расчеты и подбор теплообменных приборов в такой систе ме осуществляют для наиболее энергоемкого процесса: либо отопления, либо охлаждения. Как правило, гидравлические нагрузки этих процес сов не совпадают. Не совпадают также перепады температур воды. Сле довательно, при различных процессах будут различные гидравлические ха рактеристики системы. Если система рассчитана для охлаждения, то при отоплении внешние авторитеты терморегуляторов увеличатся, т. к. при отоплении используют б ó льшие перепады температур и, следовательно, 215 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 214 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА терморегуляторов с различными теплообменными приборами показа но на рис. 9.6. Для удобства обслуживания теплообменных приборов с регулято рами серии FEK, FEV и FED необходимо предусматривать отключение теплообменных приборов с обеих сторон. Перед термостатическим кла паном следует устанавливать шаровой кран. После теплообменного прибора — клапан RLV, через который, при необходимости, опорожня ют теплообменный прибор. Пример присоединения теплообменных t, V, л/ч +22 t = +22 C Нейтральная зона Х р = 0,5...2,5 К t, V, л/ч +22 Расход теплоносителя Расход холодоносителя Рис. 9.5. Зависимость нейтральной зоны от установки температуры воздуха в помещении регулятором FED RA-C RA-C RA-C RA-C RA-C FEK-FF FED-FF RA-N/RA-C RTD-N UK - система охлаждения - система отопления RA-N/RA-C RA-N/RA-C FEV-IF FED-IF Рис. 9.6. Двух и четырехтрубные системы обеспечения микроклимата с фенкойлами (верхняя часть) и активными потолочными балками охлаждения (нижняя часть) температурой воздуха. При этом регулятор температуры 1 располагают в удобном для пользователя месте. Такая конструкция регулятора более точно поддерживает тепловой комфорт в помещении. Универсальным конструкторским решением создания теплового комфорта в любую пору года является четырехтрубная система обеспе чения микроклимата (нижняя схема рис. 9.2). Конструктивно она пред ставляет сочетание гидравлически невзаимосвязанной двухтрубной си стемы отопления с двухтрубной системой охлаждения. Поэтому обеспе чивают авторитеты термостатических клапанов и регулирующих клапа нов в четырехтрубной системе раздельно: для системы отопления и сис темы охлаждения. Управление системами в помещении осуществляет регулятор FED. При этом реализуются все конструктивно заложенные свойства данного регулятора. В регуляторе предусмотрена возможность установки нейтральной зоны от 0,5К до 2,5К согласно диаграмме на рис. 1.2. Для этого следует повернуть уста новочную кнопку в верхней части адаптера охлаждения против часовой стрелки для уменьшения нейтральной зоны; по часовой стрелке — для увеличения (рис. 9.4). Поло жение нейтральной зоны визуально отоб ражается на указателе. При выходе темпе ратуры воздуха в помещении за пределы установленной нейтральной зоны регуля тор FED включает либо систему охлажде ния, либо систему отопления. Он предот вращает их одновременную работу. Если температура воздуха находится в пределах нейтральной зоны, термостатические клапаны обеих систем закрыты. Положение нейтральной зоны можно смещать при установке пользо вателем температуры воздуха в помещении, отличающейся на |