Системы теплоснабжения приточных установок

Приточные системы вентиляции, как правило, включают в себя одну или две—три ступени нагрева воздуха в зимний период. Нагрев наружного приточного воздуха осуществляется в теплообменниках-калориферах, которым подведены трубопроводы системы теплоснабжения. Главной задачей системы теплоснабжения является обеспечение заданной температуры приточного воздуха, вне зависимости от наружной температуры либо параметров теплоносителя источника тепла.

При подборе калориферов практически все проектировщики сталкиваются с ситуацией, когда производитель предлагает определенный типоразмер воздухонагревателя, который подбирается с некоторым запасом. Если подключать систему теплоснабжения к калориферу напрямую, без узла регулирования и системы автоматики, то температура приточного воздуха на выходе с калорифера не будет в расчетных диапазонах, а будет максимальной исходя из входных параметров. Такие ситуации приводят к перерасходу количества тепла выше расчетного, к некомфортным условиям внутреннего воздуха. Следовательно, суть системы теплоснабжения приточных установок сводится к выбору типа узлов регулирования.

Разновидности узлов обвязки калориферов

Основные схемы присоединения узлов регулирования воздухонагревателей к источнику теплоснабжения
С двухходовым клапаном — происходит количественное регулирование, то есть расход воды из тепловой сети регулируется двухходовым клапаном, установленным на обратном трубопроводе, в зависимости от потребности в нагреве. На внутреннем контуре устанавливается циркуляционный насос, который вне зависимости от состояния регулирующего клапана обеспечивает постоянную циркуляцию теплоносителя на калорифере через перемычку. Это необходимо для предотвращения остывания теплоносителя в калорифере в зимний период, что может угрожать разморозкой.
С трехходовым клапаном, работающим на перекрытие потока теплоносителя со стороны теплосети, без перемычки на калорифере. Порт со стороны источника теплоснабжения открывается или закрывается в зависимости от сигнала системы автоматизации. Циркуляционный насос на внутреннем контуре регулирующего узла работает либо на подмес воды от источника при открытом клапане, либо через перемычку самого клапана при закрытом патрубке. Такая схема также относится к количественному регулированию. Недостатком такой схемы является увеличение напора насоса на величину сопротивления регулирующего клапана в открытом состоянии.
С трехходовым клапаном, работающим на перепуск потока горячей воды в обратный трубопровод тепловой сети. При потребности в нагреве воздуха в калорифере порт регулирующего клапана входит в режим «открыто», циркуляция теплоносителя идет через калорифер на прямых параметрах. В случае, когда температура достигла уставки, система автоматики начинает закрывать порт клапана со стороны калорифера, тем самым осуществляя перепуск теплоносителя из подачи в обратный трубопровод. Циркуляция на нагревателе осуществляется циркуляционным насосом через перемычку во внутреннем контуре.

Принцип выбора схемы регулирования в зависимости от источника тепла

В зависимости от того к какому источнику теплоснабжения подключаются узлы регулирования приточных установок на стадии проектирования определяется выбор схемы узлов обвязки калориферов.

Так, например, если источником тепла является центральная водогрейная котельная, работоспособность оборудования которой не зависит от минимальной температуры возвращаемого теплоносителя, выбор останавливают на простейшей схеме регулирования № 3. В этом случае система теплоснабжения работает в стандартном режиме на постоянном расходе теплоносителя, что защищает контур котельных установок от перегрева и выхода из строя.

Схема №2 используется, если источником тепла являются тепловые сети с независимым подключением системы теплоснабжения при помощи пластинчатого теплообменника, а в сети поддерживается давление соответствующее рабочему давлению трехходового клапана. При этом сетевой насос на внутреннем контуре пластинчатого теплообменника должен иметь встроенный или внешний частотный преобразователь, для корректировки расходных параметров в контуре. Также данную схему можно применять при зависимом или независимом подсоединении к котельной при условии частотного регулирования сетевых насосов контура вентиляции.

Схема №1 является наиболее универсальной схемой регулирования в узлах обвязок калориферов, но при этом и самая дорогая, так как двухходовые седельные клапаны, как правило, в несколько раз дороже трехходовых. Такая схема идеально подходит для зависимого присоединения к тепловым сетям, так как происходит контроль минимальной температуры обратного теплоносителя, перепад давления со стороны теплоносителя позволяет подбирать клапан с наименьшим коэффициентом Kv, что позволяет системе и автоматике максимально быстро реагировать на потребность калориферов в тепловой мощности.

Подбор основного оборудования для узлов теплоснабжения калориферов

Основное условие корректной работы узла обвязки воздухонагревателя — это соответствующий выбор схемы регулирования, правильный подбор регулирующего клапана и циркуляционного насоса.

Подбор регулирующих клапанов

Основными характеристиками регулирующих клапанов как двухходовых так и трехходовых являются диаметр, рабочее и максимальное давление и температура, а также главный коэффициент Kv.

Kv — это коэффициент пропускной способности клапана, означает как расход клапан способен пропустить через себя в открытом состоянии при потерях давления на нем 10 метров водяного столба. 

При известном расходе теплоносителя и допустимом перепаде давления перед узлом по формуле определяется коэффициент Kv и в дальнейшем принимается ближайшее большее значение из каталога производителя. Также вместо расчета коэффициента по формулам можно воспользоваться номограммами подбора клапанов, которые каждый производитель разрабатывает под свой ассортимент регулирующей арматуры.

Правильность подбора можно определить сравнением с диаметром трубопроводов: клапан всегда должен быть меньшим диаметром. Чем меньше диаметр клапана, тем быстрее система регулирует на незначительные колебания температур воздуха или теплосети.

Подбор циркуляционных насосов

Циркуляционные насосы внутреннего контура калориферов подбираются также исходя из принятой схемы регулирования с учетом расчетного расхода теплоносителя и сопротивления регулируемого участка.

Под сопротивлением регулируемого участка принято понимать следующий объем арматуры и трубопроводов:

1. Схема регулирования №1 — гидравлические потери давления на воздухонагревателе при расчетном расходе теплоносителя, потери по длине трубопроводов с учетом местных сопротивлений на участке от портов присоединения к калориферу до двухходового клапана, потери давления на обратных клапанах и фильтрах-грязевиках при рабочем засорении. Потери давления на клапане в расчет напора насоса не берутся, т. к. в данной схеме клапан работает на перепаде давления теплосети.
2. Схема регулирования №2 — гидравлические потери давления на воздухонагревателе при расчетном расходе теплоносителя, потери по длине трубопроводов с учетом местных сопротивлений на участке от портов присоединения к калориферу до трехходового клапана, сопротивление трехходового клапана через байпасную линию, потери давления на арматуре.
3. Схема регулирования №3 — гидравлические потери давления на воздухонагревателе при расчетном расходе теплоносителя, потери по длине трубопроводов с учетом местных сопротивлений на участке от портов присоединения к калориферу через внутреннюю перемычку, потери давления на арматуре.

Как видно напор насоса при равных начальных условиях в 1 и 3-й схеме регулирования меньше, чем во 2-й схеме.

При известном расходе теплоносителя и рассчитанному напору, то есть рабочей точке насоса по графикам производят подбор серии и модели насоса. При подборе трехскоростных циркуляционных насосов аналогичных 100-й серии Grundfos – UPS, рекомендуется подбор выполнять на средней скорости.