Погодное регулирование. Типовые схемы регулирования отопления

Погодозависимая автоматика со смесительным трехходовым краном (клапаном) и циркуляционным насосом. В данной статье мы продолжаем разбор возможных вариантов схематических решений для реализации устройства погодозависимой автоматики в индивидуальном тепловом пункте (ИТП) или рамке управления многоэтажных жилых домов. На этот раз перед нами схема погодозависимой автоматики со смесительным трехходовым краном (клапаном) и циркуляционным насосом.

В данной схеме, регулирование температуры в системе отопления происходит за счет изменения (ограничения) расхода теплоносителя через трехходовой клапан и одновременно забора (подмеса) возвращаемой из системы отопления жилого дома сетевой воды при помощи сетевого или как его еще называют циркуляционного насоса и подачи уже разбавленной воды снова в систему отопления квартир. Главных элементов в данной схеме уже три – трехходовой клапан, насос и контроллер – компьютер . Именно контроллер постоянно, через определенные интервалы времени опрашивает датчики температуры теплоносителя, наружного воздуха и воздуха внутри квартир жилого дома (если они имеются), обрабатывает принятую информацию и в соответствии с введенной в него программой (в данном случае температурным графиком) формирует сигнал, дающий команду механизму трехходового клапана на открытие или закрытие.

Данное влияние контроллера корректирует величину открытия или закрытия проходного сечения клапана регулировки. Если в данной системе погодозависимого регулирования отсутствует датчик воздуха внутри квартир, то погодное регулирование осуществляется в соответствии с температурным графиком .

И, наконец, последняя разновидность автоматики для поддержания температуры в квартирах жилых домов в зависимости от температуры на улице это погодозависимая автоматика с запорно-регулирующим клапаном и циркуляционным насосом.

Разберем принцип действия данной автоматики поддержания температуры в квартире, а вернее сказать во всем многоквартирном жилом доме.

Здесь регулирование температуры в отопительной системе происходит за счет изменения пропускной способности клапана и также как и в предыдущей схеме подмеса возвращаемой (обратной) сетевой воды из жилого дома при помощи циркуляционного насоса, установленного теперь уже на обратном трубопроводе отопительной системы. Принципиально, где будет установлен сетевой или циркуляционный насос, вообще то неважно, просто для двухходового клапана такая схема все-таки предпочтительнее из-за его конструктивных особенностей.

В процессе регулирования контроллер также периодически опрашивает датчики температуры теплоносителя в отопительной системе дома, датчики воздуха в помещении (если они установлены) и датчик наружного воздуха. После обработки полученной информации контроллер формирует выходной управляющий сигнал, на открытие или закрытие исполнительного механизма двухходового клапана, при этом соответственно изменяется величина открытия или закрытия проходного сечения регулирующего клапана. При отсутствии датчика воздуха внутри помещения главным приоритетом регулирования также является поддержание температуры в помещении квартир по температурному графику.

Недостаток у схем регулирования с клапанами один – пропадание электроэнергии, подробнее о достоинствах и недостатках погодозависимых автоматик смотрите в статье .
Преимуществом схем погодного регулирования с клапанами перед регулирующим элеватором обычно называют глубину регулирования, хотя по нашему мнению такое преимущество спорное и может легко превратиться в недостаток, если например в ИТП имеется узел учета тепловой энергии, и его пределы измерения хуже пределов работы автоматики погодного регулирования. После установки автоматики погодного регулирования без согласования с энергоснабжающей организацией, такой УУТЭ на законных основаниях может быть признан некоммерческим, а значит, вместо экономии вы опять получите .

Схемы погодозависимого регулирования с клапанами следует применять в тех ИТП жилых домов, где элеваторы технологически применить невозможно, а это:

• недостаточное давление на вводе в ИТП, менее 0,07 мПа
• завышенное сопротивление внутренней системы отопления дома, более 5 м.вод.ст.
• установка на отопительных приборах и стояках автоматической регулирующей арматуры, например фирмы «Danfoss»
• использование независимой системы отопления через теплообменники.

Хочется также предостеречь жильцов, особо , схемы погодозависимой автоматики со смесительными клапанами нельзя использовать без насоса или с выключенным насосом . В режиме работы с выключенным насосом резко уменьшается прокачка теплоносителя через отопительные приборы, разница в температурах между температурами в отопительных приборах разных квартир порою достигает 45 градусов, вместо рекомендованных для экономичного режима работы погодозависимой автоматики двенадцати. И главное из-за отсутствия смешения в морозы температура в отопительных приборах первых по ходу квартир может достигнуть 115 и более градусов, что неминуемо, приведет к выходу из строя современных полипропиленовых труб , а также ожогам при случайных прикосновениях к отопительным приборам – это как минимум. При этом жильцы последних по ходу теплоносителя квартир будут сидеть в холоде.

Вот такая экономия, а по приборам будет все ОК. И главное если откажет обратный клапан на перемычке между прямым и обратным трубопроводом не только ваш дом, но и весь район может остаться без тепла. Теплоноситель не пойдет в квартиры, а вернется назад в котельную.

Мы разобрали возможные варианты схематических решений для реализации устройства погодозависимой автоматики в рамке управления многоэтажных жилых домов. В любом случае решение о выборе той или иной схемы погодозависимого регулирования температуры в квартирах жилого дома, и главное подбор оборудования следует поручить специалистам. Вам, как жильцам свое слово стоит сказать только при выборе проектирующей организации и типе оборудования – отечественное или импортное. зависит именно от этого.

Все , приобретаемое и монтаж и наладку автоматики погодного регулирования в квартирах жилых домов на следующей странице.

Проблема экономичности работы системы отопления в большинстве случаев заключается в выборе оптимального соответствия между температурой на улице и текущим расходом тепла на здание. Очень часто котельные (это связано со спецификой работы энергетического оборудования) не успевают реагировать на быстрые изменения погодных условий. И тогда мы можем видеть следующую картину: на улице тепло, а радиаторы топят как "сумасшедшие". В это время теплосчетчик накручивает круглые суммы за никому не нужное тепло.

Решить проблему быстрого реагирования на изменения погодных условий в отдельно взятом здании поможет автоматическая система регулирования теплопотребления по погоде. Суть данной системы заключается в следующем: на улице устанавливается электротермометр, измеряющий температуру воздуха в данный момент. Каждую секунду его сигнал сравнивается с сигналом о температуре теплоносителя на выходе из здания (то-есть фактически с температурой самого холодного радиатора в здании) и/или с сигналом о температуре в одном из помещений здания. На основании данного сравнения регулирующий блок автоматически дает команду на электрический регулирующий клапан, который устанавливает оптимальную величину расхода теплоносителя.

Кроме того, подобная система снабжена таймером переключения режима работы системы отопления. Это означает, что при наступлении определенного часа суток и (или) дня недели она автоматически переключает отопление из нормального режима в экономный и наоборот. Специфика некоторых организаций не требует наличия комфортного отопления в ночное время и система в заданный час суток автоматически снизит тепловую нагрузку на здание на заданную величину, а следовательно сэкономит тепло и деньги. Утром, перед началом рабочего дня, система автоматически переключится в нормальный режим работы и прогреет здание. Опыт установки подобных систем показывает, что величина экономии тепла, получаемая от работы подобной системы составляет порядка 15% зимой и 60-70% осенью и весной за счет постоянных периодических потеплений.

Сегодня одним из наиболее эффективных способов энергосбережения является экономия тепловой энергии на объектах ее конечного потребления: в отапливаемых зданиях. Главным условием, обеспечивающим возможность проведения такой экономии, является, прежде всего, обязательное оснащение теплопунктов приборами учета тепла, т.н. теплосчетчиками. Наличие такого прибора позволяет быстро окупить капиталовложения по оснащению отопительных систем энергосберегающим оборудованием и в дальнейшем получить значительную экономию финансовых затрат, идущих обычно на оплату счетов энергетических компаний.

Теплосчетчики. Простейший теплосчетчик сегодня представляет собой прибор, измеряющий температуры и расход теплоносителя на входе и выходе объекта теплоснабжения (см рис.).

График 3. Работа тепловычислителя

По информации от датчиков микропроцессорный вычислитель тепла каждое мгновенье определяет расход тепла на здание и интегрирует его по времени.

Друг от друга технически теплосчетчики отличаются по методу измерения расхода теплоносителя. На сегодняшний день в серийно выпускаемых теплосчетчиках используются расходомеры следующих типов:

• · Теплосчетчики с расходомерами переменного перепада давления. В настоящее время данный метод сильно устарел и применяется крайне редко.
• · Теплосчетчики с крыльчатыми (турбинными) расходомерами. Являются наиболее дешевыми приборами для измерения расхода тепла, но имеют ряд характерных недостатков.
• · Теплосчетчики с ультразвуковыми расходомерами. Одни из самых прогрессивных, точных и надежных на сегодняшний день теплосчетчиков.
• · Теплосчетчики с электромагнитными расходомерами. По качеству находятся приблизительно на одной ступени с ультразвуковыми. Во всех теплосчетчиках в качестве датчиков для измерения температуры используются стандартные термометры сопротивления.

График 4. Один из типовых вариантов установки одноконтурной автоматической системы регулирования потребления тепла зданием с коррекцией по погодным условиям

Фактическим стандартом любой системы отопления здания “на западе” сегодня является обязательное присутствие в ней т.н. автоматической системы регулирования тепловой нагрузки с коррекцией по погодным условиям. Наиболее типичная схема ее компоновки представлена на рис. 3.

Сигналы о температурах в контрольном помещении и подающем трубопроводе теплоносителя являются корректирующими. Возможен и другой вариант регулирования, когда контроллер будет поддерживать заданную по графику температуру в контрольном помещении. Такого рода прибор обычно снабжается таймером реального времени (часами), учитывающем время суток и переключающим режим энергопотребления здания из “комфортного” в “экономный” и назад в “комфортный”. Это особенно актуально, например, для организаций, в которых нет необходимости поддерживать комфортный режим отопления в помещениях ночью или в выходные дни. Система обладает также функциями ограничения величины поддерживаемой температуры по верхнему либо нижнему пределу и защиты от замерзания.

График 5. Схема циркуляции потоков внутри здания в обычных системах теплообеспечения

Как это не странно, но почему-то во времена Советского Союза в проектах практически всех новостроящихся высотных зданий была заложена одна из самых неоптимальных в плане распределения тепла схем трубной разводки систем отопления, а именно - вертикальная. Наличие такой схемы разводки уже само по себе предполагает температурный перекос по этажам здания.

График 6. Схема циркуляции потоков внутри здания в замкнутом контуре потоков

Пример такого перекоса (вертикальная разводка) изображен на рисунке. Прямой теплоноситель от котельной по подающему трубопроводу поднимается на верхний этаж здания и оттуда медленно спускается вниз по стоякам через радиаторы системы отопления, собираясь внизу в коллектор обратного трубопровода. Из-за малой скорости протекания теплоносителя по стоякам и возникает температурный перекос - все тепло отдается на верхних этажах и горячая вода просто не успевает дойти до нижних этажей, остывая по дороге.

В результате - на верхних этажах очень жарко, и находящиеся там люди вынуждены открывать форточки, через которые выходит то самое тепло, которого не хватает нижним этажам.

Наличие в здании подобного температурного перекоса подразумевает под собой:

Отсутствие комфорта в помещениях здания;

Постоянные потери 10-15% тепла (через форточки);

Невозможность экономии тепла: любая попытка снизить тепловую нагрузку еще более усугубит ситуацию с перекосом температур (т.к. скорость протекания теплоносителя по радиаторам станет еще меньше).

Решить подобную проблему сегодня можно только с помощью:

• · полной переделки всей системы отопления здания, что кстати говоря, очень трудоемкое и дорогое удовольствие;
• · установки в элеватор циркуляционного насоса, который увеличит скорость циркуляции теплоносителя по зданию.

Подобные системы широко распространены на «западе». Результаты опытов, проведенных западными коллегами, превзошли все ожидания: в осенний и весенний периоды, за счет частых временных потеплений, расход тепла на оборудованных данными системами объектах составил всего 40-50%. То есть экономия тепла в это время составила порядка 50-60%. Зимой снижение нагрузки было значительно меньше: оно достигало 7 -15% и получалось, в основном, за счет проведения прибором автоматического “ночного” снижения температуры в обратном трубопроводе на 3-5 оС. В целом же, общая усредненная экономия тепла за весь отопительный период, на каждом из объектов составила около 30-35% по отношению к прошлогоднему потреблению. Срок окупаемости установленного оборудования составил (в зависимости, конечно, от тепловой нагрузки здания) от 1-го до 5 месяцев.

Схема 7. циркуляционного насоса

Наиболее впечатляющие результаты от внедрения были достигнуты в г. Ильичевске, где подобными системами в 1998 г. были оборудованы 24 ЦТП ООАО “Ильичевсктеплокоммунэнерго” (ИТКЭ). Только благодаря этому ИТКЭ получило возможность снизить расход газа в своих котельных на 30 % по отношению к предыдущему отопительному периоду и одновременно существенно уменьшить время работы своих сетевых насосов, так как регуляторы в значительной мере способствовали выравниванию гидравлического режима тепловых сетей по времени.

Аппаратная реализация подобной системы может быть различна. Может быть использовано оборудование как отечественного так импортного производства.

Немаловажным элементом в данной схеме является циркуляционный насос. Бесшумный, бесфундаментный циркуляционный насос осуществляет следующую функцию: увеличение скорости протекания теплоносителя по радиаторам здания. Для этого между подающим и обратным трубопроводом устанавливается перемычка, через которую осуществляется подмешивание части обратного теплоносителя к прямому. Один и тот же теплоноситель быстро и несколько раз проходит по внутреннему контуру здания. Благодаря этому температура в подающем трубопроводе падает, а за счет увеличения в несколько раз скорости протекания теплоносителя по внутреннему контуру здания, в обратном трубопроводе температура поднимается. Происходит равномерное распределение тепла по зданию.

Насос снабжен всеми необходимыми устройствами защиты и работает полностью в автоматическом режиме.

Его наличие необходимо по следующим причинам: во-первых, он в несколько раз увеличивает скорость циркуляции теплоносителя по внутреннему контуру системы отопления, чем повышается комфортность в помещениях здания. А во-вторых, он необходим потому, что регулирование тепловой нагрузки производится путем снижения расхода теплоносителя. В случае однотрубной разводки системы отопления в здании (а это стандарт именно отечественных систем) это автоматически увеличит перекос температур в помещениях: из-за снижения скорости протекания теплоносителя практически все тепло станет отдаваться в первых по его ходу радиаторах, что значительно ухудшит ситуацию с распределением тепла в здании и снизит эффективность регулирования.

Перспективность внедрения подобного оборудования трудно переоценить. Это эффективное средство решения проблемы энергосбережения на объектах конечного потребителя тепла, которое способно при столь относительно малых затратах дать столь высокий экономический эффект.

Кроме этого существуют различные методы оптимизации и выбор того или иного определяется специалистом исходя из специфики объекта.

В соответствии с требованиями нормативной документации и ФЗ №261 "Об энергосбережении…" должна стать нормой, как для объектов нового строительства, так и для существующих зданий, так как это является основным инструментом управления теплоснабжением. Сегодня такие системы, вопреки сложившемуся мнению, вполне доступны для большинства потребителей. Они функциональны, обладают высокой надежностью и позволяют оптимизировать процесс потребления тепловой энергии. Срок окупаемости затрат на установку оборудования находится в пределах одного года.

Система автоматического регулирования теплопотребления () позволяет снизить потребление тепловой энергии за счет следующих факторов:

1. Устранения поступления в здание избытков тепловой энергии (перетопов);
2. Снижения температуры воздуха в ночное время;
3. Снижения температуры воздуха в праздничные дни.

Укрупненные показатели экономии тепловой энергии от применения САРТ, установленного в индивидуальном тепловом пункте () здания представлены рис. №1.

Рис.1 Общая экономия достигает 27% и более*

*по данным ООО НПП “Элеком”

Основные элементы классической САРТ в общем виде показаны на рис. №2.

Рис.2 Основные элементы САРТ в ИТП*

*вспомогательные элементы условно не показаны

Назначение погодного контроллера:

1. Измерение температур наружного воздуха и теплоносителя;
2. Управление клапаном КЗР в зависимости в соответствии с заложенными программами (графиками) регулирования;
3. Обмен данными с сервером.

Назначение подмешивающего насоса:

1. Обеспечение постоянного расхода теплоносителя в системе отопления;
2. Обеспечение переменного подмеса теплоносителя.

Назначение клапана КЗР: управление поступлением теплоносителя из тепловой сети.

Назначение датчиков температуры: измерение температур теплоносителя и наружного воздуха.

Дополнительные опции:

1. Регулятор перепада давления. Регулятор предназначен для поддержания постоянного перепада давления теплоносителя и позволяет исключить отрицательное влияние нестабильного перепада давления тепловой сети на работу САРТ. Отсутствие регулятора перепада давления может привести к неустойчивому функционированию системы, снижению экономического эффекта и срока службы оборудования.
2. Датчик температуры воздуха в помещении. Датчик предназначен для контроля температуры воздуха внутри помещения.
3. Сервер сбора данных и управления. Сервер предназначен для удаленного контроля работоспособности оборудования и коррекции отопительных графиков по показаниям датчиков температуры воздуха внутри помещения.

Принцип работы классической схемы САРТ состоит в качественном регулировании, дополненном количественным регулированием. Качественное регулирование - это изменение температуры теплоносителя, поступающего в систему отопления здания, а количественное регулирование - это изменение количества теплоносителя, поступающего из тепловой сети. Происходит этот процесс таким образом, что количество теплоносителя, поступаемого из тепловой сети, меняется, а количество теплоносителя, циркулирующего в системе отопления, остается постоянным. Таким образом, сохраняется гидравлический режим системы отопления здания и происходит изменение температуры теплоносителя, поступающего в отопительные приборы. Сохранение гидравлического режима постоянным является необходимым условием для равномерного прогрева здания и эффективной работы системы отопления.

Физически процесс регулирования происходит так: погодный контроллер, в соответствии с заложенными в него индивидуальными программами регулирования и в зависимости от текущих температур наружного воздуха и теплоносителя, подает управляющие воздействия на клапан КЗР. Приходя в движение, запорный орган клапана КЗР уменьшает или увеличивает расход сетевой воды из тепловой сети по подающему трубопроводу до узла смешения. Одновременно с этим, за счет насоса в узле смешения, производится пропорциональный отбор теплоносителя из обратного трубопровода и подмешивание его в подающий, что при сохранении гидравлики системы отопления (количества теплоносителя в системе отопления) приводит к требуемым изменениям температуры теплоносителя, поступающего в радиаторы отопления. Процесс снижения температуры поступающего теплоносителя, уменьшает количество тепловой энергии, которая отбирается в единицу времени от радиаторов отопления, что и приводит к экономии.

Схемы САРТ в ИТП зданий у разных производителей могут непринципиально отличаться, но во всех схемах основными элементами являются: погодный контроллер, насос, клапан КЗР, датчики температуры.

Хочется отметить, что в условиях экономического кризиса все большее количество потенциальных заказчиков становятся чувствительными к цене. Потребители начинают искать альтернативные варианты с наименьшим составом оборудования и стоимостью. Иногда на этом пути возникает ошибочное желание сэкономить на установке подмешивающего насоса. Такой подход не оправдан для САРТ, монтируемых в ИТП зданий.

Что произойдет если не установить насос? А произойдет следующее: в результате работы клапана КЗР гидравлический перепад давления и, соответственно, количество теплоносителя в системе отопления будут постоянно меняться, что неизбежно приведет к неравномерному прогреву здания, неэффективной работе отопительных приборов и риску остановки циркуляции теплоносителя. Кроме этого, при отрицательных температурах наружного воздуха может произойти “размораживание” системы отопления.

Экономить на качестве погодного контроллера так же не стоит, т.к. современные контроллеры позволяют выбирать такой график управления клапаном, который при сохранении комфортных условий внутри объекта, позволяет получить значительные объемы экономии тепловой энергии. Сюда входят такие эффективные программы управления теплопотреблением как: устранение перетопов; снижение потребления в ночные часы и нерабочие дни; устранение завышения температуры обратной воды; защита от “размораживания” системы отопления; коррекция отопительных графиков по температуре воздуха в помещении.

Подводя итог сказанному, хочется отметить важность профессионального подхода к выбору оборудования системы погодного автоматического регулирования теплопотребления в ИТП здания и еще раз подчеркнуть, что минимально достаточными основными элементами такой системы являются: насос, клапан, погодный контроллер и датчики температуры.

23-летний опыт выполнения работ, система качества ИСО 9001, лицензии и сертификаты на производство и ремонт средств измерений, допуски СРО (проектирование, монтаж, энергоаудит), аттестат аккредитации в области обеспечения единства измерений и рекомендации клиентов, включая государственные органы, муниципальные администрации, крупные промышленные предприятия, позволяют предприятию «ЭЛЕКОМ» реализовывать высокотехнологичные решения для энергосбережения и повышения энергетической эффективности с оптимальным соотношением цена/качество.

В настоящие время доля оплаты за ОТОПЛЕНИЕ, наибольшая строчка в квитанции за коммунальные платежи. В связи с этим у многих собственников появляется заинтересованность в возможности снижения этих расходов.

Одним из способов для этого, оснастить систему отопления дома автоматическим ИТП (погодным регулятором).
Система погодного регулирования отопления оправдывает себя только в случае, если в доме уже установлен теплосчетчик (узел учета тепловой энергии).

Энергетикам сложно соблюдать температурный график (температуры на подающем и обратном трубопроводах отопления в зависимости от температуры уличного воздуха). Их цель дать как можно больше тепла для потребителей, для того чтобы было достаточно температуры всем домам расположенным в районе вокруг ЦТП (ближайшим, и удаленным). Так же на ЦТП параметры теплоносителя не меняться в взаимности от времени суток (солнечный день, ночь, день недели и т.д.)

Система автоматического регулирования тепла

После оснащения автоматикой ИТП, каждый дом индивидуально сможет регулировать параметры теплоносителя внутреннего контура отопления (температуры батарей), согласно заданным параметрам в зависимом от внешней температуры воздухе. Так же постоянно на достаточном уровне поддерживать циркуляцию теплоносителя внутри дома, во время низкого перепада давления предоставляемого энергетиками. (Пример: Осень 2013, жалобы на холодные батареи из за перепада менее 1 м между подачей и обраткой на элеваторах ИТП).

Автоматический ИТП позволяет экономить до 35% (и более) Гкал, а значит и денег. Если учесть, что многоквартирный дом платят за отопление в отопительный сезон нескольких миллионов рублей, то экономия даже на 25% окупает всю систему от одного сезона! А с увеличением тарифа (цены за Гкал) время окупаемости уменьшается.

Принцип работы автоматики

Автоматический ИТП (Узел погодного регулирования) состоит из клапана регулирующего с электроприводом, насоса циркуляции, обратного клапана, датчиков температуры, электрического шкафа управления (с программным контроллером), запорно-регулирующий арматуры, фильтров, и др. Характеристики комплектующих для погодного регулятора подбираются опытным проектировщиком, исходя из конкретного объекта. Здесь учитываются тепловые нагрузки, скорость потока, гидравлическое сопротивление, перепад и многое другое.

Наша компания имеет большой опыт в проектирование, в монтаже и наладке данных устройств.

Система погодного регулирования работает следующим образом. Датчик наружного воздуха (выведенный на теневую сторону улицы) измеряет уличную температуру. Два датчика на подающем и обратном трубопроводе измеряют температуру теплосети. Логический программируемый контроллер вычисляет необходимую дельту и управляя клапаном регулирует скорость потока теплоносителя. Если теплосеть не имеет необходимого перепада, то проблема устраняется установкой автоматического балансировочного клапана.

Примеры узла автоматики