Погодное регулирование. Типовые схемы регулирования отопления
Здраствуйте, уважаемые читатели! В предыдущей статье я писал про открытую и закрытую систему горячего водоснабжения. Пока не будем касаться закрытой системы ГВС, а поговорим про систему обеспечения горячей водой через открытый водоразбор. Такое обеспечение горячей водой довольно широко распространено в нашей стране.Чем характерна такая система? Давайте рассмотрим это на схеме ИТП (индивидуального теплового пункта).
Схема эта характерна тем, что разбор воды на горячее водоснабжение ведется непосредственно из теплосети, а именно из подающего и обратного трубопроводов до элеватора. Вот как раз в регуляторе температуры ГВС и смешиваются эти две линии. Функция регулятора состоит в том, чтобы при смешивании двух потоков с подачи и обратки выдавать горячую воду с нужной температурой потребителю, а именно 60 °С. В советское время в теплоузлах с открытой системой ГВС устанавливались так называемые регуляторы ГВС прямого действия.
На фото показан примерно такой, разница только в том, что он посовременнее, не советского времени. На фото регулятор РТ-ТС, то есть регулятор температуры горячей воды прямого действия. Конструкция разных типов этих регуляторов температуры незначительно отличается, но принцип действия у всех регуляторов неизменный.
Принцип этот основывается на возможности термочувствительного элемента открывать или перекрывать поток воды в зависимости от изменения температуры воды. В таком регуляторе находится термобаллон с веществом с большим коэффициентом объемного расширения – это может быть парафин, бензол и т.п. материалы.Термобаллон обычно выполнен в форме сильфона. При повышении температуры ГВС вещесто в термобалоне начинает расширяться и давит на клапан, который соединен с теромобалоном. Этот клапан имеет возможность приоткрывать и закрывать поток горячей воды, идущей непосредственно к потребителю.
Как говорится, все гениальное – просто. И все бы было ничего и даже здорово, но регуляторы эти практически повсеместно не работают. То есть может, быть они когда то и работали, или не настраивали их в свое время соответствующим образом, но я чаще вижу их неработающими. То есть в качестве декорации – когда сдают теплоузел энергоснабжающей организации перед началом отопительного сезона – вроде есть РТ, все согласно «Правилам технической эксплуатации тепловых энергоустановок». А на самом деле не работает он с бородатого 198... года.
К чему все это приводит на практике? А приводит это как раз к тому,что в смесителях из крана горячего воды шпарит кипяток. То есть, при неработающем регуляторе вода из подачи естественно передавливает воду с обратки, так как давление больше, и идет в смесители с той температурой, какая должна быть по температурному графику. Понятно, что зимой при 150-70 °С температура в подаче зачастую больше 100-120 °С. А это уже кипяток, ведь вода в трубах не вскипает только потому,что она под давлением. Но как только открывается кран – все, кипяток. То есть,по факту получается, что в кране горячей воды температура больше, чем в радиаторе отопления, так в систему отопления вода поступает после смешения в элеваторе, и при самых сильных морозах не превышает 95 или 105 °С, в зависимости от температурного графика.
Какой же есть выход из этой ситуации. Первый самый радикальный и правильный – замена регулятора температуры ГВС в ИТП (теплоузле) на современный РТ.Благо сейчас выбор большой хороших РТ и зарубежных и отечественных. Есть и второй выход. Дело в том, что вода в регулятор поступает, как мы помним, не только с подачи, но и с обратки. При низких температурах наружного воздуха, температура в обратке колеблется в пределах от 60 до 70 °С, то есть вполне приемлимо. В этом случае нужно просто прекрыть задвижку на подающем трубопроде на ГВС, все просто. Но учитывая нашу росийскую действительность, всеобщий пофигизм, редко когда это делается.
Есть и еще один отрицательный момент при таком неработающем регуляторе температуры ГВС. Дело в том, что устанавливают в основном по техническим характеристиками до 90 °С, соответственно на такие параметры и выдают технические условия на установку приборов учета в управляющих компаниях. Строго говоря, это правильно, так по СНиП температура ГВС не должна быть выше 75 °С. Однако делаем поправку на нашу российские реалии, на ситуацию, которую я описал выше и получаем что в счетчик ГВС порой вода идет с температурой 110-125 °С.
Естественно, счетчик на такие параметры не рассчитан и «сваривается», то есть начинает течь, запотевает стекло и прочие неприятности. Или даже если счетчик выдерживает такое насилие над собой, срок службы его по времени сокращается раза в два. Есть однако, выход и из этой ситуации. Водомеры тахометрические или механические (то есть те какие и ставят на линию ГВС) есть и до 150 °С. Такой счетчик точно выдержит у вас любые температуры. Правда, и стоит он примерно в 4-4,5 раза дороже, чем счетчик до 90 °С. И техническим условиям на установку приборов учета это тоже не соответствует (но это уже мелочи).
Вообщем самый правильный путь – повсеместная модернизация индивидуальных тепловых пунктов (теплоузлов), то есть не только замена РТ, а вообще автоматизация и полная модернизация. Нельзя сказать, что ничего не делается в этом направлении. Кое что, конечно, делается. Однако далеко еще не везде, так как понятное дело, требует больших капиталовложений.
Буду рад комментариям к статье.
Системы погодного регулирования тепловой энергии (далее – «системы») предназначены для автоматического регулирования температуры теплоносителя, горячей воды или температуры воздуха внутри помещений в системах управления отоплением, горячим водоснабжением (ГВС) или приточной вентиляцией.
Системы регулирования отопления классифицируются в зависимости от назначения по следующим теплотехническим схемам:
1. Зависимая система отопления с запорно-регулирующим клапаном и циркуляционным насосом (ΔP
| Поз. | Наименование | Кол. | Описание |
| 1 | Регулятор температуры РТ-2010 | 1 | Описание |
| 2 | Клапан запорно-регулирующий | 1 | Описание |
| 3 | 2 | Описание | |
| 4 | 1 | Описание | |
| 5 | 2 | Описание | |
| 6 | Фильтр магнитный фланцевый | 2 | Описание |
| 7 | Кран шаровый 11с67п | 6 | Описание |
| 8 | Термометр | 4 | |
| 9 | Манометр | 6 | |
| 10 | Насос циркуляционный сдвоенный IMP PUMPS | 1 | Описание |
| 11 | Клапан обратный межфланцевый | 1 | Описание |
| 12 | 1 | Описание | |
| 18 | Манометр ЭКМ | 1 |
ОПИСАНИЕ СХЕМЫ: Схема используется при подаче перегретого теплоносителя от теплоисточника при недостаточном для элеваторного смешения перепаде давления между подающим и обратным трубопроводами: менее 0,06 МПа.
В схеме предусмотрено:
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ:
2. Зависимая система отопления с регулирующим гидроэлеватором (0,06МПа ≤ ΔP ≤ 0,4МПа)
ОПИСАНИЕ СХЕМЫ: Схема используется при подаче перегретого теплоносителя от теплоисточника при достаточном для функционирования гидроэлеватора перепаде давления между подающим и обратным трубопроводами: не менее 0,06 МПа и не более 0,4 МПа.
В схеме предусмотрено:
Возможность введения гибкого графика регулирования температуры воздуха впомещениях с учётом ночного времени, выходных и праздничных дней на весь отопительный сезон;
- обязательный контроль температуры обратного теплоносителя;
- поддержание температурного графика.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ: Регулирование температуры системы отопления в зависимости от температуры наружного воздуха происходит при перемещении конусной иглы и изменения площади проходного сечения отверстия воронки гидроэлеватора. В процессе работы контроллер периодически опрашивает датчики температуры теплоносителя, наружного воздуха и воздуха внутри помещения (если он есть). При увеличении (уменьшении) температуры аружного воздуха контроллер формирует выходной управляющий сигнал, дающий команду исполнительному механизму на закрытие (открытие). Шаговый двигатель риходит в движение и, конусная игла, перемещаясь, уменьшает (увеличивает) площадь роходного сечения. Результатом этого является то, что в суммарный поток поступает больше теплоносителя из обратного трубопровода для уменьшения температуры еплоносителя или подающего трубопровода для увеличения температуры. При отсутствии датчика воздуха внутри помещения главным приоритетом регулирования вляется поддержание температурного графика.
ПРЕИМУЩЕСТВА:
Регулирующий элеватор не требует применения дополнительного насоса, так какодним из элементов его конструкции является струйный насос.
Применение регулирующих гидроэлеваторов снижает монтажные и эксплуатационные расходы и не приводит к нештатным ситуациям при сбоях в электропитании.
В аварийных случаях остановка насоса в системе отопления требует неотложных мер, чтобы не допустить замораживания системы. Схема с регулирующим гидроэлеватором лишена этого недостатка.
По состоянию на 01.01.11 г. в Беларуси и России работает более 52 тыс. систем регулирования с гидроэлеваторами.
3. Зависимая система отопления с смесительным трехходовым клапаном и циркуляционным насосом.
| Поз. | Наименование | Кол. | Описание |
| 1 | Регулятор температуры | 1 | Описание |
| 2 | 1 | Описание | |
| 3 | Датчик температуры теплоносителя | 2 | Описание |
| 4 | Датчик температуры наружного воздуха | 1 | Описание |
| 5 | Датчик температуры воздуха внутри помещения | 2 | Описание |
| 6 | Фильтр сетчатый магнитный | 2 | Описание |
| 7 | Кран шаровый | 5 | Описание |
| 8 | Термометр | 4 | |
| 9 | Манометр | 6 | |
| 10 | 1 | Описание | |
| 11 | Клапан обратный | 1 | Описание |
| 12 | 1 | Описание | |
| 18 | Манометр ЭКМ | 1 |
ОПИСАНИЕ СХЕМЫ: Схема используется при подаче перегретого теплоносителя от теплоисточника при недостаточном для элеваторного смешения перепаде давления между подающим и обратным трубопроводами: менее 0,06 МПа и более 0,4 МПа.
В схеме предусмотрено:
Автоматическое переключение между основным и резервным насосом при отказеодного из насосов;
- возможность введения гибкого графика регулирования температуры воздуха в помещениях с учётом ночного времени, выходных и праздничных дней на весь отопительный сезон;
- обязательный контроль температуры обратного теплоносителя;
- поддержание температурного графика.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ:
Регулирование температуры системы отопления происходит путем изменения пропускной способности клапана и подмешивания сетевой воды при помощи циркуляционного насоса.
В процессе работы контроллер периодически опрашивает датчики температуры теплоносителя, датчик воздуха внутри помещения (если он есть) и датчик наружного воздуха, обрабатывает полученную информацию и формирует выходные управляющие сигналы, дающие команду исполнительному механизму на открытие или закрытие. Управляющее воздействие от контроллера изменяет величину открытия проходного сечения регулирующего клапана. При отсутствии датчика воздуха внутри помещения главным приоритетом регулирования является поддержание температурного графика.
4. Зависимая система отопления с запорно-регулирующим клапаном и циркуляционным насосом (ΔP > 0,4МПа).
| Поз. | Наименование | Кол. | Описание |
| 1 | Регулятор температуры | 1 | Описание |
| 2 | Клапан запорно-регулирующий | 1 | Описание |
| 3 | Датчик температуры теплоносителя | 2 | Описание |
| 4 | Датчик температуры наружного воздуха | 1 | Описание |
| 5 | Датчик температуры воздуха внутри помещения | 2 | Описание |
| 6 | Фильтр сетчатый магнитный | 2 | Описание |
| 7 | Кран шаровый | 6 | Описание |
| 8 | Термометр | 4 | |
| 9 | Манометр | 6 | |
| 10 | Насос циркуляционный сдвоенный | 1 | Описание |
| 11 | Клапан обратный | 1 | Описание |
| 12 | 1 | Описание | |
| 18 | Манометр ЭКМ | 1 |
ОПИСАНИЕ СХЕМЫ: Схема используется при подаче перегретого теплоносителя от теплоисточника при недостаточном для элеваторного смешения перепаде давления между подающим и обратным трубопроводами: более 0,4 МПа.
В схеме предусмотрено:
Автоматическое переключение между основным и резервным насосом;
- возможность введения гибкого графика регулирования температуры воздуха в помещениях с учётом ночного времени, выходных и праздничных дней на весь отопительный сезон;
- обязательный контроль температуры обратного теплоносителя;
- поддержание температурного графика.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ: Регулирование температуры системы отопления происходит путем изменения пропускной способности клапана и подмешивания сетевой воды при помощи циркуляционного насоса, установленного на прямом трубопроводе системы отопления. В процессе работы контроллер периодически опрашивает датчики температуры теплоносителя, датчик воздуха внутри помещения (если он есть) и датчик наружного воздуха, обрабатывает полученную информацию и формирует выходные управляющие сигналы, дающие команду исполнительному механизму на открытие или закрытие. Управляющее воздействие от контроллера изменяет величину открытия проходного сечения регулирующего клапана. При отсутствии датчика воздуха внутри помещения главным приоритетом регулирования является поддержание температурного графика.
5. Независимая система отопления с запорно-регулирующим клапаном и циркуляционным насосом.
| Поз. | Наименование | Кол. | Описание |
| 1 | Регулятор температуры | 1 | Описание |
| 2 | Клапан запорно-регулирующий | 1 | Описание |
| 3 | Датчик температуры теплоносителя | 2 | Описание |
| 4 | Датчик температуры наружного воздуха | 1 | Описание |
| 5 | Датчик температуры воздуха внутри помещения | 2 | Описание |
| 6 | Фильтр сетчатый магнитный | 2 | Описание |
| 7 | Кран шаровый | 4 | Описание |
| 8 | Термометр | 4 | |
| 9 | Манометр | 6 | |
| 10 | Насос циркуляционный сдвоенный | 1 | Описание |
| 11 | Клапан обратный | 1 | Описание |
| 12 | 1 | Описание | |
| 18 | Манометр ЭКМ | 1 |
ОПИСАНИЕ СХЕМЫ: Схема используется при независимом подключении теплового пункта к теплосетям.
В схеме предусмотрено:
Эффективный пластинчатый теплообменник;
- автоматическое переключение между основным и резервным насосом при отказе одного из насосов;
- возможность введения гибкого графика регулирования температуры воздуха в помещениях с учётом ночного времени, выходных и праздничных дней на весь отопительный сезон;
- обязательный контроль температуры обратного теплоносителя;
- поддержание температурного графика.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ: Регулирование температуры системы отопления происходит путем изменения пропускной способности клапана. Следовательно, происходит изменение количества теплоносителя из сети теплоснабжения, проходящего через теплообменник. В процессе работы контроллер периодически опрашивает датчики температуры теплоносителя, датчик наружного воздуха и воздуха внутри помещения (если он есть), обрабатывает полученную информацию и формирует выходные управляющие сигналы, дающие команду исполнительному механизму на открытие или закрытие. Управляющее воздействие от контроллера изменяет величину открытия проходного сечения регулирующего клапана. При отсутствии датчика воздуха внутри помещения главным приоритетом регулирования является поддержание температурного графика.
ПРЕИМУЩЕСТВА:
Эффективная регулировка параметров теплопотребления в широких пределах, т.к.потребитель отвечает перед теплоснабжающей организацией только за параметры обратного теплоносителя.
Равномерная циркуляция теплоносителя по всем отопительным приборам.
6. Открытая система горячего водоснабжения с смесительным трехходовым клапаном и циркуляционным насосом.
| Поз. | Наименование | Кол. | Описание |
| 1 | Регулятор температуры | 1 | Описание |
| 2 | Клапан смесительный трехходовой | 1 | Описание |
| 3 | Датчик температуры теплоносителя | 2 | Описание |
| 6 | Фильтр сетчатый магнитный | 2 | Описание |
| 7 | Кран шаровый | 10 | Описание |
| 8 | Термометр | 7 | |
| 9 | Манометр | 9 | |
| 10 | Насос циркуляционный | 1 | Описание |
| 11 | Клапан обратный | 2 | Описание |
| 12 | 1 | Описание | |
| 17 | Дроссельная диафрагма | 1 | |
| 18 | Манометр ЭКМ | 1 |
ОПИСАНИЕ СХЕМЫ: Схема применяется для оптимизации систем горячего водоснабжения с открытым водоразбором.
В схеме предусмотрено:
- возможность введения гибкого графика регулирования температуры горячей воды с учётом ночного времени, «нерабочего» время;
- На «нерабочее» время насос автоматически отключается.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ: Регулирование температуры теплоносителя ГВС происходит путем изменения пропускной способности клапана и подмешивания обратной сетевой воды. В процессе работы контроллер периодически опрашивает датчики температуры теплоносителя, обрабатывает полученную информацию и формирует выходные управляющие сигналы, дающие команду исполнительному механизму на открытие или закрытие.
ПРЕИМУЩЕСТВА: Обеспечение гарантированного давления в трубопроводе горячей воды за счётвозможности подпитки из обратного трубопровода в отопительный период. Наличие дроссельной шайбы перед обратным трубопроводом обеспечивает минимальную циркуляцию в контуре ГВС при отсутствии водоразбора и не допускает перегрева обратного теплоносителя.
МЕТОДИКА ПОДБОРА ДРОССЕЛЬНОЙ ШАЙБЫ: Согласно своду правил по проектированию и строительству СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов» диаметр отверстий дроссельных диафрагм следует определять по формуле:
где d – диаметр отверстия дроссельной диафрагмы, мм; G – расчетный расход воды в трубопроводе, т/ч; ΔH - напор, гасимый дроссельной диафрагмой, м.
Минимальный диаметр отверстия дроссельной диафрагмы должен приниматься равным 3 мм.
7. Закрытая система горячего водоснабжения с запорно-регулирующим клапаном и циркуляционным насосом.
| Поз. | Наименование | Кол. | - эффективный пластинчатый теплообменник;
Д.т.н. П.В. Ротов, заместитель главного инженера;
А.А. Сивухин, начальник ПТО, МУП «Городской теплосервис»;
д.т.н. В.И. Шарапов, профессор, заведующий кафедрой «Теплогазоснабжение и вентиляция», ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный технический университет», г. Ульяновск
Автоматическое регулирование нагрузки системы ГВС
Потребление горячей воды в жилых и общественных зданиях характеризуется значительной неравномерностью как в течение суток, так и в отдельные дни недели. Мгновенный расход потребляемой воды является случайной величиной. При этом, в разные дни недели, в одно и то же время при прочих равных условиях, вероятность потребления аналогичного количества воды мала. В рабочие дни наибольшее потребление воды наблюдается в вечерние часы, в выходные дни - с утра. Кроме того, на неравномерность потребления могут оказывать влияние климатические условия, периоды массовых отпусков и школьные каникулы, даже телевизионные передачи.
Для компенсации тепловых потерь в трубопроводах системы ГВС предусматривают циркуляцию. Но, поскольку данные по тепловым потерям во внутридомовых системах ГВС зачастую отсутствуют, то для их определения используют долевую часть от расхода воды, а именно 10% от расчетного расхода воды, определенного для неотопительного периода . В потери теплоты трубопроводами систем ГВС учитываются прибавлением доли среднего за отопительный период расхода воды в системах ГВС с учетом коэффициента, учитывающего потери теплоты трубопроводами в зависимости от конструктивных особенностей и наличия изоляции, который изменяется в пределах от 0,15 до 0,35.
Проведенное обследование систем ГВС жилых домов показало, что реальное значение циркуляционного расхода в трубопроводах систем ГВС существенно превышает расчетные значения и составляет 40-90% от расхода в подающем трубопроводе и 70-500% от расхода воды на ГВС. При этом расход воды в циркуляционном трубопроводе зависит от режима потребления горячей воды. Установка на циркуляционных трубопроводах жилых домов дроссельных шайб с постоянным отверстием не позволяет в полной мере учесть режим работы систем ГВС. Повышенный циркуляционный расход способствует росту температуры воды в циркуляционном трубопроводе относительно температуры воды в обратном трубопроводе тепловой сети более чем на 10 О С, что, в свою очередь, влияет на экономичность работы источника теплоснабжения.
Повысить эффективность работы системы ГВС возможно путем автоматического регулирования расхода воды в циркуляционном трубопроводе с учетом неравномерности режима потребления горячей воды. Одна из таких технологий, разработанная в научно-исследовательской лаборатории «Теплоэнергетические системы и установки» (НИЛ «ТЭСУ») УлГТУ, реализована в 2014 г. на ЦТП Ульяновского МУП «Городской теплосервис» . На рис. 1 показана принципиальная схема ЦТП с установленным оборудованием. Регулирование расхода воды в циркуляционном трубопроводе осуществляется запорно-регулирующим клапаном (регулятором температуры) 11, установленном на циркуляционном трубопроводе. Управление запорно-регулирующим клапаном осуществляется программируемым логическим контроллером по импульсу от датчика температуры 12. В период водоразбора тепловые потери в системе ГВС компенсируются за счет слива воды, поэтому можно снизить расход воды в циркуляционном трубопроводе. При отсутствии водоразбора расход воды в циркуляционном трубопроводе поддерживается в зависимости от определенного перепада температур в подающем и обратном трубопроводе системы ГВС, тем самым обеспечивая необходимую тепловую нагрузку.
В течение 2014 г. проводился инженерный эксперимент, в результате которого анализировались параметры работы ЦТП при различных режимах настройки регулятора температуры, установленного на циркуляционном трубопроводе. Настройка регулятора температуры по времени суток осуществлялась на основании предварительного анализа работы ЦТП. На рис. 2 представлена диаграмма изменения расхода воды в системе ГВС за 6 дней, из которой следует, что максимальный отбор горячей воды происходит в период с 8:00 до 15:00-16:00. Среднечасовое значение температуры горячей воды за этот же период составило 60,3 О С. Во время минимального разбора горячей воды настройка регулятора температуры производилась на температурный перепад в системе ГВС, равный 10 О С.
В период с 19.06.2014 г. по 06.08.2014 г. анализировались режимы работы ЦТП с различными настройками регулятора температуры на циркуляционном трубопроводе. В I режиме регулятор температуры был настроен на круглосуточном поддержании температуры воды, равной 50 О С, в циркуляционном трубопроводе. Во II режиме настройки регулятора температуры изменялись в течение суток по графику: с 9:00 до 15:00 поддерживалась температура циркуляционной воды, равная 45 О С, в остальное время температура циркуляционной воды поддерживалась равной 50 О С. В III режиме регулирование температуры воды в циркуляционном трубопроводе не производилось.
Среднечасовые значения параметров работы ЦТП в каждом из трех режимов представлены в табл. 1. Экономия тепловой энергии на ЦТП определялась для I и II режимов в сравнении с III режимом, когда не производилось регулирование циркуляционного расхода воды.
Таблица 1. Режимные показатели работы ЦТП при регулировании циркуляционного расхода в период с 19.06.2014 г. по 06.08.2014 г.
В результате анализа данных, представленных в табл. 1, установлено, что экономия тепловой энергии на ЦТП в режимах с регулированием циркуляционного расхода горячей воды относительно режима без регулирования составляет 12-14% (0,03 Гкал/ч). При этом в режиме с дифференцированной по времени суток температурой воды в циркуляционном трубопроводе ГВС достигается большая экономия теплоты.
В отопительном периоде с 19.10.2014 г. по 17.11.2014 г. на том же ЦТП проводился анализ режимных параметров в условиях регулирования и отсутствия регулирования температуры циркуляционной воды в системе ГВС. В первом периоде (I режим) настройки регулятора температуры изменялись в течение суток по графику: с 9 до 15 ч поддерживалась температура циркуляционной воды равная 45 О С, в остальное время температура циркуляционной воды поддерживалась равной 50 О С. Во втором периоде (II режим) регулирование температуры воды в циркуляционном трубопроводе не производилось.
Анализ среднечасовых показателей работы ЦТП в отопительном периоде показывает, что в I режиме теплоты потребляется на 20% меньше, чем во II (табл. 2).
Таблица 2. Режимные показатели работы ЦТП при регулировании циркуляционного расхода в период с 19.10.2014 г. по 17.11.2014 г.
На рис. 3-5 показана динамика изменения расхода теплоносителя, температуры воды и теплопотребления в системе ГВС по часам суток при различных режимах работы ЦТП в период с 19.10.2014 г по 17.11.2014 г На приведенных диаграммах четко видно снижение температуры циркуляционной воды, расхода воды и теплопотребления в системе ГВС в период регулирования температуры циркуляционной воды. Снижение теплопотребления приводит к соответствующей экономии топливно-энергетических ресурсов. Равенство температуры воды, подаваемой на ГВС при различных режимах, показывает, что снижение расхода теплоносителя и количества тепловой энергии обусловлено только оптимизацией режима работы системы ГВС за счет регулирования расхода воды в циркуляционном трубопроводе. При этом температура воды в подающем трубопроводе системы ГВС соответствует нормативным требованиям (рис. 3).
С целью оценки инвестиционной привлекательности проведено технико-экономическое обоснование реализованной технологии регулирования нагрузки системы ГВС. На основании анализа режимов работы системы ГВС определена минимальная среднечасовая экономия теплоты 0,03 Гкал/ч (табл. 1). Предполагаемое время работы системы ГВС с регулированием циркуляционного расхода составляет 3600 ч в год. Суммарная экономия теплоты на одном ЦТП за этот период составит 108 Гкал, что при тарифе за тепловую энергию 1500 руб./Гкал равно 162 тыс. руб. Затраты на приобретение оборудования для системы автоматического регулирования составили 74,6 тыс. руб., т.е. технология окупается за половину временного периода работы системы автоматического регулирования, т.е. за 2,5-3 месяца.
Энергосберегающий потенциал разработанной технологии при ее реализации на всех ЦТП системы теплоснабжения Ульяновска составляет более 12 млн руб. в год, что, с учетом небольшого срока окупаемости, является выгодным инвестиционным проектом.
При технико-экономическом обосновании не учитывались снижение затрат электроэнергии на транспорт теплоносителя, снижение тепловых потерь в трубопроводах системы ГВС, возможное увеличение комбинированной выработки электроэнергии на ТЭЦ за счет снижения температуры обратной сетевой воды. С учетом этих составляющих срок окупаемости такой технологии будет еще меньше.
Поквартирные тепловые пункты
Примером энергоэффективных технологий использования теплоты в системах теплопотребления в ряде случаев могут служить поквартирные тепловые пункты (ПТП), которые представляют собой комплекс устройств, преобразующих параметры теплоносителя, перераспределяющих потоки теплоносителя в контурах отопления и ГВС квартиры и управляющих тепловыми нагрузками этих контуров. Применение ПТП в системах водоснабжения и отопления позволяет упростить схему разводящих внутри- домовых сетей теплоснабжения, снизить затраты на эксплуатацию объекта капитального строительства (за счет отсутствия централизованной системы ГВС) . При этом владельцы квартир могут по своему усмотрению устанавливать необходимый экономичный тепловой режим и тем самым определять приемлемую оплату за потребленную тепловую энергию.
Недостатком открытой схемы теплоснабжения (рис. 6) в основном является наличие постоянного круглосуточного расхода циркуляционной воды в системе ГВС, что приводит к сверхнормативным тепловым потерям в системе ГВС и высоким энергетическим затратам на циркуляцию воды в системе ГВС. Типовая открытая система теплоснабжения характеризуется большой металлоемкостью, что приводит к увеличению начальных затрат на ее сооружение.
В НИЛ «ТЭСУ» УлГТУ разработан ряд технологий ГВС на основе ПТП , одна из которых представлена на рис. 7.
Основным принципом работы такой системы теплоснабжения является то, что подготовка горячей воды происходит в непосредственной близости от водоразборных кранов, при этом отсутствуют тепловые потери в трубопроводе подачи ГВС, что позволяет полностью исключить циркуляцию воды в системе ГВС.
Определим экономию от внедрения ПТП в открытой системе теплоснабжения на примере одного стояка системы ГВС в 9-этажном многоквартирном жилом доме. Протяженность циркуляционных трубопроводов принята равной 60 м, диаметр - 20 мм.
Суммарный расход воды на нужды теплоснабжения определяем по формуле:
Gт=Gот+Gвс (1)
где Gот, Gгвс - расходы воды соответственно на отопление и ГВС.
Расход воды на ГВС определяем по формуле:
Gгвс=Gг+Gц, (2)
где G г G u - расходы горячей воды соответственно в водоразборных приборах и в циркуляционном трубопроводе.
Тепловые потери в циркуляционном трубопроводе при этом составят:
Q ц тп =q ц *l ц =632,9 ккал/ч, (3)
где q ц - плотность теплового потока через 1 м циркуляционного трубопровода:
1 ц =60 м - протяженность циркуляционного трубопровода; t ц - температура циркуляционной воды, О С; t нв - температура наружного воздуха, О С; λст- - коэффициент теплопроводности стали, Вт/(м. О С); d вн - внутренний диаметр трубопровода, м; d н - наружный диаметр трубопровода, м; α в - коэффициент теплоотдачи от воды к внутренней стенке трубы, Вт/(м 2 .К); α вн - коэффициент теплоотдачи от наружной стенки трубы к наружному воздуху, Вт/(м 2 .К).
При годовой работе системы ГВС тепловые потери в циркуляционном трубопроводе составят:
где τ гвс год =8160 - количество часов работы системы ГВС в год, ч.
Отсутствие теплопотерь в циркуляционном трубопроводе при использовании ПТП приведет к снижению расхода топлива:
ΔВ=(Q ц тп)/(Q P н *η бр)* τ гвс год =0,8 т у. т. в год, (6)
где Q P н - низшая теплота сгорания топлива, Дж/кг; η бр, - КПД котла.
При стоимости 1 т у.т. равной 3700 руб. экономия с одного стояка внутридомовой системы ГВС составит П тэ =3,0 тыс. руб. в год.
Расход воды на циркуляцию:
Gц= Q ц тп /(c*∆t ц)=63,3 кг/ч, (7)
где с - удельная теплоемкость воды, ккал/(кг О С); ∆t ц - температурный перепад в циркуляционном трубопроводе, О С.
Годовой расход воды в циркуляционном трубопроводе составит:
G ц год =G ц * τ гвс год = 516,5 т/год. (8)
Расход электроэнергии циркуляции горячей воды при этом:
Nэ=γ*H*G ц /η н =2,16 кВт*ч, (9)
где γ - удельный вес перекачиваемой жидкости, Н/м 3 ; Н - напор насоса, м; η н - КПД насоса.
Потребление электроэнергии на привод насоса составит 17,6 кВтч/год, что в денежном эквиваленте при стоимости электроэнергии 4 руб./кВт*ч составит П э =70,4 тыс. руб. в год.
Общая экономия эксплуатационных затрат при использовании в системах ГВС ПТП составит:
Побщ=Пэц+Птэ+Пэ=81,2 тыс. руб. в год. (10)
Кроме того, при отсутствии циркуляционного трубопровода уменьшается и металлоемкость системы ГВС, которая при стоимости трубы Ду 20 - 50 тыс. руб./т приведет к экономии с одного стояка внутридомовой системы ГВС П м =5,0 тыс. руб.
Определим капитальные затраты на внедрение ПТП с учетом дополнительного оборудования, устанавливаемого в них. В качестве основных капитальных затрат принята установка регулятора температуры и регулятора перепада давления. Стоимость этого оборудования в одном ПТП составит около 60 тыс. руб. Капитальные затраты на один стояк внутридомовой системы ГВС в 9-этажном многоквартирном доме составят порядка 540 тыс. руб. .
Срок окупаемости затрат от внедрения способа приготовления ГВС в ПТП составляет порядка 6 лет. Данные результаты основаны на расчетном объеме потребления ГВС.
Проведенное обследование систем ГВС жилых домов показало, что реальное значение циркуляционного расхода существенно превышает расчетные значения. Очевидно, если фактический расход воды в циркуляционном трубопроводе системы ГВС будет превышать расчетный в 3-6 раз, срок окупаемости также пропорционально снизится. Таким образом, реальный срок окупаемости технологии ГВС с использованием ПТП составляет не более одного года.
Выводы
1. В системе теплоснабжения г. Ульяновска на одном из ЦТП реализована технология регулирования нагрузки системы горячего водоснабжения, учитывающая неравномерность потребления горячей воды. Особенностью разработанной и реализованной технологии является регулирование расхода воды в циркуляционном трубопроводе в зависимости от температуры воды после водоразборных точек в системе горячего водоснабжения.
2. Проведен анализ параметров ЦТП при различных режимах работы и определена величина экономии теплоты. В режимах работы ЦТП с регулированием циркуляционного расхода горячей воды относительно режима работы без регулирования теплопотребление ЦТП уменьшается на 12-20%.
3. Выполнен технико-экономический расчет реализованной технологии регулирования нагрузки системы горячего водоснабжения. Расчетная годовая экономия теплоты на одном ЦТП составляет 162 тыс. руб. Срок окупаемости, определенный с учетом затрат на покупку и монтаж оборудования, составляет менее трех месяцев.
4. Выполнен сравнительный анализ технологий обеспечения тепловой нагрузки в системах горячего водоснабжения с использованием поквартирных тепловых пунктов. Реализация таких технологий позволяет повысить экономичность работы систем горячего водоснабжения за счет снижения тепловых потерь и затрат на транспорт горячей воды в связи с отсутствием циркуляционного расхода.
5. Расчетный срок окупаемости технологии горячего водоснабжения с использованием поквартирных тепловых пунктов составляет около 6 лет. При фактических затратах на циркуляцию воды в существующих системах ГВС срок окупаемости сокращается до 1 года.
Литература
1. . М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. 50 с.
2. Строительные нормы и правила. СНиП 2.04.07-86*. Тепловые сети. М.: Минстрой России, 1994. 46 с.
3. О предоставлении коммунальных услуг собственникам и пользователям помещений в многоквартирных домах и жилых домов. Постановление Правительства РФ от 06.05.2011 г. № 354 // Российская газета. 2006. № 116. 01.06.2011.
4. Ротов П.В. Регулирование нагрузки городских теплофикационных систем / П.В. Ротов, В.И. Шарапов. Ульяновск: УлГТУ, 2013. 309 с.
5. Квартирные тепловые пункты в многоквартирных жилых домах. Рекомендации АВОК Р НП «АВОК» 3.2.1-2009. М.: ООО ИИП «АВОК-ПРЕСС». 2009. 46 с.
6. Патент 2549089 Российская Федерация. МПК 7 F 24 D 3/08. Способ работы открытой двухтрубной системы теплоснабжения/ П.В. Ротов, М.Е. Орлов, В.И. Шарапов, А.А. Сивухин; заявитель и патентообладатель УлГТУ № 2013145525/12; заявл. 10.10.13; опубл. 20.04.15, Бюл. № 11. 5 с.
7. Сивухин А.А. Сравнительный анализ технологий обеспечения нагрузки горячего водоснабжения / А.А. Сивухин, П.В. Ротов, В.И. Шарапов // Новые технологии в теплоснабжении и строительстве: сборник работ аспирантов и студентов - сотрудников научно-исследовательской лаборатории «Теплоэнергетические системы и установки». Ульяновск: УлГТУ, 2015, Выпуск. 13. С. 373-379.
Прежде всего нужно разобраться, что же такое регулятор температуры ГВС и для чего он служит. Основное его назначение-регулировка температуры воды, используемой для бытовых нужд, посредством изменения количества поступающей из трубопровода воды. Подробнее об этом устройстве вы можете узнать из следующих далее пунктов.
Принцип действия и устройство
Регулятор ГВС действует по принципам смешивания двух потоков воды различной температуры из подающего и обратного трубопроводов, с формированием третьего потока с необходимой температурой, непосредственно направляющегося систему горячего водоснабжения потребителя. Само же устройство состоит из корпуса и рабочей части, основным компонентом которой является сильфон-герметичный цилиндр, заполненный обычно бензолом или парафином и поддерживающий нужный температурный баланс. Он и является термочувствительным элементом системы, его расширение или же сужение и приводит к изменению количества смешиваемой горячей воды, и, соответственно, увеличению холодной. Регулятор автоматический и энергонезависимый, дополнительного контроля человека не требует.
Различные режимы работы и модификации
Регуляторы ГВС имеют в своём составе две различные модификации. Первая из них даёт возможность использовать устройство только как температурный регулятор горячей воды, вторая же помимо основной функции даёт возможность протекции от опорожнения системы. Первая модификация соответственно более простая и имеет в своём составе только регулирующий клапан, его привод и управляющее устройство. При заданной температуре все подвижные части прибора пребывают в неподвижном состоянии, а при её превышении происходит изменение объёма баллона регулирующего устройства и перемещению затвора устройства исполнительного. В отличие от неё, на ‘защитной’ модификации дополнительно установлен универсальный регулятор давления прямого действия- УРРД, защищающий от перепадов давлений. При этой схеме давление в обратном трубопроводе меньше, чем в локальной системе отопления. За счёт этого, во время падения давления нарушается равновесие действующих сил, и затвор перекрывается. При нормализации давления автоматический регулятор сам перейдёт в состояние поддерживания необходимой температуры.
Основные сферы использования, виды и примеры конкретных моделей
Подобные аппараты активно используются в водопроводных и водонагревательных системах, в автомобилестроении, на котельных каждого типа и отопительных станциях. Помимо двух основных модификаций, существуют сильфонные или автомобильные, где за термическую регулировку отвечает термостат. Как пример подобных систем, можно привести модели ТРЖ и HND: такие, как наидоступнейшая ТРЖ-М1 . У различных моделей, видов, модификаций и конфигураций автоматических регуляторов есть свои преимущества и недостатки и подбираются в зависимости от ситуации. Материал изготовления(чугун или сталь) немаловажен. Ниже приведена взятая для наглядности таблица параметров модели Р-2.Т.
Монтаж, регулировка, эксплуатация, правила предосторожности, действия при поломке
Установку регулятора в систему горячего водоснабжения стоит производить на ровный, легкодоступный участок трубы, что упростит ремонт и профилактические работы, связанные с регулированием его работы. Фиксирование происходит за счёт фланцев по ГОСТ 12815. Регулировку температуры производят при помощи клапана прямого действия или же электронного регулятора. Условия эксплуатации для различных моделей разные, но все они сходятся на том, что идеальными условиями для работы данного агрегата является воздушная среда с температурой от 5 до 10 градусов Цельсия и относительной влажностью не более 75% при 25 С°. Не должно быть слишком большой или маленькой разницы в прямом и обратном трубопроводах.
В большинстве случаев температурный регулятор воды в системе ГВС перестаёт работать при недостаточном давлении, что часто встречается в современных городах. Исправить это можно установкой насосов. Опасность при ремонте и обслуживании прежде всего представляет довольно значительное количество нагретой воды в системе, поэтому стоит быть осторожным при его обслуживании или замене. Стоит помнить, что монтаж и ремонт стоит производить только при отсутствии давления в трубопроводах прямом и обратном.
Применение
Первостепенной задачей этого агрегата является поддерживание температуры в установленных пределах, чаще всего от шестидесяти до семидесяти пяти градусов Цельсия. Этот диапазон температур был принят на основании компромисса между производителями и потребителями горячей воды, обусловленный меньшими затратами объёма воды при сильном нагреве с одной стороны и мерами безопасности с другой.
В этом тексте разобраны основные параметры, типы, модификации, области применения автоматических регуляторов ГВС, описан их ремонт и обслуживание. Надеемся, что он поможет вам с выбором необходимого типа или модификации, или же подскажет способы ремонта, правила эксплуатации и меры предосторожности.
Ни один современный человек не чувствовал бы себя комфортно в доме, в котором нет горячей воды. Термостат для гвс – это часть в современной системе отопления. При помощи этого приспособления обитатели дома могут настраивать температуру воды по своему вкусу.
Принцип работы
Как мы знаем, если горячая вода не подается в здание централизовано, мы можем получить ее самостоятельно, посредством подогрева холодной воды. Таких способов на сегодняшний день известно два (не считая кастрюль на газовых конфорках):
- прямой
- косвенный
Прямой способ заключается в получении горячего водоснабжения путем подогрева холодной воды электрическим бойлером или газовой колонкой. В первом случае жидкость нагревается электрическим тэном. Во втором – газовой горелкой. Оба этих способа, как правило, применяются в том случае, если в доме установлено центральное отопление.
Если же вы живете в частном секторе и отапливаете свое жилье при помощи газового, твердотопливного или электрического котла, подогрев воды у вас, скорее всего, осуществляется другим способом.
Как известно, котлы бывают двух типов:
- одноконтурные
- двухконтурные
Одноконтурный предназначен только для обогрева здания. Двухконтурный – и горячего водоснабжения. Именно во втором случае может использоваться термостат гвс, при помощи которого можно нагреть горячую воду до определенной температуры. В целях безопасности, специалисты рекомендуют, что эта температура не должна быть ниже 60 и выше 75 градусов Цельсия. Давайте посмотрим, из чего состоит двухконтурный котел. Так вам будет проще понять принцип работы термостата гвс.
Приготовление горячей воды происходит в проточном теплообменнике. По этой причине котлу необходимо иметь высокую мощность, перекрывающей наибольшую потребность в горячей воде. Для того чтобы покрыть эту потребность в системе отопления предусмотрен бойлер косвенного нагрева с постоянным запасом теплой жидкости. Термостат гвс управляет подогревом жидкости. Если температура в бойлере начинает падать, он дает команду на подогрев воды. После того, как температура достигает желаемого значения, нагрев воды автоматически прекращается.
Типы устройств
Термостаты ГВС бывают двух типов:
- накладные
- погружные
Первый тип изделий устанавливается гораздо проще, чем второй. Однако надежность крепления второго значительно выше. Стоимость приборов примерно одинакова.
Наиболее известные представители
Сегодня самой известной фабрикой по производству термостатов ГВС в Европе является . Она производит следующие популярные модели этого класса.
| Представители фирмы Danfoss | ||
|---|---|---|
| № п/п | Наименование модели | Техническое описание |
| 1. | BasicPlus2 | Надежное изделие. Выпускается, как с механическим кольцом настройки температуры, так и с жидкокристаллическим дисплеем, на котором отображается температура воды. |
| 2. | RET2000B-RF | Беспроводное устройство, которое можно установить прямо в ванной и оттуда управлять ГВС. |
| 3. | TP5001A-RF | Программируемый беспроводный прибор, при помощи которого можно регулировать теплоотдачу обоих контуров котла. |
Помимо фабрики «Данфосс», известным производителем изделий, о которых мы рассказываем в этой статье, является компания SALUS. Ее продукция представляет собой ассортимент многофункциональный, надежных приборов для регулировки климата. Отдельно среди них следует выделить модель iT500. Это настоящий микрокомпьютер, который имеет множество функций и возможность подключения к интернету. Данным устройством можно управлять при помощи смартфона или планшета. Стоит такой прибор порядка 20 734,29 рублей за штуку. Однако это устройство одно из самых дорогих. Что касается обычных термостатов ГВС, то их стоимость варьируется от 1 500 до 5 000 рублей за штуку, что по карману многим жителям нашей страны.