Предварительный выбор и преднастройка балансировочных вентилей ГЕРЦ
Опубликовано: журнал СОК № 12/2009, автор: Фролов А.М.
Основная цель гидравлической настройки состоит в том, чтобы установить расходы при номинальных условиях в распоряжение всех потребителей тепла. Перепад давления по всем контурам должен оставаться постоянным и расходы теплоносителя в точках подключения системы должны оставаться совместимыми. К номинальным условиям для жилой комнаты относятся:
- температура воздуха 20–22 °С;
- влажность 45–30 %;
- скорость движения воздуха 0,15 м/с.
Если неправильно произвести гидравлическую балансировку системы, часть помещений будет перегретой, а часть - недогретой.
Гидравлическая обвязка первичных и вторичных контуров осуществляется по одному из многочисленных вариантов подключения, которые в общем виде делятся на напорные и безнапорные. Правильный выбор такой обвязки зависит от многих факторов. К ним относятся в т.ч. эксплуатация соответствующей установки (источника энергии), необходимой для теплоснабжения. В начале каждая трубопроводная сеть разделена на три области: генератор тепловой энергии, разводка и потребитель. Прямое присоединение между пользователем тепловой энергии и теплопроизводителем возможно при использовании низкотемпературных тепловых сетей с постоянными в течение года параметрами теплоносителя 80–60 °C. Для схемы с тепловыми сетями, температура которых выше указанных параметров применяется узел смешения.
Современные системы отопления, холодоснабжения и водоснабжения имеют разветвленную сеть трубопроводов с различной протяженностью, диаметрами и гидравлическими сопротивлениями. Перерасход теплоносителя в отдельных частях системы отопления приводит к недостаточному расходу в других частях системы, к шумам на регулирующих термостатических клапанах. По опыту известно, что повышение температуры в помещении на 1 °C приводит к перерасходу тепла (энергии) на 6–10 %. Теплоотдача поверхностей нагрева, расположенных в помещении (панельные радиаторы или система «теплый пол»), зависит от переменных, перечисленных в табл. 1. При регулировании температуры подающей линии и постоянном расходе (качественное регулирование) отдаваемая тепловая мощность:
N = Кm(tвнут – tвнеш)n,
где n = 1,1–1,4, а Кm = UA, т.е. отдаваемая тепловая мощность — это произведение коэффициента теплопередачи на приведенную площадь радиатора.
При нормальных условиях:
(tвнут – tвнеш)n = 49,83 К.
табл. 1. Факторы, влияющие на теплоотдачу поверхностей нагрева в помещении.
| Расход воды | Температура воды |
| при постоянной температуре подающей линии | при постоянном расходе воды |
| Соответственно, существуют: | |
| количественное регулирование с помощью: — термостатического клапана — распределительного клапана |
качественное регулирование с помощью: — трехходового смесителя — четырехходового смесителя |
При количественном регулировании, т.е. при постоянной температуре подающей линии, регулирование мощности в контуре регулирования осуществляется дросселированием расхода воды - рис. 1.
Рис. 1. Кривые дросселирования радиатора при разности температур 90/70 °C и 50/45 °C.
Из кривых дросселирования видно, что при снижении потока воды в радиаторе (калорифере и т.п.) до половины отдаваемая мощность падает только до 80 %. Для половины мощности отопления достаточно 10–20 % от номинального потока воды. Регулировочный вентиль, параметры которого определены с запасом, должен работать при еще меньшем открытии вентиля. Поэтому при дроссельном регулировании необходимо обязательно монтировать предварительно настраиваемые клапаны.
В разветвленных больших установках термостатические клапаны снижают количество циркулирующей воды до 30 %. Для устранения недогрева удаленных помещений, можно устанавливать насос с большим напором, что приведет к перерасходу в системе отопления — тепла и электроэнергии. Тогда напор насоса потребуется отрегулировать балансировочным вентилем. При балансировке оказывается возможным перейти на более низкую скорость насоса, что уменьшает потребление энергии и увеличивает срок службы насоса. Хорошо сбалансированная система снижает как инвестиционные, так и эксплуатационные затраты (рис. 2).
Рис. 2. Снижение инвестиционных и эксплуатационных затрат в сбалансированной системе.
Выбор ручных балансировочных и запорных вентилей.
Обычно балансировочные и запорные вентили подбираются по диаметру трубопровода, на котором они устанавливаются. Правильность выбора балансировочного вентиля влияет на точность настройки. Завышенные размеры вентиля (т.е. маленькие значения предварительной настройки) приводят к большим погрешностям регулировки (рис. 3).
Рис. 3. Влияние выбора балансировочного вентиля на точность настройки системы.
Для точной балансировки должна существовать возможность изменения расхода с точностью до 5 %. Приемлемым считается, если предварительная настройка вентиля составила не менее двух оборотов маховика балансировочного вентиля, т.е. используется от 40 до 90 % хода штока. Если для запорных вентилей необходима малая величина сопротивления, то балансировочные вентили призваны создавать большое сопротивление, которое должно быть не менее 3 кПа. Более правильно выбор балансировочного вентиля производить по пропускной способности:
где G — расход, м3/ч; Δр — потери давления на вентиле, бар.
Подбор запорного и балансировочного вентиля (определение значения преднастройки) на ответвлении.
Рассмотрим одно ответвление двухтрубного контура отопления многоэтажного здания (рис. 4). Для гидравлической балансировки системы отопления на нагруженных ветках предусматривается обязательная установка балансировочного и запорного вентиля.
Рис. 4. Двухтрубная система отопления многоэтажного здания.
Пример:
Исходные данные:
- расчетный расход теплоносителя через ответвление G == 260 кг/ч (суммарная мощность отопительных приборов W = 6 кВт);
- потери давления на ветке Δpв = 10 кПа;
- разность давлений в трубопроводах в точке присоединения ответвления к стояку Δpст = 15 кПа;
- условный диаметр трубопроводов Dу 15 мм (1/2ʺ).
Решение:
1. Выбираем запорный вентиль с минимальным гидравлическим сопротивлением 4115 11. Потеря давления на запорном вентиле определяется по номограмме (рис. 5).
Рис. 5. Номограмма потерь давления запорного вентиля «Штрёмакс».
2. Определяем необходимое значение потерь давления на балансировочном вентиле Δрбв из уравнения:
Δрст = Δрзв + Δрв + Δрбв ⇒ Δрбв = Δрст – Δрзв – Δрв = 15 – 0,4 – 10 = 4,6 кПа.
Авторитет вентиля составляет: α = Δрбв/Δрв = 4,6/10 = 0,46 (должен быть 0,35–0,75, но не менее 0,25).
Выбор преднастройки балансировочного вентиля 1 4117 51 с помощью расчетной таблицы ГЕРЦ (табл. 2–3). В табл. 2 представлено начало расчета, в которой указаны балансировочные вентили 4117 М и 4217 GM/GR(в ячейках «Ввод данных» пусто, поэтому в строках «Настройка» также нет данных).
табл. 2. Вид расчетной таблицы MS Excel для подбора балансировочных вентилей ГЕРЦ.
В табл. 3 в ячейки «Ввод данных» введены расчетные параметры из примера, т.е. расход теплоносителя G = 260 кг/ч и перепад давления на балансировочном вентиле 4,6 кПа. При этом в строках «Настройка» появляются конкретные цифры по преднастройке для балансировочных вентилей, которые могут быть использованы для установки в данную схему при заданных выше параметрах.
табл. 3. Вид расчетной таблицы MS Excel для подбора балансировочных вентилей ГЕРЦ.
Обозначение «Н/Д» переводится как «Нет данных». Также в таблице выделена преднастройка для балансировочного вентиля 1 4117 51 с номинальным диаметром DN = 15 мм, составляющая 2,25 оборота шпинделя. То есть, вентиль в самом начале должен быть полностью закрыт, а потом открыт на 2,25 оборота шпинделя по шкале, расположенной под маховиком.
Заметим, что значение предварительной настройки балансировочного вентиля потому и называется предварительным, что окончательная настройка балансировочного вентиля осуществляется при монтаже системы при помощи измерительного прибора.
Заметим, что перепад давления на вентиле можно определить при помощи любых стандартных манометров с последующим расчетом расхода теплоносителя через вентиль, однако наиболее точная настройка гарантируется при использовании измерительных компьютеров ГЕРЦ.