Yandex Weather




http://www.inventors.ru/index.asp?mode=5106 по материалам сайта "www.abok.ru"

ТЕРМОСТАТЫ В РОССИЙСКИХ СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ (часть 2)

Гидравлический расчёт систем отопления, включающий наряду с трубами, отопительными приборами и другими элементами системы запорно-регулирующую и регулирующую (термостаты) арматуру, проводится по существующим методикам с применением основных расчётных зависимостей, изложенных в специальной справочно-информационной литературе.
В общем случае при гидравлическом расчёте систем отопления потери на трение теплопроводов и преодоление местных сопротивлений следует определять по методу «характеристик сопротивления»:

(2)

или по методу «удельных линейных потерь давления»:

(3)

где ∆Р – потери давления на трение и преодоление местных сопротивлений, Па,
S = Аζ‘ – характеристика сопротивления участка теплопроводов, равная потере давления в нём при расходе теплоносителя 1 кг/с, Па/(кг/с)2,
А – удельное скоростное давление в теплопроводах при расходе теплоносителя 1 кг/с , Па/(кг/с)2,
ζ‘ – приведённый коэффициент сопротивления рассчитываемого участка теплопровода,
λ – коэффициент трения,
dвн – внутренний диаметр теплопровода, м,
λ / dвн – приведённый коэффициент гидравлического трения, 1/м,
L – длина рассчитываемого участка теплопровода, м,
Σζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений на рассчитываемом участке сети,
M – массовый расход теплоносителя, кг/с,
R – удельная линейная потеря давления на 1 м трубы, Па/м,
Z – местные потери давления на участке, Па.
Гидравлические характеристики регулирующей арматуры в отечественной практике обычно представлены коэффициентом местного сопротивления ζ и характеристикой сопротивления S или перепадом сопротивления (потерями давления) ∆Р на рассматриваемом участке при различных расходах теплоносителя М и различных уровнях предварительной монтажной и текущей настроечной регулировок.
При нахождении гидравлических характеристик термостатов ζ = ζ‘.
В зарубежной практике для характеристики термостатов используются расходные коэффициенты Кv и Кvs. Первый определяет расход теплоносителя М в м3/ч при определённом положении устройства предварительной монтажной настройки, подъёме шпинделя над седлом клапана, соответствующем настроечному режиму погрешности регулирования на 1 К, 2 К или 3 К (на 1, 2 или 3°С), второй – при максимальном подъёме шпинделя (при снятых термостатической головке и защитном колпачке) и максимальном открытии устройства для монтажной настройки при перепаде давления на клапане ∆Р равном 1 бару (0,1 МПа).
Значение Кv (и Кvs при указанных выше условиях) вычисляют по формуле:

(4)

Следует отметить, что эта формула весьма своеобразна, так как фактически вольно обращается с размерностью: М в м3/ч (в некоторых изданиях более правильно в т/ч, тогда вместо kv следует принимать обозначение kм) и ∆Р в барах, причём чаще показывают Кv (или kм) не по полной размерности, а лишь как расходную характеристику – м3/ч (или т/ч) – без учёта размерности перепада давления.
После преобразования формул (2), (3) и (4) имеем:

(5)

Затем, устраняя несоответствия в размерностях и принимая значения А по известным справочным материалам, получим:

(6)

или для полного открытия клапана

(7)

где с1 – коэффициент, устраняющий несоответствие в размерностях, использованных в формуле аргументов (с некоторой погрешностью из-за температурного фактора).
В первом приближении с допустимой для практических гидравлических расчётов погрешностью можно принять при dу15 с1= 97,3 и при dу20 с1= 324 при условии, что расход теплоносителя определяется в кг/с, а перепад давления ∆Р – в Па.
Очевидно, что из тех же формул можно получить, что:

(8)

 

(9)

Значения с1 и с2 зависят также от температуры теплоносителя при испытаниях термостатов и ряда других факторов, причём с2= 1,37•с1 при dу15 и с2= 0,412•с1 при dу20, то есть в обоих случаях с2= 133,3. Очевидно, что размерность S соответствует указанной для уравнения (2).
Следует учесть, что принятый при определении Кv перепад давления на клапане в 1 бар не всегда практически выполним: максимальный перепад давления на клапане обычно не должен превышать 0,3 бар.
Отметим, что рекомендуемый предел этого перепада для большинства конструкций термостатов составляет от 0,1 до 0,2 бар (иначе нарушается нормальная работа термостата, в частности, эквивалентный уровень шума может превышать 25 дБ). Поэтому, согласно EN 215, в качестве нормативного перепада принят ∆Р = 0,1 бар (0,01 МПа), а номинальное значение расходных коэффициентов Кv или Кvs определяется расчётным способом по формуле (4), хотя при этом вносится погрешность из-за неквадратичности зависимости перепада давления от расхода теплоносителя, различной у разных термостатов. Поэтому в ряде случаев термостаты с лучшими значениями Кv по расчёту, исходя из опытов при ∆Р = 0,1 бар, могут иметь реально несколько худшие значения Кv при определении их непосредственно при ∆Р = 1 бар (при наличии такой возможности).
Как известно, согласно российским нормативам, ориентированным на однотрубные системы отопления, расход теплоносителя через отопительный прибор Мпр принят равным 0,1 кг/с (360 кг/ч). Очевидно, что при монтаже термостата у отопительного прибора в однотрубной системе и необходимой при этом установке замыкающего участка (байпаса), доля теплоносителя, проходящего через прибор Мпр, существенно меньше 0,1 кг/с и определяется коэффициентом затекания αпр согласно зависимости (1).
По данным ООО «Витатерм», значения коэффициента затекания при использовании термостатов относительно низкого гидравлического сопротивления (ζ = 25-65) находятся обычно в пределах 0,15-0,3, то есть характерный расход через прибор в этих условиях должен составлять 50-100 кг/ч.
В двухтрубных системах отопления при расчётных параметрах теплоносителя 95-70°С обычно Мпр= 25-75 кг/ч, а при зарубежных рекомендациях по этим параметрам (75-65°С) этот же расход составляет 50-150 кг/с.
Несмотря на новые европейские рекомендации по снижению расчётных температур теплоносителя и увеличению его расхода, стандарт EN 215 регламентирует номинальный расход теплоносителя равным 36 кг/ч. В связи с этим в общем случае испытателям целесообразно давать для проектировщиков значения ζ и S при различных расходах теплоносителя, например, при 36 и 90 кг/ч, так как значения ζ и S , как указывалось, не являются постоянными из-за фактической неквадратичности зависимости ∆Р от Мпр. В то же время, если различие ζ и S  при разных расходах теплоносителя не столь значительно, то их можно определять при усреднённых расходах теплоносителя, например, в пределах 60-72 кг/ч (для случаев оснащения отопительных приборов термостатами).
При разработках рекомендаций по применению различных отопительных приборов ООО «Витатерм» в последнее время ориентируется на значения Мпр= 60 кг/ч и Мпр= 360 кг/ч.
Обычно фирмы, представляющие свои термостаты, сопровождают проспекты на них графиками зависимостей ∆Р = f(М) при различных режимах монтажной настройки (степени открытия дополнительного «обводного» канала в теле корпуса термостата). Для термостатов двухтрубных систем отопления – это линии в логарифмических координатах при 1-м, 2-м и последующих настроечных режимах, а также при полном открытии клапана (при снятой термостатической головке) при температурной настройке на режим 2К.
Для термостатов однотрубных систем отопления, не имеющих монтажной регулировки, аналогичные зависимости даются при настройке термостатической головки на температурный режим 2К (2°С), иногда дополнительно на 1К и 3К и также на полное открытие клапана. Эти данные затем используются при гидравлических расчётах системы отопления, а на основе значений Кv или после пересчёта их на значения ζ вычисляются коэффициенты затекания и определяются необходимые площади нагрева отопительных приборов.
ООО «Витатерм» в своих рекомендациях по применению отопительных приборов приводит усреднённые значения αпр при различных соотношениях диаметров труб узлов присоединения в однотрубных системах отопления при их настройке на режим 2К.
В первом приближении при αпр= 0,2, 0,25 и 0,3 площадь поверхности нагрева отопительных приборов при этом режиме придётся принимать с увеличением соответственно примерно на 22, 15 и 8 % по сравнению со случаем, когда αпр= 1.
Если расчёт ведётся на режим 1К, то «запас» по теплоотдающей поверхности должен увеличиться примерно вдвое, на режим 3К – уменьшиться вдвое от приведенных выше значений.
Согласно данным ООО «Витатерм», для однотрубных систем отопления допустимо применять термостаты с Кv≥ 1,2 (при настройке на режим 2К). Лучше, если эти значения превышают 1,5 и приближаются к 2. Такими показателями характеризуются термостаты фирмы «Данфосс» модели RTD-G (для установки на подводках условным диаметром 15, 20 и 25 мм)
и РТД 1 для встраивания в отопительные приборы,
фирмы «ГЕРЦ Арматурен» модели ТS-Е (под диаметры подводок 15, 20 и 25 мм) и для встраивания в приборы ГЕРЦ Г1,
фирмы «Комап» модели Comap 830 3/4"
и специальный термостат фирмы «Хаймайер» для патрубков диаметром 20 мм
и фирмы «Хоневелл» модели Н (для патрубков диаметром 15, 20 и 25 мм).
В однотрубных системах отопления очень выгодно, как указывалось, применять адаптированные к российским условиям трёхходовые термостаты фирм «ГЕРЦ Арматурен» и «Овентроп».
Практически любые термостаты можно применять при использовании Н-образных узлов, но в этом случае надо тщательно подбирать насосы соответствующих напоров и мощностей.
Для двухтрубных систем монтажная установка определяет гидравлическое сопротивление термостата также при настройке на режим 2К и в конечном итоге общее сопротивление системы и выбор типа насоса.
Термостаты для двухтрубных систем отопления характеризуются значениями Кv обычно в пределах 0,5-0,9, и для них не столь важно это значение, так как главная задача – это, как указывалось, погасить 80-85 % напора именно у отопительного прибора. В этом случае возможные ошибки при проектировании, монтаже и эксплуатации систем отопления в значительной мере устраняются.
Следует особо указать, что расчётный режим настройки датчика термостата на 2К предопределяет подъём клапана над седлом: жидкостного на 0,43-0,45 мм, газоконденсатного на 0,56-0,58 мм. Из этого следует, как важно обеспечить высокую чистоту теплоносителя в системе отопления, оснащённой термостатами, во избежание их загрязнения. Согласно данным ООО «Витатерм», это требование более актуально из-за опасности загрязнения «обводного» отверстия устройства монтажной регулировки термостатов для двухтрубных систем, чем постоянно меняющегося в период эксплуатации и поэтому способного в определённой мере к самоочистке зазора между штоком и седлом клапана.
С учётом изложенного, ООО «Витатерм» не рекомендует вести монтажную настройку на позиции 1, 2 и даже 3, так как в период эксплуатации они быстро загрязняются, а иногда дают эффект локального завоздушивания внутри корпуса термостата.
По этой же причине для двухтрубных систем отопления за рубежом в последнее время стали применять более дешёвые термостаты без устройства для монтажной настройки, а монтажную настройку осуществлять расположенным на второй подводке ручным регулятором, который к тому же выполняет роль циркуляционного тормоза.
Укажем, что, например, при полном закрытии проходного или углового термостата, расположенного на верхней подводке, остаточная теплоотдача отопительного прибора мощностью около 1 кВт составляет 35-42 % при условном диаметре подводок 20 и 25-32 % при диаметре 15. Поэтому рекомендуется или устанавливать термостат на нижней подводке, или дополнительно монтировать циркуляционный тормоз, или выполнять замыкающий участок профильным с использованием эффекта элеватора (в однотрубных системах), или совмещать автоматический и ручной регуляторы по указанному выше принципу.
Следует иметь в виду, что термостат является не запорной, а регулирующей арматурой (особенно это замечание относится к термостатам с защитой от замерзания). Поэтому при необходимости снятия отопительного прибора, например, для его ремонта или замены можно использовать термостат в качестве запорной арматуры при выполнении работ в следующей последовательности:
- снять термостатическую головку,
- специальным металлическим или упрочнённым пластмассовым колпачком закрыть полностью термостат,
- снять отопительный прибор,
- со стороны снятого прибора на термостат установить заглушку.
В заключение отметим, что термостаты – это необходимый, но отнюдь не достаточный элемент системы отопления, дающий возможность свести практически до минимума непроизводительный расход теплоты на отопление и оптимизировать его как в традиционных жилых и общественных, так и в интеллектуальных зданиях.
Однако если для интеллектуального здания насыщение его полной инфраструктурой для обеспечения высокого уровня комфорта при оптимальных затратах энергии воспринимается как естественное решение его инженерных систем, то для обычных жилых и общественных зданий полагают зачастую достаточным лишь установку термостатов без надлежащего оснащения другой запорно-регулирующей арматурой и жёсткого контроля за качеством теплоносителя и уровнем эксплуатации. Эта ситуация приводит к существенно меньшему эффекту в энергосбережении, чем предусмотрено нормативами.


Рисунок 4.

Трёхходовые термостаты для однотрубных систем отопления

Отметим также, что если система отопления здания не оснащена надёжными, вандалозащищёнными и доступными для контроля и ремонта узлами учёта потребления тепловой энергии, а также не решены законодательные, технические и социальные вопросы по этому учёту, то положительные качества термостатов могут превратиться в негативные. Уже будет недостаточно сказать, что при «форточном» регулировании теплового режима ухудшаются комфортные условия в помещениях из-за чрезмерного снижения относительной влажности, что сквозняк не лучший способ для закалки организма, а лишь увеличивает риск замерзания отопительного прибора, чтобы, ссылаясь на требования по экономии тепловой энергии, обосновать весьма значительные затраты на дополнительную запорно-регулирующую арматуру, в том числе термостаты.
Отрицательную реакцию дают и факты безграмотных проектирования, монтажа и эксплуатации систем отопления. Так, зачастую в узлы однотрубных систем отопления устанавливают термостаты повышенного гидравлического сопротивления для двухтрубных систем, резко снижая при этом теплоотдачу отопительных приборов.
Известна практика установки в системах отопления без согласования с жильцами термостатов с фиксированным ограничителем по температуре воздуха в помещении, например, в пределах 21°С. Мало того, что эта температура ниже регламентированной СНиПом для целого ряда помещений жилых зданий, так и желание жильца повысить температуру воздуха за свой счёт до комфортной для него с помощью, например, электронагревателя ничего, кроме лишних денежных затрат не даст, так как при превышении фиксированной температуры воздуха в помещении, термостат штатного отопительного прибора будет снижать его тепловую мощность. Эта ситуация нарушает права потребителя и очень часто приводит к съёму термостатической головки или к демонтажу термостата, что в свою очередь ведёт к разрегулировке системы отопления.

Если обеспечить работоспособность инфраструктуры системы отопления в необходимой мере не удаётся, например, из-за ограниченного финансирования или из-за отказа производителей тепловой энергии принимать к эксплуатации ИТП с насосными установками, ориентируясь на нетребовательные, но плохо регулируемые элеваторные вводы, то лучше ограничиться традиционными решениями систем отопления с ручной регулирующей арматурой, не дискредитируя очень важную и необходимую идею повсеместного применения термостатов. Такое решение стало возможным, поскольку с 2003 года обязательность применения в РФ тех или иных ГОСТов, СНиПов, МГСН и других нормативных требований определяется договором между заказчиком и строителями.