Гідравлічне балансування опалення

Гідравлічне балансування системи опалення вирішує дві основні задачі:

  1. забезпечення комфортного обігріву в усіх приміщеннях;
  2. зниження енерговитрат, завдяки ефективному використанню енергоресурсів.

Крім того, правильно виконане балансування системи опалення сприяє роботі котла в оптимальному режимі, продовжуючи його безаварійну експлуатацію та попереджає виникнення шумів в опалювальних приладах.

Суть гідравлічного балансування полягає в перерозподілі робочого середовища за всіма замкнутим ділянкам системи опалення так, щоб через кожен опалювальний прилад проходив розрахунковий обсяг теплоносія. В результаті правильно виконаного балансування насосне обладнання, що забезпечує циркуляцію теплоносія в контурах опалення, починає споживати мінімум електрики, а теплова енергія витрачається раціонально.

Гідравлічне балансування опалення необхідне для налагодження роботи як централізованих систем опалення багатоквартирних багатоповерхових будинків, так і автономних систем опалення заміських будинків. Скрізь, де застосовуються системи водяного опалення. Те ж саме стосується і використання різних схем: однотрубне, двотрубне або колекторне (двотрубне з променевою розводкою) опалення. Всі вони підлягають гідравлічному балансуванню, яке сприяє довговічній роботі труб, арматури, опалювального котла і всього комплексу приладів в системі.

Для ефективної регулювання роботи опалювальних систем, повинні бути виконані наступні умови:

  • розрахункова витрата теплоносія дотримується для всіх опалювальних приладів, в тому числі і для розташованих на найвіддаленіших точках системи;
  • перепад тиску має мінімальний розкид за значеннями;
  • вся система гідравлічно узгоджена і працює як єдине ціле, а не тільки її окремі зони.

Гідравлічне балансування системи опалення або холодопостачання проводиться за допомогою запірно-регулюючої арматури, а також вимірювальної апаратури – електронних витратомірів.

Запірно-регулююча арматура для балансування опалення

Різновидом запірної арматури, використовуваної для гідравлічного балансування в системах опалення, є балансувальний клапан (мал. 1), який регулює гідравлічний опір зміною діаметра перерізу труби. Конструкція клапана передбачає два ніпеля для вимірювання тиску, температури, перепаду витрати теплоносія.

Балансувальний клапан.

 

 

У системах опалення зазвичай використовуються балансувальні клапани з ручним керуванням (механічні, статичні) і автоматичні (динамічні). Є також диференціальні клапани контролю тиску (DPCV). Статичні балансувальні клапани мають конструкцію, що дозволяє регулювати (змінювати) і підтримувати витрату в заданих розрахункових значеннях при запуску системи. Динамічні балансувальні клапани призначені для підтримки постійної витрати незалежно від перепаду тиску, оскільки умови системи можуть змінюватися. Клапани диференціального тиску підтримують перепад тисків прямому та зворотному магістралей динамічно постійним між конкретними точками циркуляційного контуру.

Відео гідравлічного балансування з ручними клапанами (багато недоліків):

Нижче – типова конструкція балансувального клапана.

Балансувальний клапан в розрізі.

Механічні балансувальні клапани призначені для плавного і точного регулювання витрати. Значення витрати встановлюють маховиком відповідно до налаштувальної шкали. Всі клапани оснащені механізмом фіксації попереднього налаштування. Це означає, що після нього позиція маховика буде зафіксована таким чином, що можна відключити клапан для технічного обслуговування. Але відкриття можна здійснити тільки до положення попередньої настройки. Такі крани призначені для роботи в системі з постійним тиском теплоносія. За допомогою механічного клапана можна не тільки міняти перетин трубопроводу до необхідного, а ще й відключити окремий опалювальний прилад з мережі, злити з нього теплоносій.

Автоматичний балансувальний клапан дозволяє в процесі роботи змінювати параметри автономної опалювальної мережі відповідно до перепадами тиску і споживанням нагрітого теплоносія. На кожен трубопровід автоматичні балансувальні клапани встановлюються парою. Автоматичний балансир і запірний клапан на трубопроводі подачі ставить обмеження на витрату теплоносія відповідно до розрахункових вимогами. На зворотну трубу встановлюється клапан, що перешкоджає різким перепадам тиску. Це дає можливість розділити опалювальну систему на окремі ділянки, які можуть функціонувати незалежно одна від одної. Вирівнювання тиску і регулювання подачі теплоносія здійснюються в автоматичному режимі.

Автоматичний балансувальний клапан.

Автоматичні клапани обмежують витрату до нормального значення при зміні швидкості насоса або закритті терморегулюючої арматури в системі. Ці клапани часто називають PICV (Pressure Independent Control Valves) – незалежні від тиску клапани. Витрату можна регулювати двома способами: вручну, за допомогою попереднього налаштування картриджа і автоматично через пропорційний привід у відповідність до зміни умов в системі.

Відео з перевагами автоматичної регулювальної арматури:

Диференціальні клапани контролю тиску (DPCV) призначені для регулювання диференціального тиску і підтримки його на постійному заданому рівні, незалежно від граничних умов, в діапазоні між мінімальною і максимальною витратами. Наприклад, диференціальний тиск балансувальних клапанів Giacomini R206C можна плавно регулювати в діапазонах настройки від 5 до 30 кПа в режимі «L» (низький) або від 25 до 60 кПа в режимі «H» (високий) перемиканням селектора. Ця особливість гарантує велику гнучкість під час запуску і під час наступних змін в гідравлічній системі.

Диференціальний балансувальний клапан GIACOMINI.

У типовому гідравлічному циркуляційному контурі управління здійснюють двома клапанами: механічним балансувальним клапаном і регулятором перепаду тиску. Статичний балансувальний клапан встановлюють на контурі подачі, налаштовують на проектний витрата і підключають до регулятора диференціального тиску, який встановлюють на зворотному контурі. Підключення між цими клапанами здійснюють мідною трубкою, що входить до складу диференціального клапана. Така конфігурація дозволяє регулятору диференціального тиску підтримувати перепад тиску в заданому діапазоні розрахункових значень в межах гідравлічного контуру. Зображення такої схеми перегляньте нижче.

Балансувальна арматура на подачі і обратці.

Області застосування динамічного управління диференціальним тиском:

  • регулювання перепаду тиску в контурах з пропорційними приводами (як правило, радіаторними клапанами з термостатичними головками) – це конфігурація, в якій регулювання призначений для захисту кожного контуру від надлишкового тиску, що надходить з суміжних контурів
  • регулювання перепаду тиску в контурах з відключаємими приводами (як правило, в системах панельного опалення або з фанкойлами), де індивідуальний потік в кожному контурі контролюється непрямим чином.

Після введення в експлуатацію та попередньої настройки клапана диференціального тиску з усіма відкритими контурами, клапан буде підтримувати диференціальне тиск колектора, коли деякі контури будуть закриті. Оскільки диференціальне тиск і гідравлічне опір для відкритого контуру не змінюється, його витрата залишиться незмінним

Варіанти балансування

Метод попереднього налаштування клапанів заснований на балансуванні відповідно до гідравлічним розрахунком при проектуванні системи до монтажу. Циркуляційні кільця пов’язуються налаштуванням регулюючих клапанів і терморегулятора. Налаштування визначають по пропускній здатності Kv. Однак в цьому випадку неможливий облік відхилень від проекту при монтажі, до того ж приймається, що коефіцієнти місцевих опорів постійні у всьому діапазоні регулювання і не взаємовпливають.

При пропорційному методі, заснованому на закономірностях відхилення потоків в паралельних ділянках системи при регулюванні одного з них, приймається, що в розгалужених системах регулювання одного з клапанів всередині модуля не тягне пропорційної зміни параметрів в інших його клапанах. Модулем системи може бути сукупність стояків або гілок, регульованих загальним клапаном. На кожному стояку або гілці повинен також бути регулюючий елемент. Вся система ділиться на ієрархічні модулі із загальними регулюючими клапанами. Сукупність модулів нижчих рівнів становить модуль вищого рівня. Балансування починають спочатку зсередини, переходячи по ієрархії модулів, пов’язуючи їх між собою і наближаючись до головного регулюючого клапану всієї системи.

Критеріями оптимізації є: досягнення найнижчого допустимого тиску в системі і найбільш високих зовнішніх авторитетів (авторитет – відношення втрат тиску в регулюючому перетині повністю відкритого клапана до втрат тиску на регульованому ділянці системи, безрозмірний параметр, що характеризує відхилення від ідеальної видаткової характеристики) клапанів.

В обох випадках найкращим варіантом є мінімальні втрати тиску в основному циркуляційному кільці системи. Для цього втрати тиску в регулюючому клапані також повинні бути мінімальними. Їх приймають, виходячи з точності приладів вимірювання перепаду тиску, як правило, вище 3 кПа. У регулювальних клапанах з витратомірного шайбою – не нижче 1 кПа.

Наявність великої кількості регулюючих клапанів (на кожному ієрархічному рівні) призводить до зменшення авторитетів терморегуляторів і, отже, віддаляє проектувальника від створення системи з ідеальним регулюванням. Крім того, доводиться вибирати насос зі збільшеним напором, що призводить до нераціональних втрат енергії.

Пропорційний метод балансування застосовують для розгалужених систем, що мають складну конфігурацію модулів, а також передбачають подальше розширення і поетапне введення в експлуатацію. Основний недолік методу, який вимагає наявності вимірювального приладу і витрат часу для проведення налагодження кожного клапана, – багаторазові вимірювання при ітераційне наближенні до заданого результату.

Компенсаційний метод балансування проводиться в один етап, але вимагає двох вимірювальних приладів і трьох наладчиків. Основна його перевага – відсутність багаторазових вимірювань. Час економиться також за рахунок балансування окремих відгалужень системи при монтажі решті її частини, при функціонуванні контуру насоса. При цьому методі регулює (еталонний) клапан основного циркуляційного кільця встановлюють на певний перепад тиску (зазвичай 3 кПа). Перший наладчик стежить за тим, щоб він підтримувався. Другий – компенсує виникаючі відхилення за рахунок регулювання клапана-партнера до досягнення на еталонному клапані спочатку заданого перепаду. Третій наладчик регулює клапани послідовно, наближаючись до клапана-партнера. Компенсаційний метод використовується в системах з ручними регулювальними клапанами.

Автоматичне балансування

Прискорити і полегшити процес балансування систем опалення допоможе використання інтелектуальних приладів для налаштування балансувальних клапанів, наприклад, Smart Balancing (Швеція). В електронній пам’яті приладу крім оновлюваного програмного забезпечення містяться дані про необхідну для проведення регулювання характеристику Kv (коефіцієнт пропускної здатності) продукції різних компаній. Управління приладом здійснюється за допомогою ручного термінала або мобільного телефону з функцією bluetooth (операційна система Windows Mobile). Пристрій сам виконує підключення та інформує про це індикатором. З’єднання з входом/виходом регульованого балансування клапана здійснюється за допомогою стандартних роз’ємів і гнучких шлангів.

Згаданий прилад розрахований на роботу в системах опалення з максимальним тиском до 25 бар, перепадом тиску до 10 бар і температурою теплоносія до 120 ˚С.

Ще одне просте рішення пропонує компанія Grundfos – циркуляційний насос з функцією балансування, наприклад, ALPHA2 або ALPHA3 з вбудованою технологією Go Balance. З ним монтажник виконає гідравлічну балансування системи опалення в будинку площею 200 м2 всього за 2 години. Для цього потрібно встановити на смартфон безкоштовний додаток Grundfos GO Balance, з’єднатися з насосом по Bluetooth і слідувати інструкціям програми.

Гідравлічне балансування колектора

Для розподілу теплоносія до кінцевих споживачів (радіатори, контури теплої підлоги) застосовують вузли, що складаються з двох колекторів – подача та обратка, на яких передбачені регулюючі клапани .

Колектор теплої підлоги.

Налаштування витрат (балансування) контурів колектора може виконуватись:

  • відсічними клапанами
  • відсічними клапанами з витратомірами

Попереднє встановлення необхідних витрат (балансування) на розподільчих колекторах необхідне для забезпечення подачі розрахункової кількості теплоносія для кожного контуру. Його виконують за допомогою відсічних (настроювальних) клапанів або клапанів з витратомірами.

Для колекторів зі статичними відсічними клапанами настройка займає багато часу, якщо розрахунок попередньої настройки не було зроблено заздалегідь. Однак, щоб визначити попередню настройку відсічних клапанів необхідно отримати всю інформацію про систему. Використання витратомірів на колекторі також вимагає значного часу, так як зміна положення відсічного клапана одного контуру змінює витрати в інших. У будь-якому випадку балансування є статичним, тобто коли окремі контури будуть відключені, кількість води в сусідніх зміниться, що призведе до надлишку в цих контурах.

Автоматичне гідравлічне балансування з динамічним керуванням витрати дозволяє уникнути цього переповнення і забезпечити оптимальний розподіл температури, заощадить енергію та підвищить комфорт.

Колектори з динамічним управлінням витратою теплоносія підтримують і обмежують індивідуальний витрата в підключених контурах за допомогою картриджа, встановленого на кожному виході зворотного колектора. Досить запрограмувати необхідної витрати, і картридж забезпечує його в діапазоні диференціального тиску, коли інші контури на колекторі відкриваються або закриваються. Крім того, витрата окремого контуру можна проконтролювати на витратомірах, які встановлені в подавальному колекторі. Гідравлічна балансування досягається за одну операцію.

Змішувальний вузол для теплої підлоги.

Комбінування високотемпературного (радіаторного) контуру опалення і низькотемпературного, наприклад, тепла підлога вимагає додаткової гідравлічної ув’язки. У кожного з контурів передбачено власний циркуляційний насос і значно розрізняються значення гідравлічних втрат. Наприклад, для насосно-змішувального вузла з колектором серії R557R-2 (Giacomini) для гідравлічного балансування передбачено два клапана. Один клапан регулює подачу високотемпературного теплоносія в контур підмішування. Другий, встановлений на перепускному байпасі, регулює витрата теплоносія що повертається з низькотемпературного контуру теплої підлоги. Регулювання контурів теплої підлоги і радіаторів виконують відсічними клапанами колекторів.

Висновок

Найкращий результат гідравлічного балансування опалення досягається за допомогою клапанів з диференціальним регулюванням перепаду тиску.

Напишіть відгук