Балансировочные клапаны в тепловом пункте (8 видео)

Необходимость применения балансировочных клапанов в тепловых узлах в настоящее время не вызывает никакого сомнения. Отсутствие клапанов в ТУ приводит к тому, что гидравлические контуры в тепловых пунктах не увязаны, поэтому в одних нагрузках имеется перерасход горячей воды, а в других – недорасход. Устанавливаемые тепловыми сетями шайбы не позволяют учесть изменяющиеся во времени параметры и оперативно провести наладку теплового узла.

Расход воды, поступающей в тепловой пункт из теплосети, распределяется на отопление, горячее водоснабжение и вентиляцию:

где:
Gd − расчетный расход из тепловой сети в тепловой пункт, кг/ч;
Gh − расход воды на горячее водоснабжение, кг/ч;
Gv − расход воды на вентиляцию, кг/ч;
Gо − расход воды на отопление , кг/ч.

Расход теплоносителя считается по формуле:

G = Q / (t1 – t2)*103

где:
Q – расчетная нагрузка на отопление и вентиляцию, Гкал/ч;
t1 и t2− расчетная температура воды в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети соответственно, ºС.

При 100% проектном расходе достигается 100 % выход энергии и, соответственно, расчетная температура воздуха в помещении. При недостаточном расходе воды теплоотдача ниже и температура воздуха тоже ниже. Так, при 50 % расходе выход тепловой энергии составляет 80 %, а температура воздуха примерно 14-15 ºС. При перерасходе горячей воды температура воздуха в помещении будет выше расчетной, что приведет к потерям энергии, особенно при открывании форточек. Так, при повышении температуры воздуха на 1 ºС, потери энергии составят 6-8 %. Для того, чтобы температура воздуха в помещении находилась в диапазоне ±1 ºС, расход воды должен лежать в интервале ±10 %. В конечном итоге, смысл гидравлических расчетов и последующей наладки гидравлики состоит в обеспечении проектных расходов теплоносителя, рассчитанных по вышеприведенной формуле.

Соответственно встает задача правильного распределения расходов воды в тепловом пункте в соответствии с проектом. Эта задача легко решается с помощью ручных балансировочных клапанов. Балансировочный клапан – это фактически регулируемая шайба. Меняя положение цифровой ручки, можно изменять пропускную способность клапана или, иными словами, его гидравлическое сопротивление, увязывая контуры между собой. Рассмотрим двухступенчатую схему присоединения водоподогревателей горячего водоснабжения.

На рисунке представлена принципиальная схема с расставленными балансировочными клапанами. В схеме опущены регулирующие клапаны с электроприводом у теплообменника горячего водоснабжения 2-й ступени и теплообменника отопления, насосы, запорная арматура и т.п. На схеме можно выделить пять циркуляционных гидравлических контуров, три первичных и два вторичных. К первичным контурам можно отнести: контур через теплообменники горячего водоснабжение 1-й и 2-й ступеней, контур через калориферы вентиляции, контур через теплообменник отопления. К вторичным контурам системы относятся контур отопления и контур циркуляции горячего водоснабжения. В гидравлическое сопротивление входят сопротивление теплообменников, трубопроводов и арматуры. Естественно, увязка гидравлики представляет собой достаточно сложную задачу, даже с использованием расчетов. При монтаже появляются дополнительные факторы, которые невозможно учесть при расчетах, как, например: сужения, окалина, засоры, замена оборудования и т.п. Гидравлику легче увязывать при проектировании, а затем и наладить расходы с помощью балансировочных клапанов. Клапан 1 необходим для наладки общего расхода в тепловой пункт согласно договора с теплоснабжающей организацией (вместо клапана возможна установка ограничительной шайбы), а также балансировки нескольких тепловых пунктов между собой.

Даже использование одного этого балансировочного клапана позволяет уменьшить расход до проектного и получить значительную экономию энергии. Балансировочный клапан 2 позволяет обеспечить проектный расход через теплообменник 2-й ступени при полностью открытом на нем регулирующем клапане. Балансировочный клапан 3 необходим для наладки расхода через калориферы вентиляции. Клапан 4 необходим для увязки гидравлики через контур теплообменника (элеватора) отопления при полностью открытом регулирующем клапане. Клапан 5 обеспечивает проектный расход в линии циркуляции горячего водоснабжения. Балансировочный клапан 6 позволяет достичь проектного расхода во вторичном контуре системы отопления здания. Он компенсирует избыточный напор циркуляционного насоса.

Установка балансировочных клапанов позволяет оптимизировать работу тепловых пунктов, давая возможность обеспечить проектные расходы во всех нагрузках и, соответственно, их проектную теплоотдачу, а также корректную температуру обратной воды. При этом достигается значительная экономия энергии и увеличение срока службы оборудования.

Содержание

Балансировочный клапан для систем отопления. Главное предназначение
Для чего нужен?
Принцип работы балансировочного вентиля
Типы клапанов
Устройство балансировочного вентиля
Установка. Где ставится?
Установка рабочих значений
Влияние автоматических регуляторов на гидравлический режим систем водяного отопления
Система отопления с использованием балансировочных клапанов
Выводы
💡 Видео

Видео:Балансировочный клапан VT.054Скачать

Балансировочный клапан для систем отопления. Главное предназначение

Система отопления в многоквартирном доме имеет множество разветвлений и служит для обогрева помещений, которые неравномерно удалены от источника тепла. Чтобы тепло поступало во все помещения, и обеспечивались одинаковые температурные условия, систему отопления необходимо правильно отладить. Именно для этого подключается балансировочный клапан.

Видео:Для чего нужны балансировочные (настроечные) клапаны в системе отопления? - ответ от эксперта ValtecСкачать

Для чего нужен?

Клапан – элемент отопительной системы, позволяющий равномерно распределить источник тепловой энергии по всем помещениям жилого здания. Поскольку теплоноситель, идя по пути наименьшего сопротивления, сначала поступает в ближайшие стояки здания, а более отдаленные стояки, как правило, имеет меньшую температуру, до них теплоноситель просто не доходит. Чтобы исправить подобную ситуацию, используется балансировочный клапан.

Клапан служит для создания искусственного сопротивления на пути у воды. Таким образом, не весь объем воды поступает на ближайший участок, поток распределяется так, чтобы теплоноситель поступал и на отдаленные стояки. Чтобы правильно установить балансировочные клапаны, проектные организации предварительно делают гидравлический расчет отопления. В ходе расчета определяется разница между верхним и нижним значением давления на каждом стояке здания. Поэтому клапаны также называют регуляторами перепада давления.

Читайте также: Датчик температуры ваз 2114 инжектор 8 клапанов симптомы неисправности

Каждый клапан настраивается индивидуально с учетом произведенных расчетов функционирования системы. Таким образом, основное назначение клапанов – это увязка между собой контуров системы водяного отопления. Также к функциям клапана можно отнести ограничение расхода воды по группам потребителей и балансировка рециркуляционных трубопроводов горячего водоснабжения, и тепло-холодоснабжения систем вентиляции.

Видео:Ручные балансировочные клапаны Danfoss. Гидравлическая балансировка инженерных системСкачать

Принцип работы балансировочного вентиля

Алгоритм функционирования и принцип работы балансировочного клапана отопления состоит в регулировке размера прохода и соответственно давления (искусственного сопротивления на пути теплоносителя). Изменению подвергается внутренний проход посредством вращения рукояти и как следствия движения шпинделя с рабочим конусом.

При откручивании шпиндель и рабочий конус поднимаются вверх, что обеспечивает максимальную проводимость теплоносителя. При закручивании шпиндель давит на седло регулятора перепада давления и тем самым преграждает путь воде по контуру.

К дополнительным функциям балансировочного клапана можно отнести:

ограничение расхода источника тепловой энергии;
перекрытие трубопровода;
присоединение измерительных приборов;
слив рабочей жидкости.

Видео:Индивидуальный тепловой пункт. Как это работает.Скачать

Типы клапанов

Системы теплоснабжения могут иметь перманентный или переменный расход источника тепловой энергии. В зависимости от этого показателя различают две разновидности вентиля:

Ручные балансировочные клапана, как правило, применяют при постоянном расходе источника тепловой энергии. Регулировка осуществляется за счет рабочего конуса, выдвижение которого регулируется механическим поворотом рукояти. В свою очередь ручные клапаны подразделяются на следующие виды:

Ручной балансировочный клапан

Автоматические балансировочные клапна используются для гидравлической увязки систем отопления и других систем с переменным расходом теплоносителя. Примером использования автоматического клапана может быть двухтрубная система с термостатом (типичный вариант системы с переменным расходом теплоносителя). Для гидравлической увязки автоматический балансировочный вентиль используется в комплекте с запорно-балансировочным клапаном.

Автоматический балансировочный клапан

Когда термостатические клапаны вследствие изменения температуры воздуха в помещении меняют расход теплоносителя через отопительные приборы, следовательно, и перепад давления, необходимо следить за тем, чтобы перепад не превысил заданное значение. Эту задачу решает автоматический клапан.

Когда термостат закрывается, перепад увеличивается до значения, установленного на клапане. В результате клапан тоже закрывается, создает оптимальные условия для работы термостатических клапанов и защищает от слишком большого перепада, следовательно, предотвращает появление шума.

Каждый такой регулятор оснащен регулировочным блоком, разработанный специально под определенный тип и размер клапана, что обеспечивает точность поддержания перепада давления. При этом теплоноситель расходуется эффективно без перерасхода, а система отопления является гидравлически устойчивой, что исключает необходимость постоянной регулировки и перенастройки системы эксплуатационными службами.

Видео:Балансировочные клапаны - вебинар 12.08.21Скачать

Устройство балансировочного вентиля

Клапаны состоят из нескольких ключевых элементов:

корпус с патрубками для присоединения труб и внутренним круглым каналом с расширением вверху (седло);
рукоятка регулировки;
штуцеры для замеров расхода;
шпиндель с конусом (конус опускается в седло при завинчивании и ограничивает проход источника тепловой энергии).

Вид, комплектация и функциональное наполнение балансировочного клапана может различаться в зависимости от выбранной модели. Некоторые модели дополняются сливным патрубком или расходомером.

Парой измерительных штуцеров, которые позволяют замерить объем подачи жидкого источника тепловой энергии на входе и выходе снабжают большинство современных моделей. Также некоторые модели модернизируют за счет запорного сферического механизма, который позволяет полностью ограничить поток теплоносителя или осуществить слив отработанной жидкости.

Автоматизированные вентили имеют вместо вращающейся головки следящий привод. Этот элемент толкает запирающий механизм, а степень перекрытия определяется величиной поданного напряжения.

Видео:Ручные балансировочные клапаны - мастер-классСкачать

Установка. Где ставится?

Монтаж производится в контуре обратной ветви, что обеспечивает перманентное поступление жидкости в батареи при эксплуатации одного контура для горячего водоснабжения и обогрева пространства. При установке балансировочных вентилей на каждую батарею, монтаж производится в нижней части на выходном патрубке по диагонали от сферического крана подачи теплоносителя, который монтируется сверху.

В частном коттедже применяются регуляторы перепада давления для каждой батареи, при этом для каждого выходного патрубка предусматривают накидные гайки или иной вариант резьбового соединения. Автоматизированные установки не нуждаются в настройке. При применении двухклапанной конструкции автоматически повышается проход источника тепловой энергии на батареи, наиболее отдаленные от котла.

Балансировка реализуется за счет увеличения давления на контурах, ведущих к ближайшим к котлу батареям. Необходимость точного расчета показателей, которые выставляются на клапане, обусловлена особенностями модели. Для ручных клапанов, как правило, требуется регулировка с использованием расчетных данных или измерительного оборудования.

В высотных многоэтажках клапаны монтируются на каждом общем вертикальном трубопроводе (в обратную линию). При проведении расчетов применяются данные количества подачи источника тепловой энергии электронасосом и количество стояков.

Видео:БАЛАНСИРОВОЧНЫЙ КЛАПАНСкачать

Установка рабочих значений

Специалисты предлагают две основные опции настройки балансировочного клапана:

при помощи настроечной шкалы рукоятки;
при присоединении к клапану дифференциального манометра.

Первый вариант требует точного расчета установочного значения, которое рассчитывается на основании следующих данных:

разница между верхним и нижним давлением;
условный диаметр проводящего отверстия (Ду);
расход в стояке.

Для настройки проектного значения расхода необходимо с помощью рукоятки выставить нужное значение, которое, как правило, состоит из целого числа и десятых долей. Сначала выставляется целая часть, затем десятые доли. Вращение рукоятки осуществляется по часовой стрелке от полностью открытого положения. Для фиксации установленного значения в зависимости от модели либо используется шестигранник, либо значение устанавливается нажатием маховика.

Второй вариант используется только на установленном балансировочном клапане клапане при наличии расхода через него. К патрубкам клапана подключается дифференциальный манометр. Настройка производится путем вращения рукоятки с учетом показаний манометра.

Регулировка производится с учетом гидравлических расчетов, сделанных компетентными специалистами проектной организации. Монтаж и настройка производится профессиональными инженерами. Устройство монтируется с учетом нанесенной на клапан стрелки, указывающей направление течения теплоносителя. Перед установкой рекомендованными мерами считаются прочистка трубопроводной системы.

Читайте также: Трехстворчатый клапан становится двухстворчатым

Видео:Клапан настроечный – зачем нужен и где устанавливается?Скачать

Влияние автоматических регуляторов на гидравлический режим систем водяного отопления

Окончание. Начало в № 2, 2012

Система отопления с использованием балансировочных клапанов

Система показана на рис. 3. На подающем теплопроводе установлен балансировочный клапан. В этом случае общая характеристика сопротивления, а вместе с ней и потери давления в системе значительно увеличатся из-за того, что балансировочный клапан имеет большие потери давления в своей конструкции. Следовательно, насос на такой системе будет более мощный.

В расчетных условиях (все приборы работают) пропускные способности клапанов у приборов будут находиться в диапазоне 0,23…0,43 (м 3 /ч)/бар 0,5 , а перепады давлений – 1097…2574 Па. Пропускная способность балансировочного клапана будет иметь значение 0,95 (м 3 /ч)/бар 0,5 , а перепад давления – 12262 Па.

Проведем те же операции по разрегулировке системы, что и в первом случае.

При отключении стояка или одного отопительного прибора можно отрегулировать систему. Однако одного балансировочного клапана не будет достаточно, т. к. он не влияет на коэффициенты затекания воды в стояки и приборы, а будет изменять только общую характеристику сопротивления всей системы. Иллюстрация к этому замечанию приведена на рис. 4. Важно отметить, что при отключении первого прибора пропускные способности клапанов у приборов будут находиться в диапазоне 0,21…0,49 (м 3 /ч)/бар 0,5 , а при отключении стояка – 0,20…0,39 (м 3 /ч)/бар 0,5 .

Эти цифры показывают, что отклонение расчетных значений пропускных способностей клапанов меньше относительно первого случая (без применения балансировочного клапана).

Наконец, рассмотрим третий случай (рис. 5). На каждом стояке стоит пара балансировочных клапанов (регулирующий и дублер), соединенных между собой импульсной трубкой, с помощью которой поддерживается постоянный перепад давления на стояке. Принцип работы заключается в том, что данная пара клапанов поддерживает постоянный расход на стояке при постоянном перепаде давления. Регулирующий клапан изменяет свою пропускную способность в зависимости от считываемого значения перепада давления на стояке, тем самым поддерживая постоянный расход. Однако, если учитывать, что характеристика насоса не является линейной (для стандартных насосов), то при одном и том же перепаде давления на стояке расход может быть абсолютно различным. Исследуем эту схему аналогично предыдущим (рис. 4).

Схема системы отопления при использования балансировочного клапана

1 – оборудование теплового пункта; 2 – циркуляционный насос; 3 – отопительный прибор; 4 – отключающий шаровой кран; 5 – термоклапан; 6 – балансировочный клапан

Когда система работает в расчетном режиме, пропускная способность клапанов у приборов находится в диапазоне 0,27…0,46 (м 3 /ч)/бар 0,5 . Пропускная способность дублирующих клапанов неизменна и составляет 1,6 (м 3 /ч)/бар 0,5 . Пропускная способность балансировочного клапана составляет 0,32; 0,275; 0,34 (м 3 /ч)/бар 0,5 для первого, второго и третьего стояка соответственно. Потери давления на трех стояках без учета потерь на балансировочном клапане составляют 1756, 1912 и 1881 Па соответственно. Этот перепад давления будет поддерживаться на каждом стояке при отключении элементов системы отопления.

Характеристики насоса и системы отопления при использовании балансировочного клапана

S_расч, S_откл, S_б.к, S_кл+б.к – характеристика сопротивления системы отопления в исходном (расчетном) режиме, при отключении первого стояка без учета регулирующего воздействия, с учетом только воздействия балансировочного клапана, с учетом воздействия клапанов у отопительных приборов и балансировочного клапана соответственно; G_расч, G_рег – расход теплоносителя системы отопления в исходном (расчетном) режиме и при отключении первого стояка после регулировки системы соответственно; ΔP_расч, ΔP_рег – потери давления в системе отопления в исходном (расчетном) режиме и при отключении первого стояка после регулировки системы соответственно; ΔP_б.к – потери давления на балансировочном клапане; ΔP_кл – дополнительные потери давления в сети, связанные с уменьшением пропускной способности на клапанах у отопительных приборов; ΔP_откл – изменение потерь давления в системе после отключения первого стояка

При отключении первого прибора или стояка на балансировочных клапанах происходит изменение пропускной способности в зависимости от потерь давления на стояке. Однако и здесь для полного регулирования системы следует изменить значения пропускных способностей клапанов у приборов. Они будут находиться в диапазоне 0,29…0,44 (м 3 /ч)/бар 0,5 при отключении прибора и 0,25…0,5 (м 3 /ч)/бар 0,5 при отключении первого стояка. Заметим, что эти значения мало отличаются от расчетных, что говорит об устойчивой работе системы.

Первая система (рис. 2) проста в устройстве, более дешевая, как с точки зрения капитальных затрат, так и эксплуатационных, и, самое главное, способна саморегулироваться. Правда, точность регулирования в таком случае (по отклонению расходов в отопительных приборах) может достигать 8–11 % в связи с тем, что автоматике или человеку довольно сложно точно опустить шпиндель клапана на необходимую глубину. Это обусловлено тем, что при низких значениях пропускной способности ход штока сильно влияет на количество теплоносителя, проходящего через клапан. Эти исследования подробно приведены в [1].

Вторая система (рис. 4) положительна тем, что часть регулирующего воздействия на себя берет балансировочный клапан, а точность регулировки составляет от 7 до 9 %.

Схема системы отопления при использовании пары балансировочных клапанов на каждом стояке
1 – оборудование теплового пункта; 2 – циркуляционный насос; 3 – отопительный прибор; 4 – отключающий шаровой кран; 5 – термоклапан; 6 – балансировочный клапан; 7 – балансировочный клапан постоянного перепада давления; 8 – дублер балансировочного клапана

Сложность регулировки заключается в том, что балансировочный клапан будет обслуживать специалист, хорошо знакомый с гидравликой данной системы, который будет знать, насколько надо увеличить сопротивление на клапане в случае отключения элементов системы отопления. Такой вариант возможен только тогда, когда планово отключаются целые ветви системы отопления.

Третья система (рис. 6) вполне удовлетворяет в плане автоматической регулировки. Почти всю регулирующую способность на себя берут балансировочные клапаны, и точность регулировки достигла в исследованиях условиях 1–3 %. Однако стоимость такой системы будет значительна, будут велики затраты на сервисное обслуживание клапанов, а его еще надо обеспечить, а также из-за значительных потерь давления на клапанах будет большой расход электроэнергии, потребляемой циркуляционными насосами.

Характеристики насоса и системы отопления при использовании балансировочных клапанов на каждом стояке

S_расч, S_откл, S_б.к, S_кл+б.к – характеристика, соответственно, сопротивления системы отопления в исходном (расчетном) режиме, при отключении первого стояка без учета регулирующего воздействия, с учетом только воздействия балансировочного клапана, с учетом воздействия клапанов у отопительных приборов и балансировочного клапана; G_расч, G_рег – расход теплоносителя системы отопления в исходном (расчетном) режиме и при отключении первого стояка после регулировки системы соответственно; ΔP_расч, ΔP_рег – потери давления в системе отопления в исходном (расчетном) режиме и при отключении первого стояка после регулировки системы соответственно; ΔP_б.к – потери давления в сети, связанные с регулирующим воздействием балансировочных клапанов; ΔP_кл– дополнительные потери давления в сети, связанные с уменьшением пропускной способности на клапанах у отопительных приборов; ΔP_откл – изменение потерь давления в системе после отключения первого стояка

Выводы

Основным фактором, влияющим на выбор количества и типа арматуры, является назначение здания и вида его эксплуатации. Например, если это жилое или административное здание, в котором не предусматривается полное длительное отключение целых стояков или ветвей (только в аварийных случаях), то вполне можно применить классический метод увязки колец циркуляции диаметрами труб. Конечно, желательно и даже необходимо у каждого прибора установить термоклапаны, т. к. это будет залогом энергоэффективности системы. А также обеспечит автоматическую регулировку системы и поддержание комфортных условий в каждом помещении.

Однако, если провести качественный гидравлический расчет системы, то можно обойтись и без регуляторов. Нужно при этом установить клапаны с определенной пропускной способностью и зафиксировать ее. Тогда комфорт будет достигнут тогда, когда вся система отопления полностью задействована.

Если проектируется система отопления в здании, например, гостиницы, где регулирование теплоотдачи прибора является одной из важных составляющих достижения комфорта, или, например, фитнес-центра, где спортзалы могут полностью отключаться, то очень важно учесть разрегулировочное воздействие системы. Могут отключаться не только отдельные приборы в отдельных помещениях, но и целые стояки, ветви, корпуса. В таком случае можно предложить два способа регулирования.

Первый способ применим, если этажность и протяженность здания довольно велика, здание имеет много корпусов, а регулирования невозможно достичь только за счет клапанов у приборов, то можно установить достаточное количество регулирующей арматуры и автоматики на всей системе отопления. При любом разрегулировочном воздействии на систему будет восстановлен необходимый расход на каждом приборе.

Этот способ имеет ряд положительных качеств, таких как упрощенный гидравлический расчет, точное регулирование системы при различных воздействиях, пониженный расход металла и возможность организовать один мощный тепловой пункт в большом здании, а систему отопления сделать более протяженной.

Минусы первого способа будут существенными: завышенный расход электроэнергии, необходимость обслуживания системы, меньшая надежность всех элементов, высокие капитальные затраты на регулирующую арматуру. Также важно заметить, что необходимо соблюдать жесткие требования к качеству воды. Регулирующая арматура имеет элементы, имеющие низкие сечения для прохода воды, поэтому если на них будут осаждаться загрязнения, то они быстро выйдут из строя.

Второй способ предлагает разбить систему отопления на несколько систем, провести качественный гидравлический расчет и обеспечить регулирование только за счет клапанов у приборов. Таким образов, при необходимости можно отключить целую систему отопления, что никак не повлияет на работу остальных систем.

У этого способа имеются минусы: повышенная металлоемкость, возможно, будет необходима установка нескольких тепловых пунктов (для больших зданий) и более сложный гидравлический расчет.

Однако такая система имеет множество плюсов. Насосы в такой системе будут менее мощными, а значит и расход электроэнергии на них будет значительно меньше, чем в первом способе. Будет повышена надежность системы, т. к. она состоит из меньшего числа элементов, которые могут выйти из строя. И, наконец, удешевление системы за счет сокращения количества дорогой арматуры.

Если система отопления небольшая и здание имеет небольшую протяженность и этажность, то необходимо проводить качественный гидравлический расчет с увязкой каждого кольца и проведение анализа работы системы.

Каким бы не было решение при выборе различных методов конструирования системы отопления проектировщик должен помнить несколько принципов:

проект должен быть экономичным, как с точки зрения капитальных затрат, так и с точки зрения эксплуатационных;
проектируемая система отопления должна быть проста и удобна в монтаже, быть надежной и ремонтопригодной;
должны быть хорошо продуманы и проверены расчетом возможные изменения гидравлики системы при расчетном и эксплуатационных режимах;

При выполнении этих требований проект будет по-настоящему качественен, а система отопления – долговечной и удобной в эксплуатации.