Автоматичне гідравлічне балансування
Переваги з першого погляду
- Гідравлічне балансування виконується в найкоротші терміни
- Динамічне керування замість фіксованого
- Середня економія на витратах на опалення у 20%
- Довготривале рішення без засмічень
- Нижче енергоспоживання циркуляційних насосів
- Може використовуватися як індивідуальне керування кімнатою для панельного опалення
- Більший комфорт і Підвищена ефективність
- Набагато більше можливих застосувань, ніж просто для опалювальних контурів
Гідравлічне балансування
Метою гідравлічного балансування в розподільчій мережі є забезпечення кожного споживача "правильною" кількістю води. Вона не повинна бути надто малою, бо інакше споживач не буде забезпечений належним чином; але й не повинна бути надто великою, бо надлишок не приносить користі споживачеві, а лише послаблює систему, а інші споживачі отримують надто мало води. Але оскільки вода завжди йде шляхом найменшого опору, це не відбувається саме по собі. Бажаний результат не матеріалізується сам по собі, тобто без активного втручання в різні підгалузі розподільчої мережі. Отже, питання полягає в тому, який найкращий спосіб досягти мети оптимізації водопостачання для всіх споживачів?
Один з варіантів - виконувати ці втручання вручну: Ви "просто" розраховуєте необхідну кількість води, встановлюєте відповідні клапани на окремих секціях і все. Це було б добре, але такий метод має кілька недоліків: по-перше, розрахунок і подальше регулювання індивідуальних кількостей води - це велика робота, а по-друге, результат важко перевірити, а також він не здатний реагувати на мінливі вимоги: так би мовити, "політ наосліп у тумані".
Краще добре врегульоване, ніж фіксоване
Уявімо, що ви хочете "синхронізувати" наповнення зливного бачка в туалеті. Тоді ви б запитали себе, скільки змивів очікується, наприклад, на день, і встановили б подачу відповідно до цього. І кожен може уявити, що відбувається, коли користувачі страждають на захворювання кишківника або їдуть у відпустку.
Звичайно, цей приклад навмисно перебільшений, і всі знають, як наповнюється зливний бачок унітазу, а саме за допомогою поплавкового клапана. І все ж цей приклад дуже влучно ілюструє різницю між фіксованим налаштуванням і регулюванням рівня, оскільки, на відміну від фіксованого налаштування, в системі регулювання завжди є інформаційний зворотний зв'язок, який відповідним чином коригує значення налаштування: Чим вищий рівень води в зливному бачку, тим менший приплив або, коли бажаний рівень досягнутий, приплив вимикається, щоб ні хвороби кишечника, ні поїздки на відпочинок не стали проблемою.
А як щодо "гідравлічного балансування"? Тут фактично використовується метод "розрахувати і налаштувати", хоча розрахунок часто базується на такій кількості припущень, що результат доводиться локалізувати десь між збігом і бажаним через значні неточності - принаймні, в існуючих будівлях. Якщо окремі споживачі згодом відчувають дефіцит енергопостачання, систему "підлаштовують", поки вона не буде відповідати їхнім потребам. А вона підлаштовується лише тоді, коли жоден споживач не скаржиться. Наскільки оптимальним є такий кінцевий результат, можна лише здогадуватися.
Тож як може працювати "автоматичне гідравлічне балансування"?
Нагрівальна поверхня будь-якого типу - це теплообмінник, через який з одного боку протікає нагрівальна вода, а з іншого боку контактує з середовищем, що нагрівається. А що відбувається з таким теплообмінником, якщо витрата первинної (теплопровідної) води-теплоносія занадто велика? Дуже просто: кількість тепла, пов'язана з надмірною витратою, не може бути повністю розсіяна, внаслідок чого температура повернення, тобто температура опалювальної води на виході з теплообмінника, підвищується. Іншими словами, надмірно висока температура обратки є індикатором надмірно високої витрати.
І саме тут вступає в дію "автоматичне гідравлічне балансування", що використовує принцип терморегулюючих клапанів: якщо температура обратки занадто висока, клапан закривається і об'єм води зменшується; якщо температура обратки занадто низька, клапан відкривається і об'єм води збільшується. Таким чином, це так званий обмежувач температури обратки або скорочено RTB.
Метою є температура зворотного потоку, а не об'єм води
Оскільки об'єм води тепер є результатом контрольної роботи RTB, його більше не потрібно розраховувати. Замість цього необхідно встановити максимальну температуру обратки, до якої слід обмежити об'єм води. Передумовою для цього є, звичайно, правильно розрахована поверхня нагріву, яку ми завжди повинні враховувати при проведенні будь-якого гідравлічного балансування. Тим не менш, ми також знаємо приклади, які доводять, що "теплова" процедура також може бути використана для компенсації зміни використання теплої підлоги - наприклад, від спальні до офісу. (Технічна стаття про гідравлічне балансування)
Чому мінімальний тираж?
На відміну від наведеного вище прикладу з бачком унітазу, де цільова змінна "рівень води" вимірюється безпосередньо за допомогою поплавка і використовується для керування клапаном подачі, вимірювання температури зворотної лінії є непрямою змінною, оскільки зміна температури зворотної лінії відбувається лише із затримкою в часі після зміни витрати або споживаної потужності, а також змінюється в залежності від типу і розміру поверхні нагріву. Іншими словами, запізнення може призвести до надмірної реакції термостатичного клапана.
Якщо, наприклад, вентилятор повітронагрівача вимикається електричним кімнатним термостатом, температура на виході з нагрівального контуру дуже швидко і дуже різко підвищується, і термостатичний клапан повністю закривається. Однак при закритті клапана перекривається не тільки потік, але й потік інформації про те, чи запускається знову вентилятор повітронагрівача. З іншого боку, відповідна невелика мінімальна циркуляція підтримує цей інформаційний потік. Крім того, нагрівальний елемент залишається теплим навіть при вимкненому вентиляторі, тому мінімальна циркуляція не тільки покращує якість керування, але й забезпечує захист від замерзання та теплий запуск у будь-який час.
Інший приклад: якщо температура навколишнього середовища RTB - наприклад, у шафі колектора контуру теплої підлоги - перевищує задане значення і такий клапан повністю закривається і повністю перекриває потік, корпус клапана і термостат рано чи пізно досягнуть температури навколишнього середовища, а отже, клапан взагалі перестане відкриватися: класичний глухий кут. Однак такого робочого стану можна надійно уникнути за допомогою відповідної малої мінімальної циркуляції.
Середні заощадження 20%
Багато наших клієнтів знову і знову підтверджують, що вперше після багатьох років експлуатації вони змогли успішно збалансувати однотрубні системи опалення за допомогою RTB. Ми також знову і знову чуємо, що модернізація будівель з однотрубними опалювальними контурами з буферними накопичувачами практично можлива лише шляхом встановлення RTB, оскільки буферні накопичувачі можуть виконувати своє призначення лише за умови достатньої стратифікації - тобто достатньо великої різниці температур між "низом" і "верхом", що вимагає низької температури обратки і циркуляції води, обмеженої лише необхідною.
Але дамо слово експерту:
"У згаданому готелі RTB були рішенням для однотрубної системи після більш ніж 3 десятиліть "непрацюючих" радіаторів або "рандомізованого функціонування".
Якщо у вас виникнуть додаткові запитання, будь ласка, звертайтеся до нас.
З сонячним привітом
Даніель Янсен
Майстер-сантехнік та інженер-теплотехнік - Експерт з систем теплових насосів VDI 4645 - Консультант з питань енергозбереження будівель - Сертифікований HWK інсталятор біо-теплових установок"
Довготривале рішення без засмічень
Хто не стикався з таким: ви щойно відкалібрували контур радіаторного опалення за допомогою термостатичних клапанів за всіма правилами, і тут дзвонить телефон: "Радіатор у вітальні погано гріє!". І що ви робите? Їдеш до замовника і "переналагоджуєш". Оскільки ви не можете і не хочете брати гроші за цю роботу, вона повинна "підійти" з першого разу, якщо це можливо. Часто причиною цього є крихітні домішки в опалювальній воді, які збираються перед такими ж крихітними отворами попередньо встановлених клапанів, таким чином перекриваючи потік. Чи може таке статися з термостатичними клапанами з динамічним керуванням? Навряд чи, тому що ці клапани не є фіксованими, а керуються динамічно: занадто низька швидкість потоку призводить до занадто низької температури зворотної лінії і, відповідно, до відкриття клапана, який пропускає домішки.
Нижче енергоспоживання циркуляційних насосів
Звичайно, існують також балансувальні клапани з динамічним регулюванням, такі як клапани перепаду тиску або клапани з регулюванням потоку. Спільним для них є те, що вони отримують роботу керування, тобто механічну енергію для відкриття та закриття клапана, від потоку води системи опалення. Це означає, що ці клапани функціонують лише за мінімальних втрат тиску, які зазвичай становлять близько 200 мбар. Тепер уявіть собі: кожен кубічний метр води, який, як відомо, важить тонну і який збалансований таким чином, повинен бути перекачаний на додаткові два метри - робота, яку доводиться купувати за високу ціну у вигляді електроенергії через циркуляційний насос. З термостатичним клапаном, навпаки, ця енергія походить від тепла води для опалення, і теплогенератор не може навіть посміхнутися такому навантаженню, оскільки він його просто не помічає.
Відеоопис обмежувача зворотної температури (RTB):
Клапан RTB - це термостатичний обмежувач температури зворотної лінії з регульованою максимальною температурою і фіксованою мінімальною витратою порядку 0,5% від номінальної витрати.
RTB усуває необхідність розрахунку і ручного регулювання об'ємного потоку, оскільки витрата води на кожну поверхню нагріву автоматично адаптується до фактичної потужності, а опалювальний контур автоматично гідравлічно збалансований. Заданне значення максимальної температури зворотної лінії просто встановлюється на термостатичній голівці. Якщо температура обратки перевищує цю уставку, клапан зменшує потік, закриваючись без додаткової енергії. Нагріта опалювальна вода довше залишається на поверхні нагріву і тому може ефективніше віддавати тепло. Завдяки фіксованій мінімальній витраті клапан максимально швидко реагує на зміну навантаження.
Сфери застосування RTB
a) Радіаторні контури опалення (двотрубні системи):
Радіаторні поверхні нагріву автоматично гідравлічно вирівнюються завдяки встановленню RTB. Механізм завжди однаковий: занадто високий потік через поверхню нагріву призводить до занадто високої температури зворотної води і навпаки. Тут RTB встановлюється на найнижчу можливу температуру, при цьому необхідно враховувати так званий "дизайн" опалювальних контурів. Для цього процесу не потрібно розраховувати кількість води, що є великою перевагою, особливо в існуючих будівлях.
Розрахунок опалювального контуру визначається як максимальна температура подачі та обратки в найхолодніший очікуваний день, на який розрахована система опалення будівлі. У старих будівлях, наприклад, поширені конструкції 70/50°C або 60/40°C, тоді як у нових будівлях використовуються конструкції 50/35°C або навіть 40/30°C. Для того, щоб радіатори могли забезпечити достатню кількість тепла в будівлі, незважаючи на нижчу температуру обратки, після встановлення RTB слід відповідно підвищити температуру подачі з урахуванням погодних умов, скоригувавши так звану криву опалення, наприклад, підвищити температуру опалювального контуру з 60/40°C без RTB до 70/30°C з RTB, або з 50/35°C до 55/30°C.
Результатом такого термостатичного балансування є не тільки повний рівномірний розподіл тепла між усіма радіаторами, що відповідає досягненню запланованого комфорту, але й значна економія витрат на опалення завдяки нижчій температурі обратки та меншим витратам на електроенергію, оскільки кількість води, яку потрібно перекачувати циркуляційним насосом, також значно зменшується. Навіть якщо це звучить неймовірно: з нашого досвіду, насправді можна експлуатувати контури радіаторного опалення з температурою обратки 35°C, 30°C, а іноді навіть 25°C, якщо в системі опалення немає серйозних несправностей, а температуру подачі можна достатньо підвищити. І все це - як уже згадувалося - без трудомісткого "розрахунку" кількості води, який часто можливий лише на основі припущень, оскільки вони встановлюються автоматично і автоматично в кожному окремому випадку навантаження. Тому, якщо, наприклад, кілька радіаторів вимикаються на вихідні, решта радіаторів все одно отримують таку ж кількість води, оскільки їхня температура на виході з системи не змінюється. Циркуляційний насос, що працює в режимі "постійний тиск", підлаштовує свою швидкість до меншого об'єму подачі, не збільшуючи при цьому тиск подачі.
RTB встановлюються на кожен радіатор замість фіксуючого гвинтового з'єднання зворотної лінії, налаштовуються на бажану максимальну температуру і фіксуються, щоб запобігти регулюванню. Завдяки конвекційному притоку холодного повітря на зворотному трубопроводі радіатора не відбувається перегріву RTB на радіаторі, а також не виникає описаного вище тупикового положення через надмірну температуру навколишнього середовища. Саме тому наші клапани RTB у так званому радіаторному виконанні (коліщатко) не мають мінімальної циркуляції (MUL), завдяки чому з'єднання з трубопроводом може бути перекрите при знятому радіаторі.
б) Контури теплої підлоги:
RTB у версії для теплої підлоги (Fbh) мають так зване гвинтове з'єднання з євроконусом з обох боків і можуть бути встановлені безпосередньо на зворотний колектор розподільної системи теплої підлоги; процес, який займає лише кілька хвилин на один клапан при наявності невеликої практики.
Хорошою рекомендацією щодо налаштування є встановлення температури обратки приблизно на два з половиною градуси вище бажаної температури в приміщенні. У цьому випадку також рекомендується налаштувати температуру подачі з погодною компенсацією (залежну від зовнішньої температури) трохи вище, а циркуляційний насос перевести в режим роботи "постійний тиск".
У системах теплої підлоги - як і в панельних системах опалення загалом - тепло передається в приміщення за допомогою випромінювання при більш низьких температурах. Температура зворотного теплоносія, як правило, лише на кілька градусів Цельсія вища за температуру в приміщенні. Як наслідок, температура в обратному трубопроводі зростає, коли температура в приміщенні підвищується, наприклад, через зовнішнє надходження тепла, наприклад, сонячне випромінювання або електричні прилади. Оскільки вища температура в приміщенні означає, що менше тепла передається від нагрівальної поверхні до приміщення, це називається "ефектом саморегулювання" підлогового або панельного опалення.
Однак у випадку з контуром підлогового або поверхневого опалення, який був відкалібрований за допомогою фіксованого налаштування, нічого не відбувається, оскільки фіксована витрата води не змінюється. Якщо, з іншого боку, балансування було автоматизовано шляхом встановлення RTB, це також зменшує витрату води на нагрівальну поверхню при підвищенні температури зворотної лінії, що ще більше зменшує теплову потужність в приміщенні. Це не тільки підвищує ефект саморегулювання, але й виконує вимогу Постанови про енергозбереження (EnEV), а саме, що "системи опалення з водою як теплоносієм [...] повинні бути обладнані автоматичними пристроями для покімнатного регулювання температури в приміщеннях, коли вони встановлені в будівлях". Іншими словами: встановлення RTB дозволяє здійснювати покімнатне регулювання температури в приміщенні і, таким чином, відповідає вимогам стандарту.
У порівнянні з більшістю індивідуальних регуляторів з кімнатними термостатами, RTB мають додаткову перевагу, оскільки вони працюють "пропорційно", тобто можуть регулювати витрату води безперервно, тоді як більшість індивідуальних кімнатних термостатів - це так звані двоточкові регулятори (термостати типу "клік-клік"), які лише повністю вмикають або вимикають витрату води. Це має два недоліки, один з яких стосується ефективності, а інший - комфорту: ефективність знижується, оскільки при повністю відкритому клапані надмірна кількість води призводить до високої температури на виході, тоді як при закритому клапані поверхня нагріву не робить ніякого внеску в температуру на виході. Якби вона весь час мала меншу швидкість потоку, це б постійно сприяло низькій температурі обратки. Однак комфорт також знижується, оскільки двоточкові регулятори обов'язково мають гістерезис, тобто різницю між увімкненням і вимкненням: вони вимикаються лише тоді, коли в приміщенні занадто тепло, і вмикаються лише тоді, коли в ньому занадто холодно. Це призводить до охолодження нагрівальних поверхонь, що може викликати нарікання, особливо у випадку з теплою підлогою.
Тільки в приміщеннях, які не повинні постійно опалюватися, таких як дитячі або гостьові кімнати, рекомендується додаткове встановлення таких індивідуальних кімнатних контролерів, оскільки з їх допомогою можна дуже зручно вмикати та вимикати опалення в приміщенні.
Переконайтеся самі, як клапан RTB в менше трьох хвилин монтується на зворотному колекторі підлогової розподільчої системи:
в) Радіаторні контури опалення (однотрубні системи):
У багатьох існуючих житлових будинках в минулому контури радіаторного опалення були побудовані як так звані "однотрубні системи". При такому принципі підключення окремі радіатори не підключаються паралельно до подаючої та зворотної труб, а з'єднуються послідовно, при цьому байпас повинен проходити через кожен окремий радіатор, тому що в іншому випадку працювати могли б тільки всі радіатори разом; з іншого боку, якщо один або декілька радіаторів вимкнути, то всі інші також залишаться холодними.
Однією з найбільших проблем таких систем є те, що об'ємний потік через усі байпаси повинен бути якомога меншим, не обмежуючи загальну витрату до такої міри, щоб на якомусь із радіаторів виникло недопостачання. Крім того, практично не існує житлових будинків, які постачаються однією однотрубною магістраллю, але в основному це ті, в яких окремі квартири були спроектовані як однотрубні магістралі, які потім були підключені до стояків - зазвичай на сходових клітинах. Це означає, що кілька однотрубних ліній з'єднані паралельно, через що нерідко трапляються випадки, коли цілі квартири недопостачаються порівняно з іншими. Цю проблему часто "вирішують" збільшенням об'єму циркулюючої води шляхом встановлення більших насосів, доки достатня кількість тепла не досягне останнього куточка будівлі, при цьому повністю нехтуючи загальною ефективністю гідравлічної системи розподілу.
Як видно з двох ілюстрацій навпроти, кількість води в однотрубній системі залежить від теплової потужності всіх поверхонь опалення. Ця кількість води не може бути постійною, тому розрахунок і фіксоване встановлення такої кількості води призводить у переважній більшості випадків навантаження до значного надлишку, а отже, до величезних втрат теплової енергії.
І тут клапани RTB пропонують рішення настільки ж просте, наскільки і досконале, оскільки - як вже неодноразово описувалося - вони автоматично і автоматично регулюють кількість води на основі температури обратки відповідно до кількості тепла, фактично випромінюваного нагрівальними поверхнями. Водночас вони зменшують кількість води, що циркулює в усіх однотрубних системах, до реально необхідного мінімуму, тим самим підвищуючи комфорт за рахунок рівномірного розподілу тепла. І, нарешті, відпадає потреба у великогабаритних циркуляційних насосах та електроенергії, необхідній для їх роботи. Ці клапани RTB завжди встановлюються в кінці обратки кожної окремої однотрубної лінії перед її входом в лінію подачі, яка, як уже згадувалося, часто є стояком на сходових клітинах.
... для теплообмінників резервуарів для зберігання питної води, повітронагрівачів, теплообмінників басейнів і систем кондиціонування.
Балансувальний комплект RTB складається з термостатичного обмежувача температури зворотної лінії з регульованою максимальною температурою і фіксованою мінімальною витратою порядку 1% від номінальної витрати. Подвійний ніпель і кутовий трійник доповнюють цей клапан до простого в установці балансувального набору.
Переваги:
- Для професійного початкового рівня не потрібні детальні знання опалювального навантаження або відстаней між установками
- Ніяких електронних відходів
- Висока ефективність системи завдяки постійно низькій температурі зворотного потоку
- Менша потужність насоса завдяки меншим об'ємним потокам
- З налаштованою кривою нагріву Регулювання температури в приміщенні відповідно до ENEV §14 (2), але без функції вимкнення
Зворотний температурний колектор (RTV)...
Встановлення розподільника температури зворотного теплоносія зазвичай рекомендується для систем з прісною водою або сонячних модулів. Крім того, в інших сферах застосування, де можна очікувати коливання температури. З його допомогою подача може здійснюватися в буфер при правильній температурі. Це забезпечує чисту стратифікацію і високий ступінь використання тепла, зв'язаного в буфері.
...Станції прісної води та сонячні системи (комплект)
Заданне значення температури розподілу регулюється на головці термостата: Вода вище заданого значення протікає через червоний вихід (гаряча), нижче заданого значення - через синій вихід (холодна). Клапан може швидко реагувати на коливання температури завдяки часу реакції термостатичної головки (5 секунд). Зазвичай ми рекомендуємо встановлювати такі системи подачі RTV для прісної води або сонячних модулів та інших застосувань, де можна очікувати коливання температури подачі. Гвинтові занурювальні датчики та кутові тройники для оптимального монтажу датчиків, а також відповідні гвинтові вставки доповнюють цей клапан до простого в монтажі комплекту.
Регулятор температури потоку (VTR)...
Продукція VTR складається з термостатичного регулятора витрати-температури у вигляді триходового змішувального клапана і термостатичної головки з чутливим елементом. У нас є два різних набори на вибір для різних застосувань:
...Станції прісної води та твердопаливні котли і ТЕЦ (комплект витяжки)
Якщо тепло відбирається з буфера, наприклад, станцією прісної води, ризик кальцифікації зменшується за рахунок обмеження температури і одночасно збільшується подача гарячої води у верхню зону буфера - таким чином, можна нагріти більше питної води з тим же вмістом тепла в буфері, оскільки буфер довше залишається гарячим у верхній частині, але швидше охолоджується в нижній. З іншого боку, якщо тепло подається в буфер, воно спочатку концентрується тільки у верхній зоні буфера, поки його температура не досягне заданого значення, і тільки потім воно також передається в нижню зону. Таким чином, буфер швидше нагрівається у верхній частині і довше залишається холодним в нижній! Кутовий тройник для оптимального кріплення датчика і відповідні гвинтові вставки доповнюють цей клапан до простого в установці витяжного набору.
...Теплова потужність пікового навантаження котла на буферній ємності (задана теплова потужність)
Завдяки підмішуванню подачі котла в обратку котла, температура подачі котла постійно контролюється до заданого цільового значення. Для цього контурний насос котла повинен бути налаштований на максимально можливу потужність (ступінь III). Таким чином, об'ємний потік адаптується до потужності котла під час завантаження буферної ємності (піч!), а температура подачі підтримується постійною навіть при змінній потужності котла. Буфер завжди заповнений зверху однаково гарячою водою, що в першу чергу робить можливим точне верхнє завантаження. Крім того, котел захищений від утворення конденсату і ефективно запобігає подальшому охолодженню гарячої зони під час роботи насоса (утилізація залишкового тепла). Занурювальна гільза та кутовий трійник для оптимального встановлення датчика, а також відповідні гвинтові вставки доповнюють цей клапан до зручного для монтажу набору значень теплоти нагріву.
Обмежувач температури потоку (VTB)...
Призначення клапана VTB - запобігати перевищенню заданої температури. Якщо в нагрівачі або змішувачі виникає дефект, який призводить до підвищення температури потоку вище встановленого значення, насос знеструмлюється. Це автоматично регулює процес нагріву. Таким чином забезпечується спеціальний захист стяжки, насоса і, перш за все, теплогенератора.
...для наступних теплообмінників димових газів котлів і когенераційних установок (комплект конденсаторів)
Якщо температура подачі падає нижче встановленого значення, клапан зменшує витрату, закриваючись без додаткової енергії. Опалювальна вода, що нагрівається, довше залишається в теплообміннику і, таким чином, може поглинати більше тепла. Завдяки фіксованій мінімальній витраті клапан завжди максимально швидко реагує на зміну навантаження. Витрата води адаптується до фактичної поглиненої потужності, а опалювальний контур автоматично гідравлічно балансується. Подвійні ніпелі та кутовий трійник для оптимального встановлення датчика роблять його практичним монтажним комплектом.
...для конденсаційних котлів без мінімальної витрати та обмеження ∆T (конденсаційний комплект)
Датчик контролює температуру подачі та зменшує кількість води, якщо температура нижче заданого значення. Це дозволяє підтримувати постійну температуру подачі при змінній потужності котла або коливання температури зворотної лінії за рахунок змінної кількості води з повним використанням теплоти конденсації. У буферних ємностях використання конденсаційного набору VTB проявляється у швидкому створенні стабільної зони гарячої води у верхній буферній зоні (стабільний верхній заряд), високому рівні комфорту гарячої води, високому коефіцієнті регенеративного використання та тривалому часі роботи котла. Занурювальна гільза та кутовий трійник для оптимального встановлення датчика, а також відповідні подвійні ніпелі та теплопровідна паста доповнюють цей клапан до зручного для монтажу конденсаційного набору.