О выявлении фактических значений гидравлических потерь в системах отопления

Автор: Рочев Владимир Анатольевич ООО "Прибор-Сервис", г. Северодвинск

В статье рассматривается метод балансировки систем отопления с применением опытной установки. Метод может быть полезен при эксплуатации, наладке и реконструкции теплопотребляющих водяных систем.

Основной задачей балансировки систем является установление расчетного расхода теплоносителя через каждую ветвь, стояк, крыло. Существует ряд методов балансировки систем, все они основаны на использовании «косвенных» показателей правильности работы системы – температуры обратной воды и температуры воздуха в помещении, но у таких методик есть существенный минус – большие временные затраты, связанные с инерционностью процессов теплообмена. Кроме того, использование температуры обратной воды в качестве критерия оценки качества теплоснабжения может быть достоверным лишь при правильном подборе количества поверхностей нагрева.

Распространено мнение, что балансировку системы отопления нужно проводить, только если система вновь смонтирована или реконструирована; пожалуй, с данным утверждением можно поспорить. Очевидно, что в системах отопления (особенно это касается зависимых систем) протекают процессы, ведущие к повышению гидравлического сопротивления и саморазбалансировке систем. Прогнозировать скорость этих процессов и их влияние на качество теплоснабжения затруднительно, поскольку их скорость определяет много факторов, основными являются качество сетевой воды и особенности эксплуатации.

На практике пришлось столкнуться с рядом многоконтурных систем, в которых увязка колец обычным методом, основанном на выравнивании температур обратной воды была крайне затруднена, возникло предположение, что причина кроется в «скрытой» характеристике контуров – завышенных фактических значениях гидравлических потерь вследствие повышенного значения их гидравлического сопротивления. Для более тщательного изучения гидравлических характеристик систем и их составных частей была разработана рассматриваемая ниже методика и создана специальная установка. Суть методики заключается в том, что гидравлические потери в контуре являются функцией расхода, что позволяет при наличии фактической характеристики использовать фиксируемое в какой-либо момент времени значение гидравлических потерь в рассматриваемом контуре для определения расхода по нему, принимая, что характеристика контура неизменна во времени или достаточно длительное время остается неизменной.

Большинство систем в нашей стране являются системами с постоянным расходом, это обусловлено широким распространением центрального качественного регулирования на источнике. В каждой из составных частей системы с постоянным расходом должно циркулировать определенное количество теплоносителя, и именно сложность выявления значения расхода в контуре является самой большой преградой для быстрой и качественной наладки систем. Безусловно, на рынке присутствуют устройства, которые позволяют оперативно определять расход. На данный момент каждый балансировочный клапан снабжен импульсными выводами для подключения измерительных устройств, но, во-первых, требуется вмешательство в систему, что далеко не всегда можно осуществить быстро, а во-вторых, ценовой фактор для многих оказывается решающим, поскольку измерительное оборудование и сами балансировочные клапаны далеко не дешевы.

Предлагаемая методика отличается тем, что позволяет определять основные гидравлические характеристики систем отопления прямо в процессе эксплуатации, используя лишь штатную арматуру теплового узла, дополнительные врезки требуются в тех случаях, когда существующей арматуры недостаточно или она неисправна.

Установка (рис. 3) представляет собой смонтированный на раме комплекс, состоящий из электромагнитного расходомера с индикацией и трехскоростной циркуляционный насос с регулируемым кольцом для плавной регулировки расхода. Подключение к системе производится через переходники посредством резиновых шлангов в штатную промывочную или дренажную арматуру с использованием быстросмыкаемых элементов. Имитация режимов циркуляции производится при закрытых вводных и других задвижках, предотвращающих паразитную циркуляцию через арматуру теплового узла, давление в системе поддерживается гидравлическим прессом или регулятором «после себя» на уровне необходимом по условию завоздушивания (на схеме не изображен). Для измерения гидравлических потерь выбран электронный преобразователь разности давлений с рабочим диапазоном 0–100 кПа. Преобразователь размещен в ударопрочном брызгозащищенном пластиковом кейсе, оснащен индикатором и оборудован автономным источником питания. Присоединительные патрубки выведены на внешнюю сторону кейса, для удобства кейс оборудован смотровым стеклом. Индикатор настроен на отображение значений потерь в наиболее удобных для подобного рода измерений единицах – метрах водяного столба. Для присоединения используются водопроводные шланги с переходниками.

Установка компактна, все составляющие помещаются в багажник легкового автомобиля. В дальнейшем планируется смонтировать отдельные рамные конструкции для насоса и расходомера, что позволит подключать группу насосов в зависимости от нагрузки и предполагаемых характеристик испытуемого контура.

На рис. 1 показана принципиальная схема подключения установки-имитатора расходов в многокольцевую систему отопления при зависимом присоединении.

Рис. 1 1 – основная запорная арматура; 1а – запорная арматура на ветви системы; 2 – насосный агрегат с паразитным кольцом и расходомером включенный в промывочную арматуру; 3 – преобразователь перепада, включенный в штатные манометрические вентили

Порядок обследования разрабатывается в каждом конкретном случае, но, как правило, состоит из двух основных этапов, которые можно производить в любой последовательности:
– выявление фактических потерь в каждом контуре;
– имитация режимов циркуляции в каждом контуре с одновременным фиксированием расхода и соответствующих ему гидравлических потерь.

Полученные данные обрабатываются и после сбора дополнительной информации (расчетная нагрузка, график системы, аксонометрическая схема) делаются выводы о фактической работе системы и необходимых мероприятиях для нормализации.

Для примера рассмотрим простейший случай наладки системы отопления (увязки контуров) с подбором циркуляционного насоса (монтируется на перемычку) реконструируемого теплового узла.

Система отопления четырехконтурная, график 95/70, элеваторное присоединение. На объекте наблюдается резкая неравномерность прогрева по мере удаления от теплового узла, располагаемый перепад на вводе не превышает 10 м вод. ст.

Проект на систему утрачен, аксонометрическая схема в наличии.

Расчетная тепловая нагрузка (договорная нагрузка) 0,153 Гкал/ч, что с учетом графика системы соответствует циркуляции 6,12 т/ч.

Для экспресс-оценки необходимого распределения циркуляции по контурам можно принять допущение, что расчетная циркуляция в контурах пропорциональна количеству поверхностей нагрева в каждом контуре. После предварительного определения условно-расчетных значений производится имитация режимов от околонулевых значений до полутора – двукратных условно-расчетному значению. Чем больше рабочих точек зафиксировано, тем точнее можно выстроить характеристику или определить значение гидравлического сопротивления каждой ветви для решения задачи аналитическим методом. В данной статье рассмотрим графический метод решения задачи балансировки системы, как более наглядный.

Для удобства сводим необходимые данные в таблицу.

По полученным данным строятся графики зависимости падения давления от расхода теплоносителя в контуре и производится сопоставление условно-расчетных значений расходов по контурам со значениями потерь (рис. 2).

Рис. 2 при нажатии на картинку она откроется в новом окне в полном виде

Минимально необходимый располагаемый перепад на коллекторах системы выбирается исходя из обеспеченности расхода, в данном случае определяющим для всей системы является контур № 2, поскольку для обеспечения расчетного (условно-расчетного) расхода в нем требуется наибольший перепад давлений. То есть данный перепад является минимально необходимым для системы, если принять, что установка дроссельных устройств на эту ветвь производиться не будет.

Оставшиеся три ветви необходимо оснастить дросселирующими устройствами, в качестве которых можно использовать балансировочные вентили, выставляемые по настроечным номограммам, либо обычные шайбы, что функционально ничем не отличается, но обойдётся значительно дешевле, в любом случае при изменении исходных данных можно произвести элементарный пересчет. Таким образом, на контурах № 1, 3, 4 необходимо создать дополнительные потери в 0,4; 1,3 и 0,5 м вод. ст. соответственно, что сводится к простому вычислению, поскольку расходы известны.

Полученные данные показывают, что в случае применения элеваторной схемы и расчете диаметра сопла элеватора на расчетные потери в «один метр», что чаще всего и происходит при отсутствии других данных, циркуляция по контуру № 2 не будет обеспечена. Наладка такой системы будет фактически лишь поиском оптимальной температуры смешения (т. е. корректировкой диаметра сопла) для всех потребителей (контуров) при неизбежном снижении расхода в системе.

Выбор насоса производится по рабочей точке: напорная характеристика определяется по найденному минимально необходимому напору на коллекторе, с учетом местных потерь в узле (арматура, фильтры и т. п.), расходная характеристика – в зависимости от расчетной нагрузки и применяемого центрального графика регулирования, соответственно – необходимого коэффициента смешения.

Окончательная «доводка» производится после установки насоса и дроссельных устройств с подключением преобразователя непосредственно на коллектор и выставлением найденного ранее минимально необходимого располагаемого перепада регулирующими устройствами, что при правильных расчетах будет залогом того, что через каждый контур циркулирует требуемое количество теплоносителя. Безусловно, для наиболее точного выявления количества теплоносителя необходима поправка на температуру теплоносителя, однако такая точность незначительно влияет на конечный результат и в практике не является определяющей.

Недостатком данного метода является все же невозможность установления расхода через произвольное сечение, например, отдельный стояк, но, как показывает практика, при доведении расхода через группу стояков или отдельную ветвь до расчетного значения, начинают «самореализовываться» заложенные проектные решения, и расхождение чаще всего незначительно и устраняется при минимальном вмешательстве. В любом случае, даже если желаемый эффект на какой-то группе приборов не достигнут, можно судить о причинах исходя из объективных предпосылок.

Данный подход позволяет выделять из так называемой теплогидравлической наладки, на мой взгляд, важнейшую ее часть – гидравлическую наладку, которая при правильном подборе количества поверхностей нагрева является достаточной.

Есть интересное и полезное сопутствующее свойство: с помощью данного метода можно очень быстро определиться с вопросом, который зачастую сложно решить в многоконтурных системах в случае отсутствия проектной документации – выявление соответствующих друг другу подающих и обратных трубопроводов, а также без подробного обследования системы установить факт наличия непроектных гидравлических связей между раздельными контурами.

Рис. 3

Весь объем работ при хорошей подготовке занимает 2–3 ч и может быть выполнен одним человеком.

Полагаю, что подобные устройства, ориентированные на контуры различной производительности и определенные диапазоны гидравлических потерь были бы очень востребованы как в эксплуатации, так и при наладке. Таким же образом можно производить выявление гидравлических характеристик сложноразборных или неразборных теплообменников, например, пластинчатых теплообменников или скоростных водоподогревателей, а также циркуляционных контуров систем ГВС и, конечно, самих систем в целом. Например, можно оценить качество монтажа вновь смонтированной системы, вплоть до каждого стояка, поскольку погрешности монтажа неизбежны, и часто критичны. Так, большинство проблем при пуске систем отопления, смонтированных с применением полипропилена, связано с «переваром стыка», что часто является причиной отклонения работы нагревательных приборов, чтобы найти подобный дефект, часто приходится перебирать систему чуть ли не заново. В более крупных масштабах данные о фактическом значении гидропотерь помогут в создании максимально приближенной к факту гидравлической модели и разработке необходимого гидравлического режима тепловой сети.

О гидравлических потерях систем отопления стоит сказать отдельно. За 2 года применения данной методики было обследовано около 30 систем отопления. Надо отметить, что в системах со сроком эксплуатации до 10 лет гидравлические потери вполне хорошо укладываются в пресловутый «один метр» с отклонением ±15–20 %. Системы со сроком эксплуатации свыше 10–12 лет все, за редким исключением, имеют завышенные двукратно и более гидравлические потери на расчетных расходах. Данное обстоятельство подтверждает необходимость заниматься этим вопросом и, возможно, пересмотром практики использования низконапорных смесительных устройств.

Ввиду отсутствия подобных устройств на рынке в данный момент идет подготовка к подаче заявки в Роспатент на способ и устройство для его осуществления.

Оцените статью