Книги / Проектирование котельных и современных систем отопления

3. Классификация гидравлических схем

3.Классификация гидравлических схем водогрейных низкотемпературных котельных

3.1.Вступление

Одним из первых этапов проектирования технологической части котельной и трубопроводов отопительных контуров является выбор гидравлической схемы. Это очень ответственный этап, так как сделанный выбор будет влиять на процесс производства тепла, его распределение и на соответствие требованиям по эксплуатации котлов. На этом этапе важными факторами, которые необходимо учитывать, являются: водяной объем системы, динамика изменения ее параметров, в частности температуры и расхода в отдельных отопительных контурах. Эти факторы непосредственно влияют на температуру воды обратного потока. Учитывая вероятность конденсации водяного пара из уходящих газов, их температуру необходимо удерживать на определенном уровне. Ниже представлен целый ряд типовых решений, предлагаемых фирмой Viessmann для разных случаев и рекомендации по подбору некоторого сопутствующего оборудования.

3.2. Классификация гидравлических схем

Учитывая тип котла, вид и характер работы оборудования, гидравлические схемы котельных можно поделить на классы. В каждом случае следует обеспечивать определенные параметры теплоносителя на выходе и входе в котельную. Учитывая необходимость в защите обычных низкотемпературных котлов от конденсации водяного пара из уходящих газов, была разработана соответствующая классификация и варианты решений (рис. 3.1 и 3.2), которые представлены ниже.

Рис. 3.1. Классификация технических решений при применении низкотемпературных водогрейных котлов Viessmann

17

3. Классификация гидравлических схем

3.3.Система Therm-Control (TC)

3.3.1.Одноступенчатая система защиты (класс B)

Данное решение можно применять только для котлов Vitoplex 100 мощностью 80-460 кВт и Vitoplex 300 типа TX3 мощностью 80-1750 кВт в новых системах отопления с небольшим водяным объемом, при управлении отопительными контурами с помощью смесительных клапанов, расположенных вместе с коллекторами в непосредственной близости от котлов.

Стальные котлы Vitoplex 100 и Vitoplex 300 характеризуются хорошей естественной внутренней циркуляцией и большим удельным водяным объемом (разд. 2). Эти свойства позволяют котлам работать в диапазоне мощности 80-460 кВт без дополнительных защитных устройств от конденсации водяного пара из продуктов сгорания. Благодаря преимуществам дымогарных труб специальной конструкции (многослойная труба Triplex), применяемых в котлах Vitoplex 300 типа TX3, эти котлы могут работать без дополнительных защитных устройств также в диапазоне мощности 575-1750 кВт. При небольшом водяном объеме системы отопления [3.1] рекомендуется применять только одноступенчатую систему защиты — периодическое уменьшение мощности (класс B, рис. 3.3, 3.4, 3.5), осуществляемое системой Therm-Control с датчиком температуры TC.

RL

TC VL

TC

RL

Рис. 3.3. Место установки датчика TC системы Therm-Control в котлах Vitoplex 100, 80-460 кВт, и Vitoplex 300, 80-1750 кВт

VL – подающий патрубок котла, RL – обратный патрубок котла

19

3. Классификация гидравлических схем

Работу системы Therm-Control можно разделить на следующие этапы

Этап 1. Запуск. При выявлении датчиком TC низкой температуры в обратной линии котла происходит запуск горелки, которая сразу выходит на 100% расчетной мощности. Одновременно начинается уменьшение отбора тепла от котла путем закрытия смесительного клапана отопительного контура или закрытия поворотной заслонки котла, оборудованной приводом. Выбор способа уменьшения мощности необходимо установить при кодировании регулятора.

Этап 2. Снижение отбора тепла. Цель — снижение как минимум на 50% объемного расхода воды через котел при работе горелки со 100% нагрузки.

Этап 3. Рабочее состояние. Мощность котла соответствует потребности в тепле. После повышения температуры воды в обратной магистрали, которое регистрируется датчиком Therm-Control, происходит открытие смесительного клапана отопительного контура и переход к работе в расчетном режиме. Горелка начинает работать в ступенчатом или модулированном режиме, соответственно своей конструкции.

Вышеописанные этапы работы системы Therm-Control отображены на рисунке 3.4, а соответствующие им температуры — на рисунке 3.5.

20

3. Классификация гидравлических схем

3.3.3. Класс В – использование датчиков ТС

Во время работы котельной (рис. 3.6) датчиками TC постоянно измеряется температура в зоне обратного потока. Она сравнивается с минимально допустимым значением температуры, введенным в память регулятора

Vitotronic 100 с помощью кодирующего штекера котла. Если температура обратного потока 1-го или 2-го котла опустится ниже допустимого значения, происходит запуск горелок. В зависимости от кодирования, существует два варианта дальнейших действий. Первый из них заключается в том, что регуляторы системы отопления

Vitotronic 333, Vitotronic 050 через линию LON получают информацию о необходимости закрытия смесительных клапанов. Второй вариант — это уменьшение расхода воды через котлы с помощью закрытия запорно-регулиру- ющей арматуры котлов, т. е. поворотных заслонок с приводами. Таким образом достигается уменьшение расхода воды через котлы минимум на 50% и тем самым — уменьшение поступления “слишком холодного” обратного потока. Дальше, в результате работы горелок и интенсивной естественной циркуляции, прекращается падение температуры котловой воды. Этот факт также “подтверждается” датчиком TC. После достижения соответствующего значения температуры обратного потока, автоматика котлов передает регуляторам системы отопления по линии

LON команду на разблокировку смесительных клапанов или регуляторы котлов полностью открывают поворотные заслонки котлов. Отпуск тепла переходит в нормальный режим работы — согласно потребности.

22

3. Классификация гидравлических схем

3.4.1.1. Класс С1 — вариант A

Ступень І — периодическая стабилизация температуры обратного потока.

Ступень ІІ — периодическое уменьшение отбора тепла.

Это решение применяется очень часто и рекомендуется для систем при условии управления отопительными контурами с помощью смесительных клапанов, расположенных вместе с коллекторами в непосредственной близости от котлов.

На рисунке 3.8 приведен пример гидравлической схемы многокотловой установки с двухступенчатой системой защиты котлов с применением общего смесительного насоса, класс С1 вариант A.

Рис. 3.8. Пример применения: многокотловая установка с регуляторами Vitotronic 100.

Отопительные контуры управляются регуляторами Vitotronic 333, 050 с помощью смесительных клапанов (PM – смесительный насос, T1, T2 – датчики температуры)

24

3. Классификация гидравлических схем

Подмешивание подающего теплоносителя в обратную магистраль с помощью одного смесительного насоса должно быть одинаковым для всех котлов, поэтому многокотловую установку с общим смесительным насосом нужно выполнять по схеме Тихельманна (с попутным движением теплоносителя).

Ступень І — периодическая стабилизация температуры обратного потока.

Одно из простейших решений периодической стабилизации температуры обратного потока — это применение смесительного насоса PM, назначением которого является нагнетание подающего теплоносителя непосредственно в обратную магистраль котельной (рис. 3.8 и 3.9 — смесительный узел Z). В большинстве случаев решение о включении насоса РМ “принимает” регулятор Vitotronic 333, постоянно контролирующий температуру обратного потока с помощью датчика T2. Информация о температуре, при которой должен включиться насос РМ,

содержится в памяти регуляторов котлов. Эта температура различна для отдельных типов котлов и видов топлива. Ее значение вводится в память регулятора с помощью кодирующего штекера котла.

Ступень ІІ — периодическое уменьшение отбора тепла.

В анализируемой системе защиты за узлом смешения (точка Z) осуществляется повторный контроль температуры обратного потока на каждом котле — датчики T1 (рис. 3.8). Температура, измеренная датчиком T1, постоянно сравнивается с допустимой, введенной в память регулятора Vitotronic 100 с помощью кодирующего штекера котла. Если температура обратной воды опускается ниже допустимого значения, происходит запуск горелки. Далее регулятор отопительных контуров Vitotronic 333, 050 по линии LON получает команду закрыть смесительные клапаны. Уменьшается как расход котловой воды, так и подача “слишком холодного” обратного потока к котлам. В результате работы горелок и интенсивной естественной циркуляции, усиленной в этом случае смесительным насосом PM, температура обратного потока и котловой воды повышается. Этот факт “подтверждается” датчиком T1. После достижения соответствующей температуры автоматика котлов посылает регулятору системы отопления по линии LON команду о разблокировке смесительных клапанов. Отпуск тепла переходит в нормальный режим работы — согласно потребности. При дальнейшем повышении температуры обратного потока регулятор Vitotronic 333 на основании информации от датчика T2 выключает смесительный насос.

Внимание! Следует помнить о необходимости правильного кодирования регуляторов для исключения ситуации, при которой, после выявления датчиками T1 низкой температуры обратного потока, начинается закрытие поворотных заслонок котлов. В таком случае может возникнуть нежелательное дросселирование смесительного насоса. Если отопительные контуры не оборудованы смесительными клапанами, на втором этапе (уменьшение тепловой мощности) необходимо использовать термостат, блокирующий работу циркуляционных насосов отопительных контуров или применять решение класса С2.

25

3. Классификация гидравлических схем

3.4.1.2. Выбор смесительного насоса

Параметры смесительного насоса можно точно определить на основании теплового баланса котлового и отопительных контуров. Для упрощенного расчета производительности насосаможно воспользоваться эмпирической зависимостью:

[3.3]

– суммарная производительность циркуляционных насосов всех отопительных контуров;

km = 0,3-0,5 – для отопительных контуров с трехили четырехходовыми смесительными клапанами, обеспечивающими плавное регулирование;

km = 0,5-0,7 – при отсутствии плавного управления отопительными контурами (насосные системы особенно большого водяного объема), при сжигании биогаза и др.

Условие, приведенное выше, относится как к системе с общим смесительным насосом для каскада котлов (рис. 3.8 и 3.9), так и для системы с отдельными смесительными насосами для каждого котла (рис. 3.11 и 3.12). Если система автоматики “предвидит” регулирование расхода насосов и порядок их включения в зависимости от количества работающих котлов и отопительных контуров, то управление производительностью смесительных насосов должно в любом случае обеспечить выполнение условия [3.3]. Система подмешивания является первой ступенью защиты, реагирующей на низкую температуру обратного потока, что и показано на рисунке 3.7 — кривые a и b.

Необходимо обратить внимание на определение напора насоса, который должен преодолевать только сопротивление контура смешения (сопротивление трубопроводов котельной + сопротивление котла). Не рекомендуется увеличивать напор насоса.

3.4.1.3.Класс С1 — вариант В

Ступень І — периодическая стабилизация температуры обратного теплоносителя.

Ступень ІІ – периодическое уменьшение отбора тепла.

Это решение используется и рекомендуется для систем, в которых мы хотим ускорить начало стабилизации

температуры обратного теплоносителя и в которых допускается периодическое уменьшение отбора тепла. Необходимым условием является управление отопительными контурами с помощью смесительных клапанов, которые вместе с распределительными коллекторами расположены в непосредственной близости от котлов.

В результате анализа потребителей тепла (например, если значительная доля теплопотребления приходится на напольное отопление с низкой температурой обратного теплоносителя) может оказаться, что необходимо ускорить момент начала стабилизации температуры обратного теплоносителя. Данное указание относится также к котельным, работающим на биогазе, поступающем после ферментации или от мусорных свалок. Вышеприведенное решение можно осуществить путем применения термостата T2 с регулируемой величиной настройки.

26