Книги / Проектирование котельных и современных систем отопления

4. Смесительные клапаны систем отопления и приводы смесительных клапанов

объемный расход воды через котел не имеют значения для выбора смесительного клапана. Но эти две величины необходимы для выбора насоса контура котла.

4.2.4. Требуемые потери давления в смесительном клапане

∆pvar – потеря давления на участке системы с изменяемым объемным расходом, бар.

4.2.5. Величина KVS выбранного смесительного клапана

Величина KVS – это измеренный объемный расход через смесительный клапан в м3/час при потерях давления ∆pО = 1 бар.

По каталогу производителя необходимо выбрать клапан, величина KVS которого находится наиболее близко к результату, полученному из уравнения [4.4]).

Величины KVS для смесительных клапанов фирмы Viessmann не показаны отдельно на графиках, но так как на оси “Х” нанесены потери давления до 1000 мбар (1 бар), то на оси “Y” можно легко определить интенсивность потока в м3/час и, соответственно, величину KVS при ∆pО = 1 бар для каждого смесительного клапана.

Для регулирования температуры воды в системах отопления нужно отдавать предпочтение клапанам с равномерной характеристикой (такой характеристикой обладают смесительные клапаны фирмы Viessmann).

4.2.6. Фактические потери давления в выбранном смесительном клапане ∆pVt

Фактические потери давления в смесительном клапане определяются по уравнению

57

4. Смесительные клапаны систем отопления и приводы смесительных клапанов

4.2.7. Скорость потока в патрубках смесительного клапана (w)

4.3.Примеры расчетов

4.3.1.Система с перепадом давления в распределительных коллекторах

Исходные данные:

Тепловая мощность каждого из двух отопительных контуров: = 100 кВт

Температура воды в подающей магистрали: tz = 70°C

Температура воды в обратной магистрали: tp = 50°C

м3/час

= 4,3 м3/час · 2 = 8,6 м3/час

Потери давления на участке системы отопления с переменным объемным расходом, например:

а) Vitoplex 300 мощностью 225 кВт ∆pK = 400 Па

б) участки трубопроводов

∆pR = 600 Па

∆pvar = 1000 Па = 0,01 бар Если av = 0,7, то получаем:

бар

м3/час

По графику на рис. 4.2 выбираем смесительный клапан DN 40.

58

4. Смесительные клапаны систем отопления и приводы смесительных клапанов

Пример 1: Трехходовой смесительный клапан Viessmann DN 40

KVS = 29,0 м3/час при ∆pO = 1 бар

∆pvt = 4,32/292 = 0,022 бар

м/с

Если потери давления в контуре котла ∆pvar значительно превышают 2000 Па, то на трубопроводе перед смесительным клапаном нужно установить регулирующий кран. Этим краном необходимо отрегулировать потери давления в трубопроводе к смесительному клапану до величины потерь давления в контуре котла. Для достижения того же результата можно выполнить трубопровод к смесительному клапану меньшего диаметра. Но скорость потока в таком трубопроводе не должна превышать 1–1,5 м/с.

4.3.2. Выбор смесительного клапана для низкотемпературных отопительных контуров

Если система состоит только из одного низкотемпературного отопительного контура и одного низкотемпературного котла (или котла без ограничения температуры обратного потока), то выбор производится, как указано выше, на основе объемного расхода воды в отопительном контуре ( ).

Для водогрейного котла необходимо установить такой отопительный график, который при расчетной темпе-

ратуре наружного воздуха (tнаружн.) обеспечит температуру подачи примерно на 5°C выше максимальной температуры в подающем трубопроводе низкотемпературного отопительного контура.

Если котел должен эксплуатироваться с постоянно повышенной температурой воды около 70-75°С (например при наличии контура воздушных калориферов), то необходимо учитывать разные объемные расходы в отопительных контурах и в контуре котла.

Пример 2:

Тепловая мощность отопительного контура: = 30 кВт. Температура воды в подающем трубопроводе: tz = 50°C. Температура воды в обратном трубопроводе: tp = 42°C. Расход воды в отопительном контуре:

Расход воды в контуре котла:

м3/час

Расход воды в байпасе:

м3/час

59

4. Смесительные клапаны систем отопления и приводы смесительных клапанов

Такой расход будет в байпасе с регулирующим краном, установленном над смесительным клапаном. Регулирующий кран необходимо установить в такое положение, чтобы при полностью открытом смесительном клапане и температуре котловой воды 70°С, температура воды в отопительном контуре составляла 50°С.

Если смесительный клапан подобран только по расходу воды в отопительном контуре (схема без байпаса), то максимальное открытие клапана составит только 50-60%. Изменение диапазона настройки привода смесительного клапана может привести к нестабильному режиму регулирования.

При потерях давления на участках с нестабильным расходом, например 0,008 бар:

м3/час

По диаграмме выбираем специальный трехходовой смесительный клапан R ”; KVS = 7,0 при ∆pO = 1 бар

м/с

Действительное значение avt

Отклонение от требуемого значения avt невелико.

Если мы повторим те же расчеты для смесительного клапана DN 15 (R ”), то убедимся, что он слишком мал, и выбор клапана R ” является правильным.

4.3.3. Система такая же как в разделе 4.3.1

При использовании котла проточного типа с большим гидравлическим сопротивлением мероприятия должны быть другими. При большом расстоянии между котлом и распределительными коллекторами общие потери давления в контуре котла при переменном расходе могут достичь значения 0,2 бар.

Тогда:

бар

м3/час

60

4. Смесительные клапаны систем отопления и приводы смесительных клапанов

Существует три типа систем напольного отопления:

1.Напольное отопление, предназначенное только для выравнивания поля температур у пола помещения (дополнительное отопление); оно покрывает незначительную часть потребности в тепле. Основная часть отопительной нагрузки покрывается радиаторами или конвекторами.

2.Напольное отопление, покрывающее большую часть потребности в тепле; дополнительные радиаторы покрывают только пиковую нагрузку.

3.Напольное отопление, которое является единственной системой отопления (общее отопление).

Все три типа систем должны эксплуатироваться при низких температурах теплоносителя.

Существует три способа регулирования систем напольного отопления:

–регулирование по постоянной температуре подающего теплоносителя (напольное отопление);

–регулирование по температуре наружного воздуха;

–регулирование по температуре помещения.

4.4.1. Регулирование по постоянной температуре подающего теплоносителя

Такой вид регулирования применяется только для выравнивания поля температур у пола помещения. Одноразовая настройка на постоянную температуру подающего теплоносителя (например 30°С) обеспечивает постоянную мощность системы напольного отопления независимо от потребности в тепле. Фактически это просто подогрев пола, например, в ванных комнатах, а не компенсация основных теплопотерь помещения.

4.4.2. Регулирование по температуре наружного воздуха

Эта система регулирования используется для общего и дополнительного напольного отопления. Постоянная температура в помещении поддерживается независимо от температуры наружного воздуха. Резкие изменения наружной температуры компенсируются тепловой инерционностью пола. Поскольку во время ночного понижения температуры инерционность системы является недостатком, то для ее устранения необходимо сдвинуть временную настройку (суточную программу). Настройка сдвигается назад от 2 до 5 часов в зависимости от инерционности системы. То же происходит при включении отопления утром. Регулирование по температуре наружного воздуха можно использовать при общем напольном отоплении или напольном отоплении, совмещенном с радиаторным, покрывающим пиковую нагрузку.

4.4.3. Регулирование по температуре помещения

Этот вид регулирования не рекомендуется применять для систем напольного отопления в связи с тем, что система с большой теплоаккумулирующей способностью плохо поддается регулированию. После понижения температуры ночью возникает большая разница между реальной температурой помещения и требуемой. Это означает, что датчик температуры помещения “требует” слишком много тепла. Когда же достигнута необходимая температура помещения, строительные конструкции пола, саккумулировавшие слишком много энергии, перегревают помещение. В экстремальных случаях это приводит к срабатыванию ограничителя максимальной температуры воды в подающей магистрали. Конечно, регулятор по температуре помещения учитывает теплопоступления, например от людей или от солнечной радиации, но в связи с большой инерционностью системы результат ощущается значительно позже, чем требуется.

62

4. Смесительные клапаны систем отопления и приводы смесительных клапанов

Системы напольного отопления должны управляться зональными регуляторами конкретного отопительного контура. Конечно, принцип регулирования по температуре наружного воздуха должен сохраняться. Изменение наружной температуры приведет к изменению температуры пола через 2-3 часа. В этот промежуток времени может ощущаться избыток или дефицит тепла, который будет компенсироваться очень медленно.

Итак, для систем напольного отопления 2-го и 3-го типа необходимо регулирование по температуре наружного воздуха. Для системы напольного отопления 1-го типа достаточно регулирования по температуре подачи, запрограммированного, например, на постоянную температуру 30°С.

Каким образом можно достичь требуемой для напольного отопления низкой температуры подающего теплоносителя, если котел эксплуатируется с повышенной температурой котловой воды, например 60°С?

Требуемая низкая температура воды в подающей линии достигается с помощью смесительного клапана — он смешивает горячую котловую воду с охлажденным обратным теплоносителем. Для этой цели может применяться трехили четырехходовой смесительный клапан. При проектировании котельных, работающих только на систему напольного отопления, необходимо учитывать слишком низкую температуру обратного потока. В этом случае трехходовой смесительный клапан можно применять только для конденсационных котлов. Для остальных типов котлов нужно использовать четырехходовой смесительный клапан, причем устанавливать его следует непосредственно у котла (рис. 4.3).

A – Воздухоотводчик

B – Манометр

C – Предохранительный клапан

D – Циркуляционный насос отопительного контура

E – Пружинный обратный клапан

F – Ограничитель максимальной температуры

G – Контур напольного отопления

H – Четырехходовой смесительный клапан

K – Слив

L – Расширительный сосуд

M – Кран с крышкой

Рис. 4.3. Котел с четырехходовым смесительным клапаном

Установка четырехходового смесительного клапана приводит к образованию двух контуров: котлового и отопительного. В контуре котла к холодной воде обратного потока подмешивается горячая котловая вода, количество которой зависит от настройки поворотного механизма клапана (рис. 4.4). Поэтому в системах напольного отопления, присоединенных непосредственно к котлу, необходимо устанавливать именно четырехходовой смесительный клапан.

63

4. Смесительные клапаны систем отопления и приводы смесительных клапанов

HR – Обратный теплоноситель из системы отопления

HV – Подающий теплоноситель в систему отопления

KR – Обратный теплоноситель к котлу (с повышенной

температурой)

KV – Подающий теплоноситель от котла

A – Поворотный механизм смесительного клапана

Рис. 4.4. Схема смешения в четырехходовом смесительном клапане

В котлах с рабочими температурами до 80°С необходимо предварительно настроить смесительный клапан между положениями “5” и “6”. При подборе смесительного клапана ошибочно обращают внимание только на характеристику регулирования температуры подающего теплоносителя и не обращают внимания на температуру обратного потока, в результате чего и не происходит требуемое повышение температуры обратной воды.

Поэтому применять систему “четырехходовой смесительный клапан с байпасом” (рис. 4.5) не рекомендуется.

G – Кран с крышкой

Рис. 4.5. Котел с четырехходовым смесительным клапаном и байпасом

При такой системе лучше используется регулировочная кривая смесительного клапана, но отсутствует защита котла от низкой температуры обратной воды.

64

4. Смесительные клапаны систем отопления и приводы смесительных клапанов

Смесительный клапан подбирается по ∆tK котла, а байпас — по ∆tO отопительного контура. Эксперименты показали, что, при равенстве размеров смесительного клапана и диаметра трубопроводов системы отопления, четырехходовой смесительный клапан открывается максимально до позиции “4”. При этом в отопительном контуре достигаются параметры 50/40°С, а температура обратного теплоносителя составляет около 60°С при температуре котловой воды 80°С.

Даже незначительное открытие байпаса вызовет падение температуры обратного потока ниже 50°С.

Внимание! При использовании специального четырехходового смесительного клапана рекомендуется установить байпас с краном для выравнивания давления между котлом и системой отопления (рис. 4.6).

A – Специальный четырехходовой смесительный клапан

B– Циркуляционный насос отопительного

контура

C– Пружинный обратный клапан

D– Ограничитель максимальной температуры

E– Контур напольного отопления

F– Байпас с краном

G– Кран с крышкой

Рис. 4.6. Котел со специальным четырехходовым смесительным клапаном и байпасом для выравнивания давления

4.5. Ограничитель максимальной температуры

Ограничитель максимальной температуры защищает систему от местных перегревов. Его срабатывание приводит к прекращению подачи электроэнергии к циркуляционному насосу и, соответственно, к его отключению. Пружинный обратный клапан предотвращает при этом естественную циркуляцию.

В отличие от четырехходового смесительного клапана, трехходовой можно применять с байпасом. При правильном подборе байпасной линии смесительный клапан может работать во всем своем диапазоне регулирования от “1” до “10” (рис. 4.7).

Для низкотемпературных котлов с/без нижнего ограничения температуры смесительный клапан подбирается, как правило, соответственно диаметру трубопроводов системы отопления. Нужно учитывать, что при одном контуре напольного отопления температура подающей воды системы отопления практически такая же, как температура котловой воды, и байпас необязателен. В этом случае смесительный клапан работает во всем диапазоне регулирования. Система выполняется согласно рис. 4.3.

65

4. Смесительные клапаны систем отопления и приводы смесительных клапанов

A – Трехходовой смесительный клапан

B – Циркуляционный насос отопительного контура

C – Пружинный обратный клапан

D – Контур напольного отопления

E – Байпас с краном

F – Обратный коллектор

G – Подающий коллектор

Рис. 4.7. Система напольного отопления с трехходовым смесительным клапаном и байпасом

Подбор трехходового смесительного клапана производится по диаграмме (рис. 4.2) для разности температур котловой воды и обратного теплоносителя системы отопления.

4.6. Примеры расчетов

Расход воды в контуре котла определяется по уравнению:

– массовый расход воды в контуре котла, кг/час;

– тепловая мощность отопительного контура, кВт;

c– удельная теплоемкость теплоносителя, в большинстве случаев – воды, с = 1,163·10-3 кВт·час/кг·°C;

∆tK – разность температур котловой воды и обратного теплоносителя системы отопления (разность температур контура котла).

Пример: Подобрать диаметр трехходового смесительного клапана Исходные данные:

= 24 кВт

Температура котловой воды tK = 60°C

Температура прямой воды системы напольного отопления tz = 50°C. Температура обратной воды системы напольного отопления tp = 42°C.

кг/час ≈ 1,15 м3/час

66