4. Визначення втрат тиску на ділянках системи опалення

Сукупність послідовно з'єднаних ділянок системи опалення від джерела теплоти до опалювальних приладів і назад утворюють циркуляційні кільця, якими здійснюється рух теплоносія. У двотрубних системах опалення кількість циркуляційних кілець дорівнює кількості опалювальних приладів, а в однотрубних - кількості приладових віток (стояків).

Для забезпечення циркуляції теплоносія в системі опалення з метою транспортування теплової енергії слід забезпечити необхідний перепад тиску між подавальним та зворотнім трубопроводами. У сучасних системах водяного опалення перепад тисків, як правило, створюється за рахунок роботи циркуляційного насосу. Підбір насосу виконується з урахуванням природного гравітаційного перепаду тиску, який виникає при нагріванні теплоносія у теплогенераторі (котлі) та охолодженні його в опалювальних приладах, що рознесені по висоті системи опалення.

Метою даного етапу гідравлічного розрахунку системи опалення є визначення необхідного перепаду тисків на ділянках та в системі опалення в цілому для забезпечення циркуляції теплоносія через опалювальні прилади, в кількості необхідній для транспортування та передачі в приміщення розрахункової кількості теплової енергії.

Необхідний для циркуляції теплоносія перепад тисків витрачається на подолання гідравлічних опорів у системі опалення, і за величиною дорівнює їм, зазвичай, з запасом 10%. Тому задача полягає у визначенні втрат тиску на ділянках і в системі опалення в цілому. Втрати тиску в системі опалення визначаються як сума втрат тиску на ділянках, що утворюють головне циркуляційне кільце.

У загальному випадку розрахункова ділянка – це трубопровід постійного діаметра, на якому може бути встановлена запірна і регулювальна арматура та інше устаткування системи опалення, які є місцевими гідравлічними опорами.

Таким чином, втрати тиску на ділянці системи доцільно представляти як суму двох складових: втрати тиску на гідравлічне тертя при транспортуванні теплоносія в трубі і втрати тиску в місцевих опорах:

(4.1)

де - довжина ділянки, м;

- питома втрата тиску на тертя, Па/м;

- динамічний тиск, Па;

- сума коефіцієнтів місцевих опорів.

Значення для сталевих, мідних і полімерних труб слід визначати по довідковим додаткам виробників. Для сталевих і металополімерних труб значення приведені в додатку А. Значення , приведені в додатку Б. Значення , Па, приведені в додатку В.

Місцевий опір, що знаходиться між суміжними розрахунковими ділянками (трійник, хрестовина), відносять до ділянки з меншою витратою води.

Гідравлічний опір системи опалення визначається як сума величин втрат тиску на ділянках, з яких складається головне циркуляційне кільце системи.

(4.2)

5. Гідравлічна ув’язка циркуляційних кілець

Загальна кількість теплоносія системи опалення розподіляється циркуляційними кільцями таким чином, що втрати тиску на переміщення теплоносія у відповідних кільцях є рівними між собою в точках сполучення кілець. Розподіл витрат теплоносія циркуляційними кільцями системи опалення здійснюється прямо пропорційно квадратному кореню наявних перепадів тиску у місцях відгалуження кілець від головного циркуляційного кільця і зворотно пропорційно до квадратного кореню характеристик гідравлічних опорів в цих кільцях. Тому для забезпечення розподілу теплоносія відповідно до теплових навантажень циркуляційних кілець системи опалення необхідно виконати гідравлічне ув'язування, а саме, забезпечення однакових втрат тиску у кільцях при розрахункових витратах теплоносія, обумовлених поточним розрахунковим тепловим навантаженням кільця. Таким чином, гідравлічне балансування циркуляційних кілець в системі опалення зводиться до визначення різниці втрат тиску між циркуляційними кільцями при розрахункових витратах теплоносія в них та підбору гідравлічної балансувальної арматури з гідравлічним опором, який дорівнює цій різниці.

Фізично гідравлічне балансування циркуляційних кілець (приладових ділянок) зводиться до визначення ступеню попереднього гідравлічного налаштування вентиля або автоматичного клапана при якому втрати тиску в розглянутій приладовій вітці будуть дорівнювати сумарним втратами тиску на паралельних ділянках головного циркуляційного кільця.

Для вирівнювання гідравлічних втрат у кільцях системи опалення використовується балансувальна арматури ручного або автоматичного регулювання:

– ручні регулювальні балансувальні вентилі Штрьомакс (ГЕРЦ Арматурен);

– автоматичний балансувальний клапан - регулятор перепаду тиску типоряду 4007 (ГЕРЦ Арматурен).

а	б

Рис. 5.1. Ручний балансувальний вентиль: а - Штрьомакс 4017 з вимірювальною діафрагмою і вимірювальними клапанами; б – позначення на схемах системі опалення

а	б

Рис. 5.2. Обладнання для автоматичного балансування: а – балансувальний вентиль Штрьомакс GR 4217 і автоматичний регулятор перепаду тиску Герц 4007; б – позначення на схемах системи опалення

Практичний досвід і результати гідравлічних випробувань, проведених виробниками балансувальної арматури, дозволяють зробити висновки про те, що з метою одержання максимального ефекту гідравлічного регулювання і забезпечення ефективної роботи радіаторних термостатів (радіаторний термостатичний клапан, обладнаний термостатичною головкою - РТК) балансувальна арматури повинна розміщатися як найближче до опалювальних приладів.

Дослідження також показали, що при установці РТК або при постійному ручному регулюванні теплового потоку радіаторів система опалення більшу частину опалювального періоду працює в динамічному режимі. При використанні ручних балансувальних вентилів у двотрубних системах відбувається перерозподіл теплоносія опалювального приладу на сусідні опалювальні прилади приладової вітки. Це приводить до зниження енергетичної ефективності використання РТК.

В однотрубних системах при перекритті клапана на одному з опалювальних приладів приладової вітки (стояка) спостерігається зниження загальної витрати теплоносія в стояку і на всіх опалювальних приладах, що може привести як до зниження так і до підвищення температури в опалюваних приміщеннях.

У сучасних системах опалення, що обладнані згідно з ДБН В.2.5-67:2013 радіаторними термостатичними клапанами на підводках опалювальних приладів, для гідравлічного балансування приладових ділянок при нестаціонарних теплогідравлічних режимах їхньої роботи доцільніше застосовувати автоматичні регулятори перепаду тиску (для двотрубних систем) та автоматичні регулятори витрати (для однотрубних систем). Улаштування автоматичної арматури дозволить забезпечити гідравлічну незалежність приладових віток (стояків) між собою і відносно всієї системи опалення в цілому, а також підвищити авторитет РТК.

Для гідравлічної збалансованості опалювальних приладів приладової ділянки слід щоб втрати тисків на радіаторних паралельних ділянках були рівними між собою.

Для забезпечення гідравлічної рівноваги при розрахункових витратах теплоносія опалювальних приладів слід в найбільш навантаженому опалювальному приладі арматуру приєднання мати максимально відкритою, а попереднє налаштування РТК таким, що забезпечує мінімально допустиме значення його авторитету (>20%). Це дозволить підвищити ефективність (варіантність) налаштування арматури приєднання та РТК паралельного опалювального приладу, при яких різниця між втратами тиску на паралельних ділянках буде найменшою (<10%).

Для гідравлічного балансування приладових ділянок різних квартир на поверсі слід аналогічно забезпечити однакові втрати тисків в паралельних приладових ділянках.

Якщо при гідравлічній ув’язці опалювальних приладів між собою роль балансувальної арматури виконували арматура приєднання та РТК, то при ув’язці поквартирних приладових ділянок для статичного балансування влаштовуються балансувальні вентилі (наприклад Герц Штрьомакс 4117R). При значній кількості опалювальних приладів у всіх поквартирних приладових ділянках на поверхах (8-10 і більше) доцільно влаштовувати динамічне балансування із встановленням регуляторів перепаду тиску на кожній приладовій ділянці. Аналогічно як і при ув’язці приладів, на найбільш навантаженій приладовій ділянці (через яку проходить головне циркуляційне кільце) балансувальна арматура встановлюється в максимально можливому відкритому положенні, для підвищення ефективності передналаштування ручних балансувальних вентилів та регуляторів перепаду тиску.

Аналогічним шляхом виконуються гідравлічні ув’язки всіх паралельних ділянок в системах опалення, в тому числі приладових гілках, що розташовані на різних поверхах, приладових стояків ліфтового та сходового холів та інш.