Регулирование теплопотребления зданий - реальная экономия тепла. О возможности практической реализации регулирования теплопотребления зданий методом периодического прерывания потока теплоносителя

Эффективность современного отопления обеспечивают управляемость системы и теплогенератора, погодозависимое регулирование, возможность программировать температурные режимы и поддерживать их раздельно для разных помещений, дистанционное управление, согласованная работа источников тепла.

Подписаться на статьи можно на

Сегодня владельцами индивидуальных домов предъявляются все более высокие требова-ния к экономичности систем отопления, их способности обеспечить комфортную тем-пературу в помещениях, удобству в пользовании. В статье сформулированы и раскрыты базовые принципы создания эффективного отопления с использованием оборудования, предлагаемого современным рынком.

Эффективность работы современного отопления обеспечивают: управляемость системы и теплогенерирующей установки, погодозависимое регулирование, возможность программировать изменение температурных режимов (термостатирование), реализовывать их независимо для разных помещений, дистанционное управление, минимизация тепловой инерционности системы. Требуется также согласованная работа различных источников тепла, контуров высоко- и низкотемпературного отопления, ГВС.

Рассмотрим отмеченные особенности и некоторые способы их реализации более подробно.

Управляемость системы - базовое условие энергоэффективного отопления. Необходима возможность регулирования температуры теплоносителя в зависимости от запроса на нагрев.

В самом простом случае используется термостат с датчиком температуры теплоносителя в подающей или обратной магистрали котла. Управление производится посредством включения и отключения котла по соотношению заданной и текущей температуры.

Шаг к усовершенствованию системы - установка программируемого термостата , который позволяет управлять температурой теплоносителя не только в заданных пределах, но и по часам суток и дням недели (рис. 1).

Рис. 1. Электронный термостат с возможностью задания режимов отопления на неделю

Применение комнатных термостатов , осуществляющих регулирование по температуре воздуха, и термостатических радиаторных клапанов эффективно в том случае, если необходимо управлять обогревом отдельных помещений посредством включения и отключения отдельного отопительного прибора или зависимого контура, например, обогре-вающего одну комнату.

Для обеспечения безопасности системы в подающей магистрали котла необходим термостат , настроенный на максимально допустимую температуру.

Управляемость теплогенератора - условие обеспечения автоматического регулирования подачи тепла в систему отопления в зависимости от потребности в нем.

Реализуются следующие способы регулирования мощности котлов: двухпозиционное (включен-выключен), ступенчатое, плавное (модуляционное) и ступенчато-прогрессивное (комбинация ступенчатого и плавного регулирования).

Модуляция мощности в общем случае позволяет повысить КПД установки и минимизировать колебательные процессы в работе системы, что важно, например, при регулировании температуры в отдельных контурах посредством смесительных клапанов с электроприводом.

Погодозависимое регулирование заключается в адаптации текущих параметров (мощности, температуры теплоносителя) отопительной системы или ее отдельных контуров к погодным условиям. Как правило, в качестве внешних воздействий используется внешняя (уличная) температура и температура воздуха в помещении. В ряде случаев к ним добавляются влажность и атмосферное давление.

Основные преимущества решения - повышение комфортности отопления, эффективности использования мощности установки и экономия энергии.

Управляющим устройством служит контроллер с функцией погодной компенсации. Регулирование осуществляется по задаваемой зависимости температуры теплоносителя от температуры уличного воздуха, называемой кривой отопления (рис. 2).

Рис. 2. Пример семейства кривых отопления:

по оси абсцисс отложена наружная температура, по оси ординат - температура теплоносителя

Крутизна наклона кривой и ее смещение вдоль оси ординат определяются параметрами системы отопления (соотношением мощностей котла и радиаторов отопления, тепловым сопротивлением стен здания, наличием дополнительных внешних источников тепла и т.п.) и, как правило, находятся экспериментальным путем, посредством многочисленных наблюдений и анализа накопленного опыта. Чем точнее будет задана кривая отопления, тем выше будет эффективность работы системы и экономия энергии. В ряде погодозависимых контроллеров , в частности, E8 германской фирмы Kromschroder (рис. 3), предусмотрена возможность автоматической подстройки параметров кривой отопления, если режим обогрева длительное время остается постоянным.

Рис. 3. Контроллер серии E8 фирмы Kromschroder

Важная особенность некоторых контроллеров с функцией погодной компенсации - наличие канала пропорционально-интегрального (ПИ) регулирования температуры теплоносителя по температуре внутреннего воздуха помещения. Благодаря электронным датчи-кам температуры этот процесс может быть реализован с высокой точностью. В контрол-лерах E8 точность поддержания температуры с учетом погрешности измерения составляет +/-0,3 С.

От точности измерения и задания уставок температуры и параметров регулирования зависит ряд рабочих и эксплуатационных характеристик системы отопления, в том числе - экономичность.

Наиболее удобно задавать параметры регулирования коэффициентом усиления в обратной связи контура (как реализовано в модели E8). Так, при отклонении температуры помещения от заданной уставки в температуру теплоносителя соответствующего отопительного контура дополнительно вносится коррекция. В результате для контуров, обслуживающих сильно охлажденные помещения, температура теплоносителя будет приближаться к максимально возможной (режим форсировки). По мере прогрева помещений температура теплоносителя будет пропорционально снижаться вплоть до значения, определяемого кривой отопления.

Учет постоянной времени регулирования производится посредством задания параметра инерционности нагрева помещения, измеряемого в часах.

Рассмотренный способ регулирования температуры помещений эффективен при совместном использовании, например, электрического и печного отопления. При повышении температуры помещения за счет теплоотдачи печи температура теплоносителя в соответствующем контуре снижается (вплоть до его отключения). Тем самым отпадает необходимость управления системой вручную.

Программируемое термостатирование помещений заключается в изменении уставки температуры отапливаемых контуром помещений согласно заданной программе. Реализация такого способа управления позволяет устанавливать температуру помещений в соответствии с потребностями в нагреве в текущий момент времени, что дает возможность существенно снижать затраты энергии на отопление.

Возможность задавать несколько программ, быстро изменять график отопления без перенастройки уставок температуры и временных значений может быть использована, например, если в зависимости от условий применения системы, погоды, самочувствия людей и т.п. требуются разные режимы обогрева помещений.

Большинство представленных на рынке погодозависимых контроллеров (производители - Kromschroder, Honeywell, Fantini Cosmi и др.) это обеспечивают.

Организация раздельных независимых температурных режимов отопления помещений - следующий шаг в достижении комфорта и экономии энергии, затрачиваемой на отопление. Суть решения состоит в том, что отопление отдельных помещений, их групп или строений производится собственной подсистемой (контуром). Особенно это актуально, если обслуживаемые помещения обладают различной периодичностью использования, конфигурацией, массой и теплоемкостью ограждающих конструкций.

Раздельное отопление осуществляется за счет устройства многоконтурной системы с одним котлом или каскадом теплогенераторов. На рис. 4 представлен пример упрощенной функциональной схемы системы отопления с независимым контуром и регулированием по температуре наружного воздуха.

Рис. 4. Упрощенная функциональная схема погодозависимой системы отопления с неза-висимым и зависимым контурами: ТГ - теплогенератор; Нк - циркуляционный насос кол-лектора; Рк - потребители тепла, подключенные в цепь коллектора; СМ2, Н2 - соответст-венно трехходовой смесительный клапан с электрическим приводом и циркуляционный насос независимого контура; Р1 - потребители тепла зависимого контура, подключенного в точках а, б; Р2 - потребители тепла независимого контура; Дк - датчик температуры те-плоносителя на выходе теплогенератора; Ду - датчик уличной температуры; Д1, Дп1 - дат-чики температуры теплоносителя на входе независимого контура и температуры помеще-ния соответственно; РК - разделительный клапан с электрическим приводом; К - управ-ляющий погодозависимый контроллер; красными линиями условно показано электриче-ское подключение элементов системы к контроллеру

Система работает следующим образом. Циркуляция теплоносителя через коллектор и зависимый контур обеспечивается насосом Нк; через независимый - насосом Н2. В цепи теплогенератора (коллекторе) потоки теплоносителя из обоих контуров складываются. По данным датчиков температуры на улице Ду и в помещениях Дп2 и Дп1 управляющим контроллером К рассчитывается значение температуры теплоносителя в коллекторном контуре. Как правило, оно соответствует максимальному из запрашиваемых каждым потребителем с учетом потерь на доставку теплоносителя. Температура теплоносителя на выходе котла непрерывно контролируется датчиком Дк, с учетом показаний которого производится управление мощностью теплогенератора (или каскада).

Температура теплоносителя на входе независимого контура также рассчитывается с учетом температуры на улице и в отапливаемом помещении и контролируется датчиком Д2. Согласно показаний последнего и расчетной температуры теплоносителя на входе контура производится управление смесительным клапаном СМ2 посредством электропривода. При большой разнице расчетной и фактической температур теплоносителя на входе независимого контура прямая ветвь клапана полностью открыта и имеет место параллельная циркуляция жидкости через коллекторный и независимый контура, включая теплогенератор. По мере прогрева теплоносителя в независимом контуре прямая ветвь смеси-тельного клапана начинает закрываться совместно с открытием входа, подключенного к обратной магистрали, охлажденный теплоноситель из которой частично подмешивается к поступающему на вход контура. Вне зависимости от степени открытия смесительного клапана циркуляция через контур, сопряженный с последним, остается постоянной. Такое решение обладает существенным преимуществом по сравнению с классической одно- или двухтрубной системой отопления с параллельными контурами. При полном закрытии прямой ветви циркуляция в отопительных контурах производится раздельно; расход тепла определяется только потребителями, включенными в зависимый контур Рк, и при достижении требуемых расчетных температур помещения теплогенератор отключается, циркуляционные насосы останавливаются. В независимом контуре производится эффективное расходование накопленной тепловой энергии.

Исполнительные элементы рассмотренной системы отопления - циркуляционные насосы, смесительные, байпасные, зональные и другие клапаны и приводы к ним - широко представлены на отечественном рынке. Примеры этих устройств даны на рис. 5.

Рис. 5. Примеры исполнительных устройств для систем отопления небольшой мощности: а - привод с трехточечным управлением для поворотного смесительного клапана (ESBE, Швеция); в - трехходовой штоковый разделительный клапан (Heimeir, Германия); г - тер-моэлектрический привод штокового клапана (Honeywell, Германия); д - циркуляционный насос (Grundfos, Дания)

Такой контроллер как E8.5064 («топовая» модель упомянутой выше серии E8) способен одновременно управлять двухступенчатым котлом, двумя независимыми отопительными контурами со смесительными клапанами и насосами, контуром ГВС, твердотопливным теплогенератром и солнечным коллектором. При этом измеряется и поддерживается температура в двух раздельных помещениях. При использовании модулей расширения, управляемых по цифровой шине, число независимых отопительных контуров может быть увеличено до 16, а число котлов или ступеней их мощности - до восьми.

При необходимости в системе отопления должны быть также учтены требования эффективного расхода энергии при совместной работе различных источников (например, электрический и твердотопливный котлы, тепловой насос, гелиоустановка) и потребителей (радиаторы, «теплый пол», система ГВС) тепловой энергии.

В современных котроллерах отопления это предусмотрено в качестве штатной функции или за счет использования дополнительных модулей расширения.

Возможность дистанционного управления системой отопления позволяет достичь дополнительного комфорта в случае, если обслуживаемое помещение посещается нерегулярно. Рассматриваемая функция реализуется, если у контроллера системы отопления предусмотрена возможность изменения режима работы посредством внешней шины, которая также часто используется для конфигурирования и ввода рабочих параметров устройства через персональный компьютер. В контроллерах различных производителей это реализовано по-разному. Например, в регуляторе EV87 фирмы Fantini Cosmi (Италия) возможность двустороннего обмена данными обеспечивается с помощью интерфейса RS-232 и открытого протокола обмена данными, поддерживаемого GSM-модемом; управление производится посредством SMS-команд.

Ряд современных контроллеров поддерживает удаленный мониторинг состояния отапливаемого объекта и системы отопления. Это используется для отслеживания внештатных ситуаций в работе системы, регистрации выхода температур за пределы установленных значений, накопления статистик для точной настройки параметров регулирования, проведения планового техобслуживания.

Минимальная тепловая инерционность системы позволяет достичь технических и экономических преимуществ.

Рассматриваемый параметр влияет на скорость протекания переходных процессов (нагрева и охлаждения теплоносителя) в котле и отопительных приборах. При высокой инерционности в системе отопления имеют место такие негативные эффекты как перерегулирование, колебательный характер и высокая длительность переходных процессов. Помимо дополнительных затрат энергии, возникающих вследствие неэффективного управления, указанные процессы сокращают ресурс отопительного оборудования.

Снизить инерционность системы можно за счет оптимизации ее конструкции на основании предварительно проведенных теплового и гидравлического расчетов, уменьшения объема теплоносителя и металлоемкости - за счет выбора оптимальных сечений гид-равлических магистралей и установки теплоотдающих приборов с минимальной емко-стью.

Журнал "Аква-Терм" №6(58)

B Системe KAN-therm Tacker (мокрый метод), трубы крепятся к пенополистиролу KAN-therm с пленкой, специальными шпильками при помощи оснастки для монтажа шпилек (анг. tacker). Новинки - пенополистирольные плиты толщиной 50 мм, а также обоймы шпилек, сваренных между собой, значительно облегчающих работу с помощью оснастки для монтажа шпилек и сокращающих время монтажа системы.

Система отопления и водоснабжения KAN-therm

Система KAN-therm предназначена для внутреннего оборудования холодного и горячего водоснабжения, а также центрального и подпольного отопления из труб LPE, PE-Xc, PE-Xc/AL/PE-Xc.

Регулирование теплопотребления зданий - реальная экономия тепла

1. От чего зависит потребление энергии?

Потребление энергии, прежде всего, обусловлено потерями зданием тепла и направлено на их компенсацию, чтобы поддержать желаемый уровень комфорта.

Теплопотери зависят:
от климатических условий окружающей среды;

от конструкции здания и от материалов, из которых они изготовлены;

от условий комфортной среды.

Часть потерь компенсируется внутренними источниками энергии (в жилых зданиях это работа кухни, бытовых приборов, освещения). Остальная часть потерь энергии покрывается системой отопления. Какие потенциальные действия можно предпринять по уменьшению потребления энергии?

ограничение потерь тепла путем снижения теплопроводности ограждающих конструкций здания (герметизация окон, утепление стен, крыш);
поддержание подходящей постоянной, комфортной температуры в помещении только тогда, когда там находятся люди;
снижение температуры в ночное время или в период, когда в помещении нет людей;
улучшение использования «свободной энергии» или внутренних источников тепла.

2. Что такое благоприятная комнатная температура?

По оценкам специалистов, ощущение «удобной температуры» связано с возможностью тела избавиться от энергии, производимой им.

При нормальной влажности ощущение «удобной теплоты» соответствует температуре около +20°С. Это среднее между температурой воздуха и температурой внутренней поверхности окружающих стен. В плохо изолированном здании, стены которого на внутренней поверхности имеют температуру +16°С, воздух должен быть нагрет до температуры +24°С, чтобы получить благоприятную температуру в комнате.

Ткомф = (16 + 24) / 2 = 20°C

3. Системы отопления подразделяются на:

Закрытые, когда теплоноситель проходит в здании только через приборы отопления и используется только на нужды нагрева; открытые, когда теплоноситель используется для отопления и для нужд горячего водоснабжения. Как правило, в закрытых системах отбор теплоносителя на какие-либо нужды запрещен.

4. Система радиаторов

Системы радиаторов бывают однотрубные, двухтрубные и трехтрубные. Однотрубные - используются, в основном, в бывших республиках СССР и в Восточной Европе. Разработаны для упрощения системы труб. Существует великое множество однотрубных систем (с верхней и нижней разводкой), с перемычками или без них. Двухтрубные - уже появились в России, а ранее имели распространение в странах Западной Европы. Система имеет одну подающую и одну отводящую трубу, а каждый радиатор снабжается теплоносителем с одинаковой температурой. Двухтрубные системы легко регулировать.

5. Качественное регулирование

Существующие в России системы теплоснабжения проектируются на постоянный расход (так называемое качественное регулирование). Отопление базируется на системе с зависимым присоединением к магистралям с постоянным расходом и гидроэлеватором, который уменьшает статическое давление и температуру в трубопроводе к радиаторам путем смешения обратной воды (в 1,8 - 2,2 раза) с первичным потоком в подающем трубопроводе.
Недостатки:
невозможность учета реальной потребности в тепле конкретного здания в условиях колебания давления (или перепада давления между подачей и обраткой);
управление по температуре идет из одного источника (тепловая станция), что приводит к перекосам при распределении тепла во всей системе;
большая инерционность систем при центральном регулировании температуры в подающем трубопроводе;
в условиях нестабильности давления в поквартальной сети гидроэлеватор не обеспечивает надежную циркуляцию теплоносителя в системе отопления.

6. Модернизация систем отопления

Модернизация систем отопления включает в себя следующие мероприятия:
Автоматическое регулирование температуры теплоносителя на вводе в здание, в зависимости от температуры наружного воздуха с обеспечением насосной циркуляции теплоносителя в системе отопления.
Учет количества потребленного тепла.
Индивидуальное автоматическое регулирование теплоотдачи отопительных приборов путем установки на них термостатических вентилей.

Рассмотрим подробно первый пункт мероприятий.

Автоматическое регулирование температуры теплоносителя реализуется в автоматизированном узле управления. Принципиальная схема одного из возможных вариантов построения узла представлена на рисунке 1. Существует достаточно много разновидностей схем построения узла. Это обусловлено конкретными конструкциями здания, системы отопления, различными условиями эксплуатации.

В отличие от элеваторных узлов, устанавливаемых на каждой секции здания, автоматизированный узел целесообразно устанавливать один на здание. С целью минимизации капитальных затрат и удобства размещения узла в здании, максимальная рекомендуемая нагрузка на автоматизированный узел не должна превышать 1,2 - 1,5 Гкал/час . При большей нагрузке рекомендуется устанавливать сдвоенные, симметричные или несимметричные по нагрузке узлы.

Принципиально, автоматизированный узел состоит из трех частей: сетевой, циркуляционной и электронной.
Сетевая часть узла включает в себя клапан регулятора расхода теплоносителя, клапан регулятора перепада давления с пружинным регулирующим элементом (устанавливается по необходимости) и фильтры.
Циркуляционная часть состоит из циркуляционного насоса и обратного клапана (если клапан необходим).
Электронная часть узла включает регулятор температур (погодный компенсатор), обеспечивающий поддержание температурного графика в системе отопления здания, датчик температуры наружного воздуха, датчики температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах и редукторный электропривод клапана регулирования расхода теплоносителя.

Контроллеры отопления были разработаны в конце 40-х годов XX века и, с тех пор, принципиально отличается лишь их исполнение (от гидравлических, с механическими часами, до полностью электронных микропроцессорных устройств).

Основная идея, заложенная в автоматизированный узел - поддержание отопительного графика температуры теплоносителя, на который рассчитана система отопления здания, независимо от температуры наружного воздуха. Поддержание температурного графика наряду с устойчивой циркуляцией теплоносителя в системе отопления осуществляется путем подмеса необходимого количества холодного теплоносителя из обратного трубопровода в подающий с помощью клапана с одновременным контролем температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах внутреннего контура системы отопления.

Совместная деятельность сотрудников ЗАО «ПромCервис» и ПКО «Прамер» (г. Самара) в области разработки контроллеров отопления привела к созданию прототипа специализированного контроллера , на базе которого в 2002 году был создан узел регулирования теплоснабжения административного здания ЗАО «ПромСервис» для отработки алгоритмической, программной и аппаратной частей управляющего системой контроллера.

Контроллер представляет собой микропроцессорный прибор, способный автоматически управлять тепловыми узлами, содержащими до 4 контуров отопления и горячего водоснабжения.

Контроллер обеспечивает:

Счет времени работы прибора с момента включения (с учетом сбоя питания не более двух суток);
преобразование сигналов подключенных преобразователей температуры (термометров сопротивления или термопар) в значения температуры воздуха и теплоносителя;
ввод дискретных сигналов;
генерацию управляющих сигналов для управления частотными преобразователями;
генерацию дискретных сигналов для управления реле (0 - 36 В; 1 А);
генерацию дискретных сигналов для управления силовой автоматикой (220 В; 4 А);
отображение на встроенном индикаторе значений параметров системы, а также значений текущих и архивных значений измеренных параметров;
выбор и настройку системных параметров управления;
передачу и настройку системных параметров работы по удаленным линиям связи.

Измеряя параметры системы, контроллер обеспечивает управление тепловым режимом здания, воздействуя на электропривод регулирующего клапана (клапанов) и, если это предусмотрено системой, на циркуляционный насос.

Регулирование реализуется по заданному температурному графику отопления с учетом реальных измеренных значений температур наружного воздуха и воздуха в контрольном помещении здания. При этом система автоматически производит коррекцию выбранного графика с учетом отклонения температуры воздуха в контрольном помещении от заданного значения. Контроллер обеспечивает снижение на заданную глубину тепловой нагрузки здания в заданный промежуток времени (режим выходного дня и ночной режим). Возможность ввода аддитивных поправок к измеряемым значениям температур позволяет адаптировать режимы работы системы регулирования к каждому объекту с учетом его индивидуальных характеристик. Встроенный двустрочный индикатор обеспечивает просмотр измеренных и заданных параметров посредством простого и понятного пользовательского меню. Архивные значения параметров можно просматривать как на индикаторе, так и передавать их на компьютер по стандартному интерфейсу. Предусмотрены функции самодиагностики системы и калибровки каналов измерения.

Узел учета и регулирования теплоснабжения административного здания ЗАО «ПромСервис» спроектирован и смонтирован летом 2002 года на закрытой системе отопления с нагрузкой до 0,1 Гкал/час с однотрубной системой радиаторов. Несмотря на относительно небольшие габариты и этажность здания, система отопления содержит некоторые особенности. На выходе из теплового узла система имеет несколько петель горизонтальной разводки на этажах. При этом существует разделение системы отопления на контуры по фасадам здания. Коммерческий учет потребленного тепла обеспечивается теплосчетчиком СПТ-941К, в составе которого: термометры сопротивления типа ТСП-100П; преобразователи расхода ВЭПС-ПБ-2; тепловычислитель СПТ-941. Для визуального контроля температуры и давления теплоносителя используются комбинированные стрелочные приборы Р/Т.

Система регулирования состоит из следующих элементов:
контроллера К;
поворотного клапана с электроприводом ПКЭ;
циркуляционного насоса Н;
датчиков температуры теплоносителя в подающем Т3 и обратном Т4 трубопроводах;
датчика температуры наружного воздуха Тн;
датчика температуры воздуха в контрольном помещении Тк;
фильтра Ф.

Датчики температуры необходимы для определения реальных текущих значений температур для принятия решения контроллером об управлении клапаном ПКЭ на их основе. Насос обеспечивает устойчивую циркуляцию теплоносителя в системе отопления здания при любом положении регулирующего клапана.

Ориентируясь на теплотехнические параметры системы отопления (температурный график, давление в системе, условия работы) в качестве регулирующего элемента был выбран поворотный трехходовой клапан HFE с электроприводом АМВ162 производства фирмы «Данфосс». Клапан обеспечивает смешение двух потоков теплоносителя и работает при условиях: давление - до 6 бар, температура - до 110°С, что вполне соответствует условиям использования. Применение трехходового регулирующего клапана позволило отказаться от установки обратного клапана, традиционно устанавливаемого на перемычку в системах регулирования. В качестве циркуляционного насоса используется бессальниковый насос UPS-100 фирмы «Грундфос». Датчики температуры - стандартные термометры сопротивления ТСП. Для защиты клапана и насоса от воздействия механических примесей используется магнитно-механический фильтр ФММ. Выбор импортного оборудования обусловлен тем, что перечисленные элементы системы (клапан и насос) зарекомендовали себя как надежное и неприхотливое в эксплуатации оборудование в достаточно тяжелых условиях. Несомненным преимуществом разработанного контроллера является то, что он способен работать и электрически стыкуется как с достаточно дорогим импортным оборудованием, так и позволяет использовать широко распространенные отечественные приборы и элементы (например, недорогие, по сравнению с импортными аналогами, термометры сопротивления).

7. Некоторые результаты эксплуатации

Во-первых . За период эксплуатации узла регулирования с октября 2002 г. по март 2003 г. не зафиксировано ни одного отказа какого-либо элемента системы. Во-вторых . Температура в рабочих помещениях административного здания поддерживалась на комфортном уровне и составила 21 ± 1 °С при колебаниях температуры наружного воздуха от +7°С до -35°С. Уровень температуры в помещениях соответствовал заданной, даже при условии подачи из теплосети теплоносителя с заниженной относительно температурного графика температурой (до 15°С). Температура теплоносителя в подающем трубопроводе менялась за это время в пределах от +57°С до +80°С. В-третьих . Применение циркуляционного насоса и балансировки контуров системы позволило достичь более равномерного теплоснабжения помещений здания. В-четвертых . Система регулирования позволила при соблюдении комфортных условий в помещениях здания снизить общее количество потребленного тепла.

Если рассмотреть изменение режима теплоснабжения в течение суток и недели при активированных функциях контроллера понижения температуры теплоносителя на подаче в ночные часы и выходные дни, то получается следующее. Контроллер позволяет эксплуатирующему персоналу выбирать длительность ночного режима и его «глубину», то есть величину понижения температуры теплоносителя относительно заданного температурного графика в заданный период времени исходя из особенностей здания, графика работы персонала и т.д. Например, эмпирическим путем нам удалось подобрать следующий ночной режим. Начало в 16 часов, окончание в 02 часа.

Понижение температуры теплоносителя на 10°С. Какие же получились результаты? Снижение потребления тепла в ночной режим составляет 40 - 55% (зависит от температуры наружного воздуха). При этом температура теплоносителя в обратном трубопроводе снижается на 10 - 20 °С, а температура воздуха в помещениях - всего на 2-3°С. В первый час после окончания ночного режима начинается режим повышенного теплоснабжения «натоп», при котором потребление тепла относительно стационарного значения достигает 189%. Во второй час - 114%. С третьего часа - режим стационарный, 100%. Эффект экономии значительно зависит от температуры наружного воздуха: чем выше температура, тем сильнее выражен эффект экономии. Например, снижение теплопотребления при введении «ночного» режима при температуре наружного воздуха около -20°С составляет 12,5%. При повышении среднесуточной температуры эффект может достигать и 25%. Аналогичная, но еще более выгодная ситуация возникает при реализации режимов «выходного дня», когда задается понижение температуры теплоносителя на подаче в выходные дни. Нет необходимости поддерживать комфортную температуру во всем здании, если в нем никого нет.

Выводы

Полученный опыт эксплуатации системы регулирования показал, что экономия потребляемого тепла при регулировании теплоснабжения, даже при несоблюдении температурного графика теплоснабжающей организацией, реальна и может достигать при определенных погодных условиях до 45% в месяц.
Использование разработанного прототипа контроллера позволило упростить систему регулирования и снизить ее стоимость.
В системах отопления с нагрузкой до 0,5 Гкал/час возможно использование достаточно простой и надежной семиэлементной системы регулирования, способной обеспечить реальную экономию средств, при сохранении комфортных условий в здании.

Простота работы с контроллером и возможность задания с клавиатуры многих параметров позволяет оптимально настроить систему регулирования, исходя из реальных теплофизических характеристик здания и желаемых условий в помещениях.
Эксплуатация системы регулирования в течение 4,5 месяцев показала надежную, устойчивую работу всех элементов системы.

ЛИТЕРАТУРА
Контроллер РАНК-Э. Паспорт.
Каталог автоматических регуляторов для систем теплоснабжения зданий. ЗАО «Данфосс». М., 2001 г., с.85.
Каталог «Бессальниковые циркуляционные насосы». «Грундфосс», 2001 г.

С. Н. Ещенко, к.т.н., технический директор ЗАО «ПромСервис», г. Димитровград. Контакты: [email protected]

Регулирование системы отопления подразумевает приведение процесса потребления тепловой энергии в соответствие с реальными потребностями в ней. Простой пример: чем холоднее на улице, тем интенсивнее должна работать отопительная система и, наоборот, при повышении температуры воздуха в доме выше предельного значения, температура теплоносителя в приборах отопления должна снижаться.

Самый простой способ регулирования системы отопления состоит в ручном управлении работой котла и отопительных приборов: жарко в доме, можно перекрыть вентиль подачи теплоносителя в прибор отопления, в результате чего обратная вода вернется в котел горячей, что приведет к отключению котла или к уменьшению расхода топлива.

Еще более простой способ регулирования системы отопления состоит во временном отключении котла и включении его в работу при снижении температуры в помещении. На сегодняшний день подобное «ручное управление» устарело и вести о нем речь можно только применительно к приборам отопления, не имеющим систем автоматического контроля, например, к дровяным печам или к некоторым видам дровяных котлов отопления.

Современные системы регулирования отопления решают одновременно две задачи:

позволяют создать действительно комфортные условия в доме, поддерживая в нем заданный уровень температуры

оптимизируют расход топлива, и, как следствие, снижают затраты на отопление

Регулировка системы отопления производится по одному из двух параметров

Температуре наружного воздуха

Температуре внутри помещения

Считается, что более комфортные условия в частном доме можно получить при изменении температуры теплоносителя в зависимости от условий внутри помещения. Объясняется это просто: тепловые потери не всегда линейно зависят от температуры наружного воздуха: необходимо учитывать скорость ветра и расположение строения относительно сторон света.

Для многоквартирных домов и систем центрального отопления важнее температура наружного воздуха, позволяющая получать усредненные результаты сразу для всех потребителей тепловой энергии.

Методы регулирования систем отопления

Как было сказано выше, основная задача регулирования системы отопления состоит в поддержании определенного уровня температуры в помещении. Сделать это можно несколькими способами:

Меняя скорость движения теплоносителя через прибор отопления с помощью запорной арматуры или с помощью циркуляционного насоса. При этом происходит изменение количества теплоносителя, проходящего через прибор отопления в единицу времени. Такой метод называется количественным.

Меняя температуру нагрева теплоносителя (изменяя его качество). Такой метод называется качественным.

Следует отметить, что оба метода неразрывно связаны друг с другом и в системах высокого качества используются одновременно.

Практическая реализация метода №1

Самый простой способ управления отоплением состоит в изменении режимов работы циркуляционного насоса в зависимости от температуры в помещении: холодно, насос работает с максимальной скоростью, что обеспечивает наиболее интенсивную теплоотдачу приборов отопления. Стало жарко: скорость движения теплоносителя минимальная. В ночное время или днем, когда все жильцы дома на работе или на учебе, может также использоваться режим экономии тепла, предусматривающий минимальную скорость движения воды в отопительной системе.

Недостатком управления отоплением с помощью циркуляционного насоса является общий подход ко всем помещениям в доме, независимо от реальных потребностей в тепловой энергии.

Более точное, локальное регулирование системы отопления можно получить, управляя работой отдельно взятого радиатора.

Как управлять работой радиатора отопления?

На практике менять расход теплоносителя можно с помощью автоматических головок, в конструкцию которых включается клапан и термодатчик, реагирующий на изменение температуры в помещении. Принцип действия устройства достаточно прост: полость головки заполнена жидкостью, объем которой зависит от температуры: при похолодании объем жидкости уменьшается, клапан открывается, увеличивая при этом расход теплоносителя. При повышении температуры в помещении напротив: объем жидкости увеличивается, клапан закрывается, перекрывая движение теплоносителя.

Недостатком автоматических головок является их невысокая надежность и частый выход из строя. Более совершенным и надежным является способ регулирования отопления с использованием сервопривода, приводимого в движение и перекрывающего подачу теплоносителя в радиатор также в зависимости от температуры в помещении.

И автоматическая головка, и сервопривод рассчитаны на изменение температуры теплоносителя не во всей системе отопления, а лишь в одном отдельно взятом радиаторе. Если в комнате несколько отопительных приборов, оборудовать подобными системами автоматического контроля придется каждый из них. Только в этом случае можно действительно регулировать отопление.

Все приборы отопления в доме могут быть объединены в одну систему автоматического управления отоплением.

Регулировка во время эксплуатации

Также известен и другой способ – эксплуатационное регулирование . Как следует из названия, регулирование системы отопления проводится во время ее работы. Это необходимо, чтобы производить настройку по мере необходимости. К примеру, если есть потребность увеличить количество тепла или уменьшить (в зависимости от температуры воздуха на улице и метеорологических условий). Изменение количества вырабатываемого системой тепла обеспечивается за счет регулировки температуры или же путем изменения расхода теплоносителя. Таким образом, можно условно разделить на «качественный» и «количественный» варианты осуществления контроля системы.

Качественное регулирование проводится прямо на тепловой станции. Бывает местное и групповое. Количественное имеет три подразделения: групповое, индивидуальное и местное.

Данный способ контролирования системы производится вручную при помощи клапанов и кранов, и автоматически при перемене температуры воздуха в квартире. В разветвленных системах необходимо изменить расход теплоносителя – это должно упростить задачу регулировки.

В частных домах требует знаний об особенностях индивидуального водяного отопления. Основная задача системы заключается в обеспечении оптимального микроклимата для всей семьи. К сожалению, достаточно часто отопление выходит из-под контроля. Чаще всего, неправильная эксплуатация и несвоевременная корректировка параметров ведут к неэффективности показателей. Причинами также могут быть ошибки, допущенные при проектировании отопления, или плохое утепление.

Как показывает практика, во время проведения системы отопления люди не задаются вопросом расчетов. Специалисты, занимающиеся монтажом, предпочитают делать все оперативно, за счет чего страдает точность . Как результат, в одной комнате может быть прохладно, а в другой – чересчур жарко. Комфорта в таком случае можно не ждать.

При оценке качества работы системы и экономичности ее эксплуатации следует учитывать все параметры и особенности вашего отопления. Независимо от источника питания (электрический котел или газовый), система должна работать отлажено, поэтому правильное регулирование – залог теплого и уютного дома.

Самый простой способ отрегулировать циркуляцию воды – использовать термостат , расположенный на котле. Это своего рода рычажное устройство, которое позволит переключить теплозатраты и в таким образом произойдет снижение температуры в доме. Также при необходимости можно повысить уровень нагрева жидкости и за счет этого повысить температуру воздуха в доме.

C. Дейнеко

Погодозависимое регулирование для тепловых пунктов централизованных систем отопления Во времена СССР регулирование температуры теплоносителя, подаваемого в централизованные системы отоплении зданий, осуществлялось на ТЭЦ, котельных и элеваторных узлах центральных (ЦТП) и индивидуальных (ИТП) тепловых пунктов зданий. Однако из-за большой протяженности трубопроводов и, связанной с этим инерционности систем, реального эффекта это не давало. В ЦТП или ИТП при этом были установлены элеваторные узлы, которые не позволяли производить количественное регулирование теплоносителя. Соответственно, температура воды, поступающей в систему отопления, изменялась в зависимости от температуры приходящего от ТЭЦ или котельной теплоносителя, а расход оставался постоянным. Современные контроллеры позволяют осуществлять качественно-количественное регулирование систем отопления, и, таким образом, экономить значительную часть энергоресурсов. Рассмотрим типовые схемы применения контроллеров, предлагаемые компанией Honeywell

Современные контроллеры позволяют управлять несколькими схемами, каждая из которых может быть модифицирована путем изменения параметров настройки. Рассмотрим несколько схем автоматизации работы теплового пункта с применением погодозависимого регулирования.

Схема независимого присоединения системы отопления (рис. 1) позволяет не только разделить контуры внутренней системы отопления от контура центральной тепловой сети, производить регулирование температуры обратного потока первичной стороны (температуры теплоносителя поступающего после теплообменника к источнику тепла), а также осуществлять погодозависимое управление температурой внутренней системы отопления (вторичная сторона). При этом температура теплоносителя, находящегося в системе отопления здания, изменяется в зависимости от выбранного температурного графика и колебаний температуры наружного воздуха.

Рис. 1. Схема независимого присоединения системы отопления:
SDC7-21N - котроллер; AF - датчик температуры наружного воздуха; VFB, WF - датчики температуры теплоносителя; V1 - двухходовой регулирующий клапан; DKP - циркуляционный насос системы отопления; SDW - датчик температуры внутреннего воздуха или комнатный модуль для удаленного регулирования

Управление температурой теплоносителя системы отопления осуществляется с помощью двухходового регулирующего клапана (V1), (клапан может устанавливаться и на подающем трубопроводе Т1), а циркуляция - за счет работы циркуляционного насоса системы отопления (DKP). Клапан регулирует количество теплоносителя, поступающего в теплообменник для нагрева воды, циркулирующей во внутренней системе отопления в зависимости от показаний датчиков температуры теплоносителя (WF и VFB). В зависимости от температуры наружного воздуха (AF) и выбранного температурного графика происходит изменение температуры теплоносителя, циркулирующего во внутренней системе отопления (вторичный контур). Среди возможных настроек индивидуальных характеристик нагрева системы - выбор типа задания в зависимости от ограждающих конструкций, особенностей внутренней системы отопления, временных режимов работы в зависимости от времени суток и дня недели, функция защиты от замерзания, периодическое включение циркуляционного насоса в летнее время.

Контроль температуры воздуха в отапливаемых помещениях осуществляется за счёт использования датчика температуры внутреннего воздуха или комнатного модуля (SDW), который может использоваться в качестве выносного пульта управления.

Неисправности в работе системы отображаются на дисплее контроллера. Это, например, обрыв датчика или ситуация, когда невозможно достичь заданного значения температуры теплоносителя. При использовании схемы с одним контуром системы отопления и одним контуром системы ГВС (рис. 2), возможно достичь погодозависимого регулирования температуры обратного потока первичной стороны и управление в зависимости от температуры наружного воздуха контуром отопления, а также поддержания фиксированного значения температуры в системе ГВС.

Рис. 2. Схема независимого присоединения системы отопления и системы ГВС:
MVC80 - котроллер; AF - датчик температуры наружного воздуха; VFB1, VFB2, VF1, SF - датчики температуры теплоносителя; V1, V2 - двухходовые регулирующие клапаны; P1 - циркуляционные насосы системы отопления; P2 - циркуляционные насосы системы ГВС; PF - подпиточный насос системы отопления; SV1 - подпиточный клапан системы отопления; PS1 - реле давления

Управление осуществляется посредством регулирующих клапанов (V1 и V2), работы циркуляционных насосов системы отопления и ГВС (P1 и P2).

Автоматическая подпитка системы топления осуществляется за счет установки, подпиточного насоса (PF) и клапана (SV1). Если реле минимального давления вторичной стороны (PS1) генерирует некритическую тревогу, то открывается клапан подпитки SV1 и включается насос PF контура подпитки. Настройка пользовательских характеристик осуществляется аналогично предыдущему варианту.

При использовании схемы с одним контуром системы отопления и контуром системы ГВС с двухступенчатым теплообменником (рис. 3), можно достичь погодозависимого регулирования температуры общего обратного потока первичной стороны и погодозависимое управление контуром отопления, а также поддержания фиксированной температуры в системе ГВС. Нагрев холодной воды для санитарных нужд осуществляется за счет использования тепла от теплоносителя после теплообменника системы отопления, а догрев воды до необходимой температуры и её поддержание в системе ГВС - за счет работы второй ступени нагрева и регулирующего клапана (V2).

Рис. 3. Схема управления системой отопления и ГВС с двухступенчатым теплообменником:
MVC80 - котроллер; AF - датчик температуры наружного воздуха; VFB1, VF1, SF - датчики температуры теплоносителя; V1, V2 - двухходовые регулирующие клапаны; P1 - циркуляционные насосы системы отопления; P2 - циркуляционные насосы системы ГВС; PF - подпиточный насос системы отопления; SV1 - подпиточный клапан системы отопления; PS1 - реле давления

Схема независимого присоединения двух контуров отопления показана на рис. 4. Она применяется для погодозависимого регулирования температуры обратного потока (VFB) первичной стороны через клапан V1.

Рис. 4. Схема независимого последовательного присоединения двух контуров отопления:
SDC9-21N - котроллер; AF - датчик температуры наружного воздуха; VFB, WF, VF1 - датчики температуры теплоносителя; V1 - двухходовой регулирующий клапан; MK1 - привод смесительного клапана; P1 - циркуляционный насос смесительного контура системы отопления; DKP - циркуляционный насос прямого контура системы отопления; RLF1 - датчик температуры теплоносителя из системы отопления; SDW - датчик температуры внутреннего воздуха или комнатный модуль для удаленного регулирования, TKM - аварийный термостат для предотвращения перегрева теплоносителя

Данная схема позволяет достичь управления смесительным контуром системы «теплых полов» и прямым контуром радиаторной системы отопления с погодной компенсацией или с постоянной температурой.

Управление осуществляется посредством работы двухходового регулирующего клапана V1), трехходового смесительного клапана (MK1), а также циркуляционными насосами (P1) смесительного контура и насосом прямого контура системы отопления (DKP). Регулирование температуры обратной воды (VFB) производится в соответствии с настраиваемым температурным графиком.

Для регулирования температуры теплоносителя зависимых систем отопления (в которой сетевая вода от источника тепла поступает и во внутреннюю систему отопления) применяется трехходовой смесительный клапан (МК1) (рис. 5). Перед регулирующим клапаном устанавливается регулятор перепада давления, а в случае, когда давления в обратном сетевом трубопроводе (Т2) недостаточно для нормального гидравлического режима работы системы отопления, на выходе из системы отопления после смесительной перемычки может быть установлен регулятор давления «до себя». Также циркуляционный насос системы отопления (P1) может быть установлен не на подающем трубопроводе системы отопления (как показано на рис. 5), а на обратном трубопроводе.

На сегодняшний день потенциал развития традиционных систем теплоснабжения в части увеличения теплопередачи без существенных материальных затрат практически исчерпан. В них достаточно полно выбран максимум эффективности путём применения современного теплоиспользующего оборудования, электронных средств регулирования и контроля потребления и распределения тепловой энергии и теплоносителя. Замена кожухотрубных водоподогревателей на пластинчатые была существенным шагом на пути увеличения турбулизации потока теплоносителя, а, следовательно, увеличении теплопередачи. С одной стороны, это позволило увеличить коэффициент теплопередачи в пределах 10 %, а с другой - возросла склонность к зарастанию, образованию накипи, шлама и прочих отложений, что со временем ведет к снижению коэффициента теплопередачи и повышенным затратам на транспорт теплоносителя. Опрос управленческих компаний региона показал, что на промывку систем теплоснабжения с пластинчатыми теплообменниками ГВС затрачивается до 200 тыс. рублей ежегодно. А в бюджетных организациях из-за ненадлежащей эксплуатации в силу дальнейшей непригодности теплообменники заменяются на новые даже не отработав регламентированный ресурс.

Одним из кардинальных путей решения данной проблемы является перевод циркуляции теплоносителя в системе теплоснабжения из стационарного режима в импульсный. При этом можно использовать несколько эффектов. Во-первых, увеличивается коэффициент теплоотдачи (от 10 до 150 %) движущегося потока в зависимости от частоты и амплитуды пульсаций скорости его истечения, во-вторых, реализуется самоочищение теплопередающих поверхностей оборудования и, в-третьих, появляется возможность использования импульса количества движения теплоносителя, например, для трансформации части располагаемого напора греющего теплоносителя в напор нагреваемого в случае независимого присоединения отопительных установок или для циркуляции воды в системе горячего водоснабжения.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что использование технологии импульсной подачи теплоносителя позволит гарантированно получить:

Снижение удельного расхода топлива на источнике теплоты за счет наиболее улучшенного теплосъема на 5 – 30%;
Увеличение срока службы теплоиспользующего оборудования теплового пункта не мене в 2 раза;
Снижение требований к качеству сетевой воды;
Уменьшение теплопередающих поверхностей теплоиспользующего оборудования за счет возрастания коэффициента теплопередачи при пульсирующем режиме в 1,3 - 2 и более раза;
Снижение материальных затрат на проектирование и монтаж теплового пункта и системы теплоснабжения в целом за счет снижения её общей металлоемкости.
Снижение затрат на транспорт теплоносителя и тепловой энергии в системе теплопотребления при трансформации располагаемого напора высокотемпературного теплоносителя тепловой сети в напор низкотемпературного теплоносителя системы теплопотребления.
Относительная простота реализации пульсирующего режима.

Возможность создания значительного (10 атм и более) располагаемого напора, что необходимо для высотных зданий, без применения повысительных насосов.

В результате реализации проекта предполагается увеличение энергетической эффективности теплоэнергетического оборудования систем теплоснабжения не менее чем в 1,5 раза в традиционной системе теплоснабжения и более чем в 2,5 раза при использовании новых теплоэнергетических устройств, адаптированных применительно к импульсному способу подачи теплоносителя.