Размеры элеваторных узлов отопления. Расчет и регулировка элеваторов

Обеспечение жилых домов и общественных зданий теплом – одна из главнейших задач коммунальных служб городов и поселков. Современные системы теплоснабжения – эта сложные комплексы, включавшие поставщиков тепла (ТЭЦ или котельные), разветвлённую сеть магистральных трубопроводов , специальные распределительные теплопункты , от которых идут ответвления к конечным потребителям.

Однако, подающийся по трубам к зданиям теплоноситель не напрямую попадает во внутридомовую сеть и конечные точки теплообмена – радиаторы отопления. В любом доме имеется собственный тепловой узел, в котором производится соответствующая регулировка уровня давления и температуры воды. Здесь установлены специальные устройства, выполняющие эту задачу. В последнее время все чаще устанавливается современное электронное оборудование, которое позволяет в автоматическом режиме контролировать необходимые параметры и вносить соответствующие коррективы. Стоимость подобных комплексов – весьма высока, они напрямую зависят от стабильности электропитания, поэтому нередко эксплуатирующими жилой фонд организациямиотдается предпочтение старой проверенной схеме локальной регулировки температуры теплоносителя на входе в домовую сеть. И основным элементом подобной схемы является элеваторный узел системы отопления.

Цель настоящей статьи – дать понятие об устройстве и принципе работы самого элеватора, о его месте в системе и выполняемых им функциях. Кроме того, заинтересованные читатели получат урок по самостоятельному расчету этого узла.

Общие краткие сведения о системах теплоснабжения

Чтобы правильно понять важность элеваторного узла, наверное, необходимо для начала кратко рассмотреть, как же работают центральные системы теплоснабжения.

Источником тепловой энергии являются ТЭЦ или котельные, в которых осуществляется разогрев теплоносителя до нужной температуры за счёт использования того или иного вида топлива (уголь, нефтепродукты, природный газ и т.п .) Оттуда теплоноситель прокачивается по трубам к точкам потребления.

ТЭЦ или крупная котельная рассчитана на обеспечение теплом определенного района, порой – с очень немалой территорией. Системы трубопроводов получаются весьма протяжёнными и разветвленными . Как минимизировать потери тепла и равномерно распределить его по по требителям, так, чтобы, например, наиболее удаленные от ТЭЦ здания не испытывали недостаточности в нем ? Это достигается тщательной термоизоляцией тепловых магистралей и поддержанием в них определенного теплового режима.

На практике используется несколько теоретически рассчитанных и практически проверенных температурных режимов функционирования котельных, которые обеспечивают и передачу тепла на значительные расстояния без существенных потерь, и максимальную эффективность, и экономичность работы котельного оборудования. Так, к примеру, применяются режимы 150/70, 130/70, 95/70 (температура воды в магистрали подачи / температура в «обратке »). Выбор конкретного режима зависит от климатического пояса региона и от конкретного уровня текущей зимней температуры воздуха.

1 – Котельная или ТЭЦ.

2 – Потребители тепловой энергии.

3 – Магистраль подачи разогретого теплоносителя.

4 – Магистраль «обратки ».

5 и 6 – Ответвления от магистралей к зданиям – потребителям.

7 – внутридомовые тепловые распределительные узлы.

От магистралей подачи и «обратки » идут ответвления в каждое здание, подключенное к данной сети. Но вот здесь сразу возникают вопросы.

• Во-первых, разным объектам требуется различное количество тепла – не сравнить, к примеру, огромную жилую высотку и небольшое малоэтажное здание.
• Во-вторых, температура воды в магистрали не соответствует допустимым нормам для подачи непосредственно на теплообменные приборы. Как видно из приведенных режимов, температура очень часто даже превышает точку кипения, и вода поддерживается в жидком агрегатном состоянии только лишь за счет высокого давления и герметичности системы.

Использование столь критичных температур в отапливаемых помещениях – недопустимо. И дело не только в избыточности поступления тепловой энергии – это чрезвычайно опасно. Любое прикосновение к разогретым до такого уровня батареям вызовет сильный ожог тканей, а в случае даже небольшой разгерметизации теплоноситель мгновенно превращается в горячий пар, что может повлечь очень серьезные последствия.

Правильный выбор радиаторов отопления – чрезвычайно важен!

Не все радиаторы отопления одинаковы. Дело не только и не столько в материале изготовления и внешнем виде. Они могут значительно различаться своими эксплуатационными характеристиками, адаптацией к той или иной системе отопления.

Как правильно подойти к

Таким образом, на локальном тепловом узле дома необходимо снизить температуру и давление до расчетных эксплуатационных уровней, обеспечив при этом требуемый отбор тепла, достаточный для нужд отопления конкретного здания. Эту роль выполняет специальное теплотехническое оборудование. Как уже говорилось, это могут быть современные автоматизированные комплексы, но очень часто отдается предпочтение проверенной схеме элеваторного узла.

Если заглянуть на тепловой распределительный пункт зд ания (чаще всего они располагаются в подвале, в точке входа магистральных тепловых сетей), то можно увидеть узел, в котором явно видна перемычка между трубами подачи и «обратки ». Именно здесь и стоит сам элеватор, об устройстве и принципе работы будет рассказано ниже.

Как устроен и работает элеватор отопления

Внешне сам элеватор топления представляет собой чугунную или стальную конструкцию, снабженную тремя фланцами для врезки в систему.

Посмотрим на его строение внутри.

Перегретая вода из тепловой магистрали попадает во входной патрубок элеватора (поз. 1). Перемещаясь под давлением вперед , она проходит через узкое сопло (поз. 2). Резкое повышение скорости потока на выходе из сопла приводит к эффекту инжекции - в приемной камере (поз. 3) создается зона разряжения. В эту область пониженного давления по законам термодинамики и гидравлики буквально «засасывается» вода из патрубка (поз. 4), подключенного к трубе «обратки ». В результате в смесительной горловине элеватора (поз. 5) происходит перемешивание горячего и охлажденного потоков, вода получает необходимую для внутренней сети температуру, снижается давление до безопасного для теплообменных приборов уровня, а затем теплоноситель через диффузор (поз. 6) попадает в систему внутренней разводки.

Помимо понижения температуры, инжектор выполняет роль своеобразного насоса – он создае т т ребуемый напор воды, который необходим для обеспечения ее циркуляции во внутридомовой разводке, с преодолением гидравлического сопротивления системы.

Как видно, система чрезвычайно проста, но очень эффективна, что и обуславливает ее широкое применение даже в условиях конкуренции с современным высокотехнологичным оборудованием.

Безусловно, элеватор нуждается в определенной обвязке. Примерная схема элеваторного узла приведена на схеме:

Разогретая вода из тепловой магистрали поступает по трубе подачи (поз. 1), и возвращается в нее по трубе обратки (поз. 2). От магистральных труб внутридомовая система может отключаться с помощью задвижек (поз. 3). Вся сборка отдельных деталей и устройств осуществляется с применением фланцевых соединений (поз. 4 ).

Регулировочное оборудование весьма чувствительно к чистоте теплоносителя, поэтому на входе и выходе из системы монтируются фильтры грязевики (поз. 5), прямого или «косого» типа. В них оседают т вердые нерастворимые включения и грязь, попавшая в полость труб. Периодически проводится очистка грязевиков от собранных осадков.

Фильтры-«грязевики», прямого (снизу) и «косого» типа

На определенных участках узла установлены контрольно-измерительные приборы. Это манометры (поз. 6), позволяющие контролировать уровень давления жидкости в трубах. Если на входе давление может достигать 12 атмосфер, то уже на выходе из элеваторного узла оно значительно ниже, и зависит от этажности здания и количества точек теплообмена в нем .

Обязательно стоят термодатчики – термометры (поз. 7), контролирующие уровень температуры теплоносителя: на входе их централи – t ц , входе во внутридомовую систему – t с , на «обратках » системы и централи – t ос и t оц .

Далее, установлен сам элеватор (поз. 8). Правила его монтажа требуют обязательного наличия прямого участка трубопровода не менее 250 мм. Одним, входным патрубком он через фланец соединен к подающей трубе из централи, противоположным – к трубе внутридомовой разводки (поз. 11). Нижний патрубок с фланцем подключен через перемычку (поз. 9) к трубе «отбратки » (поз. 12).

Для проведения профилактических или аварийно-ремонтных работ предусматриваются задвижки (поз. 10), полностью отключающие элеваторный узел от внутридомовой сети. На схеме не показаны, но на практике обязательно присутствуют специальные элементы для дренирования – слива воды из внутридомовой системы при возникновении такой необходимости.

Безусловно, схема дана в очень упрощенном виде, но она в полной мере отражает базовое устройство элеваторного узла. Широкими стрелками показаны направления потоков теплоносителя с разными уровнями температур.

Бесспорными преимуществами использования элеваторного узла для регулировки температуры и давления теплоносителя являются:

• Простота конструкции при безотказности в эксплуатации.
• Невысокая стоимость комплектующих и их монтажа.
• Полная энергонезависимость подобного оборудования.
• Использование элеваторных узлов и приборов учета тепла позволяют достичь экономии в расходе потребленного теплоносителя до 30%.

Есть, конечно, и весьма значимые недостатки:

• Каждой системе требуется индивидуальный расчет для подбора требуемого элеватора.
• Необходимость обязательного перепада давления на входе и выходе.
• Невозможность точных плавных регулировок при текущем изменении параметров системы.

Последний недостаток – достаточно условен, так как на практике часто применяются элеваторы, в которых предусмотрена возможность изменения его рабочих характеристик.

Для этого в приемной камере с соплом (поз. 1) установлена специальная игла – конусовидный стержень (поз. 2), который уменьшает сечение сопла. Этот стержень в блоке кинематики (поз . 3) через реечную зубчатую передачу (поз . 4 — 5) связан с регулировочным валом (поз . 6). Вращение вала вызывает перемещение конуса в полости сопла, увеличивая или уменьшая просвет для прохода жидкости. Соответственно, меняются и рабочие параметры всего элеваторного узла.

В зависимости от уровня автоматизации системы, могут применяться различные типы регулируемых элеваторов.

Так, передача вращения может осуществляться вручную – ответственный специалист отслеживает показания контрольно-измерительных приборов и вносит коррективы в работу системы, ориентируясь на на несенную около маховика (рукоятки) шкалу.

Другой вариант – когда элеваторный узел завязан на электронную систему контроля и управления. Показания снимаются в автоматическом режиме, блок управления вырабатывают сигналы для передачи их на сервоприводы, через которых вращение передается на кинематический механизм регулируемого элеватора.

Что нужно знать о теплоносителях?

В системах отопления, особенно — в автономных, в качестве теплоносителя может использоваться не только вода.

Какими качествами должен обладать , и как правильно его выбрать — в специальной публикации портала.

Расчет и подбор элеватора системы отопления

Как уже говорилось, для каждого здания требуется определенное количеств тепловой энергии. Это означает что необходим определенный расчёт элеватора, исходя из заданных условий эксплуатации системы.

К исходным данным можно отнести:

1. Значения температуры:

— на входе их тепловой централи;

— в «обратке» тепловой централи;

— рабочее значение для внутридомовой системы отопления;

— в обратной трубе системы.

1. Общее количество тепла, потребное для отопления конкретного дома.
2. Параметры, характеризующие особенности внутридомовой разводки отопления.

Порядок расчета элеватора установлен специальным документом – «Сводом правил по проектированию Минстроя РФ», СП 41-101-95, касающимся именно проектирования тепловых пунктов. В этом нормативном руководстве приведены формулы расчета , но они – достаточно «тяжеловесные», и приводить их в статье – нет особой необходимости.

Те читатели, которых мало интересуют вопросы расчета , могут смело пропустить этот раздел статьи. А тем, кто желает самостоятельно рассчитать элеваторный узел, можно порекомендовать потратить 10 ÷ 15 минут времени, чтобы создать собственный калькулятор, основанный на формулах СП, позволяющий проводить точные подсчеты буквально за считаные секунды.

Создание калькулятора для расчета

Для работы потребуется обычное приложение Excel, которое есть, наверное, у каждого пользователя – оно входит в базовый пакет программ MicrosoftOffice. Составление калькулятора не представит особого труда даже для тех пользователей, которые никогда не сталкивались с вопросами элементарного программирования.

Рассмотрим пошагово:

(если часть текста в таблице выходит за рамки, то внизу есть «движок» для горизонтальной прокрутки)

Иллюстрация	Краткое описание выполняемой операции
	Откройте новый файл (книгу) в приложении Excel пакета Microsoft Office. В ячейке А1 наберите текст «Калькулятор для расчета элеватора системы отопления». Ниже, в ячейке А2 набираем «Исходные данные». Надписи можно "поднять", изменяя жирность, размер или цвет шрифта.
	Ниже расположатся строки с ячейками для ввода исходных данных, на основании которых и будет проводиться расчет элеватора. Заполняем текстом ячейки с А3 по А7 : А3 – «Температура теплоносителя, градусы С:» А4 – «в подающей трубе тепловой централи» А5 – «в обратке тепловой централи» А6 – «необходимая для внутридомовой системы отопления» А7 – «в обратке системы отопления»
	Для наглядности можно пропустить строку, а ниже, в ячейку А9 вносим текст «Необходимое количество тепла для системы отопления, кВт»
	Пропускаем еще строку, и в ячейку А11 впечатываем «Коэффициент сопротивления системы отопления дома, м». Чтобы текст из столбца А не находил на столбец В , куда будут в дальнейшем вноситься данные, столбец А можно раздвинуть на необходимую ширину (показано стрелкой).
	Область ввода данных, от А2-В2 до А11-В11 можно выделить и сделать заливку цветом. Так она будет отличаться от другой области, где будут выдаваться результаты вычислений.
	Пропускаем еще одну строку и вводим в ячейку А13 «Результаты расчета:» Можно выделить текст другим цветом.
	Далее, начинается самый ответственный этап. Помимо ввода текста в ячейки столбца А , в рядом стоящие ячейки столбца В вписываются формулы, в соответствии с которыми и будут проводиться расчеты. Формулы следует переносить в точности, как это будет указано, безо всяких лишних пробелов. Важно: формула вводится в русской раскладке клавиатуры, за исключением имен ячеек – они вводятся исключительно в латинской раскладке. Для того, чтобы не ошибиться с этим, в приведенных примерах формул имена ячеек будут выделены жирным шрифтом. Итак, в ячейке А14 набираем текст «Температурный перепад тепловой централи, градусов С». в ячейку В14 вносим следующее выражение =(B4 -B5 ) И осуществлять ввод, и контролировать его правильность удобнее в строке формул (зеленая стрелка). Пусть вас не смущает то, что в ячейке В14 сразу появилось какое-то значение (в данном случае «0», синяя стрелка), просто программа сразу отрабатывает формулу, опираясь пока на пустые ячейки ввода.
	Заполняем следующую строку. В ячейке А15 – текст «Температурный перепад системы отопления, градусов С», а в ячейке В15 – формула =(B6 -B7 )
	Следующая строка. В ячейке А16 – текст: «Необходимая производительность системы отопления, куб.м/час». Ячейка В16 должна содержать следующую формулу: =(3600*B9 )/(4,19*970*B14 ) Появится сообщение об ошибке, «деление на ноль» - не обращаем внимания, это просто оттого, что не внесены исходные данные.
	Идем ниже. В ячейке А17 – текст: «Коэффициент смешения элеватора». Рядом, в ячейке В17 – формула: =(B4 -B6 )/(B6 -B7 )
	Далее, ячейка А18 – «Минимальный напор теплоносителя перед элеватором, м». Формула в ячейке В18 : =1,4*B11 *(СТЕПЕНЬ((1+B17 );2)) Не сбейтесь с количеством скобок – это важно
	Следующая строка. В ячейке А19 текст: «Диаметр горловины элеватора, мм». Формула в ячейке В18 следующая: =8,5*СТЕПЕНЬ((СТЕПЕНЬ(B16 ;2)*СТЕПЕНЬ(1+B17 ;2))/B11 ;0,25)
	И последняя строка расчётов. В ячейке А20 вводится текст «Диаметр сопла элеватора, мм». В ячейке В20 – формула: =9,6*СТЕПЕНЬ(СТЕПЕНЬ(B16 ;2)/B18 ;0,25)
	По сути, калькулятор готов. Можно только его несколько «модернизировать, чтобы он был удобнее в работе, и не было риска случайно удалить формулу. Для начала, выделим область от А13-В13 до А20-В20 , и зальем ее другим цветом. Кнопка заливки показана стрелкой.
	Теперь выделяем общую область с А2-В2 по А20-В20 . В выпадающем меню «границы» (показано стрелкой) выбираем пункт «все границы» . Наша таблица получает стройное обрамление линиями.
	Теперь нужно сделать так, чтобы значения вручную можно было ввести только лишь в те ячейки, которые для этого предназначены (чтобы не стереть или не нарушить случайно формулы). Выделяем диапазон ячеек от В4 до В11 (красные стрелки). Заходим в меню «формат» (зеленая стрелка) и выбираем пункт «формат ячеек» (синяя стрелка).
	В открывшемся окне выбираем последнюю вкладку – «защита» и в окошке «защищаемая ячейка» убираем галочку.
	Теперь вновь идем в меню «формат» , и выбираем в нем пункт «защитить лист» .
	Появится небольшое окошко, в котором останется всего лишь нажать кнопку «ОК» . Предложение ввести пароль просто игнорируем – в нашем документе такая степень защиты не нужна. Теперь можно быть уверенным, что никакого сбоя не будет – для изменения открыты только лишь ячейки в столбце В в области ввода значений. При попытке внести хоть что-нибудь в любые другие ячейки появится окно с предупреждением о невозможности такой операции.
	Калькулятор готов. Осталось лишь сохранить файл. – и он всегда будет готов к проведению расчета.

Провести подсчет в созданном приложении – не составляет никакого труда. Достаточно лишь заполнить известными значениями область ввода – дальше программа все рассчитает в автоматическом режиме.

• Температуру подачи и «обратки» в тепловой централи можно узнать в ближайшем к дому теплопункте (котельной).
• Требуемая температура теплоносителя во внутридомовой системе в большей мере зависит от того, какие теплообменные приборы установлены в квартирах.
• Температура в трубе «обратки» системы чаще всего принимается равной аналогичному показателю в централи.
• Потребность дома в общем притоке тепловой энергии зависит от количества квартир, точек теплообмена (радиаторов), особенностей здания – степени его утепленности , объема помещений, количества общих теплопотерь и т.п . Обычно эти данные рассчитываются заблаговременно еще на стадии проектирования дома или при проведении реконструкции системы его отопления.
• Коэффициент сопротивления внутреннего контура отопления дома рассчитывается по отдельным формулам, с учетом особенностей системы. Однако, не будет большой ошибкой взять и усредненные значения, приведенные в таблице ниже:

Проведение расчетов и подбор нужной модели элеватора

Попробуем калькулятор в действии.

Допустим, что температура в подающей трубе тепловой централи – 135, а в обратной – 70 °С . Планируется поддерживать в системе отопления дома температуру в 85 ° С , на выходе – 70 °С . Для качественного обогрева всех помещений необходима тепловая мощность в 80 кВт. По таблице определено, что коэффициент сопротивления равен «1».

Подставляем эти значения в соответствующие строки калькулятора, и сразу же получаем необходимые результаты:

В итоге имеем данные для подбора нужной модели элеватора и условия для его корректной работы. Так, получена требуемая производительность системы – количество теплоносителя, прокачиваемого в единицу времени, минимальный напор водяного столба. И самые основные величины – это диаметры сопла элеватора и его горловины (смесительной камеры).

Диаметр сопла принято округлять до сотых долей миллиметра в меньшую сторону (в данном случае – 4,4 мм). Минимальное значение диаметра должно быть 3 мм – в противном случае сопло просто будет быстро забиваться.

Калькулятор позволяет и «поиграть» значениями, то есть посмотреть, как они будут изменяться при изменении исходных параметров. Например, если температура в теплоцентрали понижена, скажем, до 110 градусов, то это повлечет и другие параметры узла.

Как видно, диаметр сопла элеватора уже составляет 7,2 мм.

Это дает возможность выбора устройства с наиболее приемлемыми параметрами, с определенным диапазоном регулировок, или же комплекта сменных сопел для конкретной модели.

Имея рассчитанные данные, уже можно обратиться к таблицам предприятий-изготовителей подобного оборудования для выбора требуемого варианта исполнения.

Обычно в этих таблицах, помимо рассчитанных величин, приводятся и другие параметры изделия – его габариты, размеры фланцев, масса и пр .

Для примера – водоструйные стальные элеваторы серии 40с10бк :

Фланцы: 1 – на входе, 1— 1 – на врезке трубы из «обратки» , 1— 2 – на выходе.

2 – входной патрубок.

3 – съемное сопло.

4 – приемная камера.

5 – смесительная горловина.

7 – диффузор.

Основные параметры сведены в таблицу – для удобства выбора:

При этом производитель допускает самостоятельную замену сопла с нужным диаметром в определенном диапазоне:

Подобрать требуемую модель, имея на руках результаты расчета – не представит особого труда.

При монтаже элеватора или при проведении профилактических работ следует обязательно учитывать, что от правильности установки и целостности деталей напрямую зависит эффективность работы узла.

Так, конус сопла (стакан) должен быть установлен строго соосно с камерой смешения (горловиной ). Сам стакан в посадочное гнездо элеватора должен входить свободно, чтобы была возможность его извлечения для ревизии или замены.

При проведении ревизий следует обращать особое внимание на состояние поверхностей отделов элеватора. Даже наличие фильтров не исключает абразивного воздействия жидкости, плюс к этому никуда не деться от эрозийных процессов и коррозии. Сам рабочий конус должен иметь отполированную внутреннюю поверхность, ровные, неизношенные края сопла. При необходимости производится его замена на новую деталь.

Несоблюдение таких требований влечет снижение КПД узла и падение давления, необходимого для циркуляции теплоносителя во внутридомовой разводке отопления. Кроме того, износ сопла, его загрязнение или слишком большой диаметр (существенно выше расчётного), приведут к появлению сильных гидравлических шумов, которые по трубам отопления будут передаваться в жилые помещения здания.

Конечно, система отопления дома с простейшим элеваторным узлом – далеко не образец совершенства. Она весьма тяжело поддается регулировке, которая требует разборки узла и замены инжекторного сопла. Поэтому оптимальным вариантом видится, все же, модернизация с установкой регулируемых элеваторов, позволяющих изменять параметры смешения теплоносителя в определенном диапазоне.

А как регулировать температуру в квартире?

Температура теплоносителя во внутридомовой сети может быть избыточна для отдельно взятой квартиры, например, если в ней используются «теплые полы». Значит, потребуется установка собственного оборудования, которое поможет поддерживать степень нагрева на нужном уровне.

Варианты, как – в специальной статье нашего портала.

И напоследок – видео с компьютерной визуализацией устройства и принципа действия элеватора отопления:

Видео: устройство и работа элеватора отопления

47. Расчет водоструйного элеватора

1. Расход сетевой (эжектирующей) воды, т/ч

где Q 0 - расход тепла на отопление, Гкал/ч;

t о - расчетная температура воды в обратной трубе тепловой сети, 0 С;

t под - расчетная температура воды в подающей трубе тепловой

2. Расход смешанной воды, т/ч

,

где t` под - расчетная температура воды в подающей трубе местной системы отопления 0 С;

t` о - расчетная температура воды в обратной трубе местной системы отопления 0 С.

3. Приведенный расход смешанной воды, т/ч

,

где Δp 0 - гидравлическое сопротивление местной системы отопления, МПа.

4. Количество подмешиваемой воды из обратной трубы местной системы отопления, т/ч

.

5. Расчетный коэффициент смешения элеватора

6. Диаметр горловины (камеры смешения) элеватора, мм

7. Диаметр сопла элеватора при минимальном располагаемом давлении перед элеватором, мм

8. Требуемое минимальное располагаемое давление перед элеватором, МПа

.

9. Расчетный диаметр сопла при фактическом располагаемом давлении перед элеватором, мм

,

где Δp ф э - фактическое располагаемое давление перед элеватором, МПа.

В случаях, когда фактическое располагаемое давление перед элеватором Δр ф э меньше минимального Δр мин э , элеватор не может работать исправно и должен быть заменен смесительным насосом. В тех случаях, когда Δр ф э > Δр мин э , диаметр сопла элеватора должен быть соответственно уменьшен.

При выборе номера элеватора по расчетному диаметру камеры смешения следует брать стандартный элеватор с ближайшим меньшим диаметром камеры смешения.

Водоструйные элеваторы типа ВТИ-Теплосеть Мосэнерго по производительности и размерам делятся на семь номеров. Номер элеватора можно определить по номограммам или из таблицы.

Для обеспечения элеваторами требуемой точности регулирования необходимо, чтобы были удовлетворены следующие три условия:

1) потери давления в местной системе отопления за элеватором должны быть постоянными. Желательно, чтобы в отопительной системе потери при наладке были установлены на уровне Δр = 0,01 МПа и периодически проверялись;

2) В элеваторе должен быть обеспечен постоянный расход теплоносителя. Это относится как к подающему, так и к подмешивающему трубопроводу. Постоянство расхода теплоносителя в подающем трубопроводе целесообразно поддерживать автоматически действующим регулятором расхода типа РР, устанавливаемым перед каждым элеватором и одновременно в определенной мере регулирующим давление перед элеватором;

3) Диаметр сопла элеватора должен быть рассчитан в соответствии с конкретными параметрами и условиями работы, однако он должен быть не менее 2,5 мм во избежание его засорения и прекращения работы системы отопления.

48. Выбор типоразмера регулирующего клапана

1. Пропускная способность клапана:

, м 3 /ч

2. Пропускная способность полностью открытого клапана:

4. Проверка на отсутствие кавитации

X F £ Z отсутствие кавитации;

X F – коэффициент дросселирования;

p V – давление парообразования при температуре среды;

Z – коэффициент клапана.

Пример

Нагрузка на систему отопления Q = 14 кВт;

Перепад температур в системах отопления DT = 20 °C;

Потери давления на клапане DP КЛ = 0,15 бар.

Решение:

Расход теплоносителя через клапан:

м 3 /ч.

Пропускная способность полностью открытого клапана:

м 3 /ч.

Данное значение К VS можно также найти по диаграмме.

По К VS = 1,6 м 3 /ч выбирается клапан Д У = 15 мм.

49. Расчет дроссельных шайб

Определение необходимого диаметра дроссельной шайбы d ш, мм, выполняется на основании расчета по формуле

,

где Δр ш - избыточное давление, гасимое дроссельной шайбой, МПа;

G – расход воды, протекающей через дроссельную шайбу, т/ч;

При расчете дроссельной шайбы, устанавливаемой на тепловом вводе

Δр ш =р в - Δр р,

где Δр р – потеря давления в системе отопления при расчетном расходе воды, МПа;

р в – располагаемый напор на тепловом вводе, МПа.

Отопительная система является одной из самых важных для жизнеобеспечения любого здания, особенно если речь идёт о жилых помещениях. В частных домах всё чаще встречаются системы автономного типа , а вот в многоквартирных домах ещё не ушли от центрального отопления .

Именно в подвалах многоэтажных домов возможно увидеть элеваторный узел отопления и, собственно, понять специфику его работы и то, какие возможности даёт его использование.

1.1 Принцип и схема работы узла

Теплоноситель подаётся к дому по трубам. Трубопровода всего два:

1. Подающий. Его основная функция подавать горячую воду в дом.
2. Обратный. Он, в свою очередь, отводит остывший, отдавший своё тепло, теплоноситель обратно в котельную.

Когда вода (теплоноситель) подходит в подвал здания, её ожидает три пути в зависимости от того, какой температуры она будет. В нашей стране существуют три основных тепловых режима:

• до 95 °С;
• до 130 °С;
• до 150 °С.

Когда вода нагрета до 95 °С, то в данном случает она сразу распределяется по системе отопления . Если же она превышает эту отметку, её необходимо охладить (этого требуют санитарные нормы). И в данном случае в дело «вступает» элеваторный узел отопления.

Охлаждение происходит за счёт смешивания в элеваторе горячей воды из подающей трубы и остывшей из обратной. Таким образом, элеваторный узел работает сразу как два устройства:

1. Как смеситель.
2. В качестве циркуляционного насоса.

Перегретая вода попадает в сопло элеватора, в то время, как в зону разряжения попадает вода из обратного трубопровода. Затем эти два потока оказываются в смешивающей камере, где, исходя из названия, происходит смешивание. И вот уже смешанная вода попадает к потребителю.

Помимо того, что использовать такое устройство значит применить наиболее простой и экономный способ охладить теплоноситель, при этом элеватор может ещё и повысить общую эффективность всей системы.

Кроме всего прочего, именно за счёт элеваторного узла мы имеем возможность экономить. Забирая из тепловой сети определённое небольшое количество воды, разбавляем её водой из обратного трубопровода, за тепло которой уже заплатили, и производим повторную «отправку» в квартиры.

1.2 Составляющие элеваторного узла системы отопления

Устройство имеет достаточно несложную конструкцию. Выделяют три основные составляющие устройства:

• сопло;
• струйный элеватор;
• камера разряжения.

Также существует такое понятие как «обвязка». Это специальная запорная арматура , контрольные термометры и манометры. Именно эти компоненты и составляют элеваторный узел отопления.

С функциональной точки зрения элеватор является смешивающим устройством, в который вода поступает, проходя через ряд фильтров. Эти фильтры находятся сразу после задвижки (входной) и очищают теплоноситель (воду) от грязи. По этой причине их часто называют грязевиками. Сама оболочка элеватора стальная.

2 Достоинства и недостатки подобного узла

Элеватор как и любая другая система имеет определённые сильные и слабые стороны.

Большое распространение такого элемента тепловой системы приобрело благодаря целому ряду достоинств, среди них:

• простота схемы устройства;
• минимальное обслуживание системы;
• долговечность устройства;
• доступная цена;
• независимость от электрического тока;
• коэффициент смешения не зависит от гидро-теплового режима внешней среды;
• наличие дополнительной функции: узел может выполнить роль циркуляционного насоса .

Недостатками данной технологии являются:

• отсутствие возможности проведения регулировки температуры теплоносителя на выходе;
• достаточно трудоёмкая процедура расчёта диаметра насадки-конуса, а также размеров камеры смешения.

У элеватора есть также небольшой нюанс, который касается установки – перепад давления между подающей линией и обратной должен находится в пределах 0,8-2 атм.

2.1 Схема подключения элеваторного узла к отопительной системе

Системы отопления и горячего водоснабжения (ГВС) являются в некоторой степени взаимосвязанными. Как говорилось выше, для отопительной системы необходима температура воды до 95°С, а в ГВС –на уровне 60-65 °С. Поэтому здесь также требуется использование элеваторного узла.

При централизованном теплоснабжении горячая вода, прежде чем попасть в радиаторы отопления многоквартирных домов, проходит через тепловой пункт. Там она доводится до необходимой температуры с помощью специального оборудования. С этой целью в подавляющем большинстве домовых тепловых пунктов, построенных во времена СССР, установлен такой элемент, как элеватор отопления. Рассказать, что он собой представляет и какие задачи выполняет, призвана данная статья.

Назначение элеватора в системе отопления

Теплоноситель, выходящий из котельной или ТЭЦ, имеет высокую температуру – от 105 до 150 °С. Естественно, что подавать в систему отопления воду с такой температурой недопустимо.

Нормативными документами эта температура ограничена пределом 95 °С и вот почему:

• в целях безопасности: можно получить ожоги от прикосновения к батареям;
• не всякие радиаторы могут функционировать при высоких температурных режимах, не говоря уже о полимерных трубах.

Снизить температуру сетевой воды до нормируемого уровня позволяет работа элеватора отопления. Вы спросите – а почему нельзя сразу направить в дома воду с требуемыми параметрами? Ответ лежит в плоскости экономической целесообразности, подача перегретого теплоносителя позволяет передать с одним и тем же объемом воды гораздо большее количество тепла. Если температуру снизить, то придется увеличить расход теплоносителя, а следом существенно вырастут диаметры трубопроводов тепловых сетей.

Итак, работа элеваторного узла, установленного в тепловом пункте, состоит в снижении температуры воды путем подмешивания в подающий трубопровод остывший теплоноситель из обратки. Следует отметить, что данный элемент считается устаревшим, хотя до сих пор повсеместно используется. Сейчас при устройстве тепловых пунктов применяются смешивающие узлы с трехходовыми клапанами либо пластинчатые теплообменники.

Как функционирует элеватор?

Если говорить простыми словами, то элеватор в системе отопления – это водяной насос, не требующий подведения энергии извне. Благодаря этому, да еще простой конструкции и низкой стоимости, элемент нашел свое место практически во всех тепловых пунктах, что строились в советское время. Но для его надежной работы нужны определенные условия, о чем будет сказано ниже.

Чтобы понять устройство элеватора системы отопления, следует изучить схему, представленную выше на рисунке. Агрегат чем-то напоминает обычный тройник и устанавливается на подающем трубопроводе, своим боковым отводом он присоединяется к обратной магистрали. Только через простой тройник вода из сети проходила бы сразу в обратный трубопровод и прямо в систему отопления без снижения температуры, что недопустимо.

Стандартный элеватор состоит из подающей трубы (предкамеры) со встроенным соплом расчетного диаметра и смесительной камеры, куда подводится остывший теплоноситель из обратки. На выходе из узла патрубок расширяется, образуя диффузор. Агрегат действует следующим образом:

• теплоноситель из сети с высокой температурой направляется в сопло;
• при прохождении через отверстие малого диаметра скорость потока возрастает, из-за чего за соплом возникает зона разрежения;
• разрежение вызывает подсасывание воды из обратного трубопровода;
• потоки смешиваются в камере и выходят в систему отопления через диффузор.

Как происходит описанный процесс, наглядно показывает схема элеваторного узла, где все потоки обозначены разными цветами:

Непременное условие устойчивой работы узла заключается в том, чтобы величина перепада давления между подающей и обратной магистралью сети теплоснабжения было больше, чем гидравлическое сопротивление отопительной системы.

Наряду с явными преимуществами данный смесительный узел обладает одним существенным недостатком. Дело в том, что принцип работы элеватора отопления не позволяет регулировать температуру смеси на выходе. Ведь что для этого нужно? Изменять при необходимости количество перегретого теплоносителя из сети и подсасываемой воды из обратки. Например, чтобы температуру снизить, надо уменьшить расход на подаче и увеличить поступление теплоносителя через перемычку. Этого можно добиться только уменьшением диаметра сопла, что невозможно.

Проблему качественного регулирования помогают решить элеваторы с электроприводом. В них посредством механического привода, вращаемого электродвигателем, увеличивается или уменьшается диаметр сопла. Это реализовано за счет дроссельной иглы конусной формы, входящей в сопло изнутри на определенное расстояние. Ниже изображена схема элеватора отопления с возможностью управления температурой смеси:

1 – сопло; 2 – дроссельная игла; 3 – корпус исполнительного механизма с направляющими; 4 – вал с зубчатым приводом.

Примечание. Вал привода может снабжаться как рукояткой для управления вручную, так и электродвигателем, включаемым дистанционно.

Появившийся относительно недавно регулируемый элеватор отопления позволяет производить модернизацию тепловых пунктов без кардинальной замены оборудования. Учитывая, сколько еще подобных узлов функционирует на просторах СНГ, подобные агрегаты приобретают все большую актуальность.

Расчет элеватора отопления

Следует отметить, что расчет водоструйного насоса, коим является элеватор, считается довольно громоздким, мы постараемся подать его в доступной форме. Итак, для подбора агрегата нам важны две главных характеристики элеваторов – внутренний размер смесительной камеры и проходной диаметр сопла. Размер камеры определяется по формуле:

• dr – искомый диаметр, см;
• Gпр – приведенное количество смешанной воды, т/ч.

В свою очередь, приведенный расход вычисляется таким образом:

В этой формуле:

• τсм – температура смеси, идущей на отопление, °С;
• τ20 – температура остывшего теплоносителя в обратке, °С;
• h2 – сопротивление отопительной системы, м. вод. ст.;
• Q – потребный расход тепла, ккал/ч.

Чтобы подобрать элеваторный узел системы отопления по размеру сопла, надо его рассчитать по формуле:

• dr – диаметр смесительной камеры, см;
• Gпр – приведенный расход смешанной воды, т/ч;
• u – безразмерный коэффициент инжекции (смешивания).

Первые 2 параметра уже известны, остается только отыскать значение коэффициента смешивания:

В этой формуле:

• τ1 – температура перегретого теплоносителя на входе в элеватор;
• τсм, τ20 – то же, что и в предыдущих формулах.

Примечание. Для расчета сопла надо взять коэффициент u, равный 1.15u’.

Опираясь на полученные результаты, осуществляется подбор агрегата по двум основным характеристикам. Стандартные размеры элеваторов обозначены номерами от 1 до 7, принимать надо тот, что ближе всего к расчетным параметрам.

Заключение

Поскольку реконструкции всех тепловых пунктов произойдут нескоро, элеваторы еще долго будут служить там в качестве смесителей. Поэтому знание их устройства и принципа действия будет полезным определенному кругу людей.

Основной расчетной характеристикой для элеватора является коэффициент смешения U, определяющий отношение расхода охлажденной воды системы к расходу горячей воды тепловой сети:

где:t c – температура воды теплой сети, о С;

t r – температура горячей воды системы отопления, о С;

t o – температура охлажденной воды системы отопления, о С.

Для подбора элеватора определяем давление, создаваемое насосом ∆p нас, Па, по формуле:

. (20)

где p э – располагаемое давление в тепловой сети на вводе в здание перед элеватором.

Диаметр горловины элеватора (камеры смешения) d r , мм, определяем по формуле:

. (21)

где G с – расчетный расход сетевой воды, кг/ч.

. (22)

где: с – теплоемкость воды, равная 4,18 кДж/(кг* 0 С);

β 1 – поправочный коэффициент, учитывающий дополнительный тепловой поток устанавливаемых ОП за счет округления сверх расчетной величины (β 1 =1,05);

β 2 - поправочный коэффициент, учитывающий дополнительные теплопотери ОП у наружных ограждений (β 2 =1,02).

По формуле (19) определяем коэффициент смешения, для которого t r =95 о С, t c =130 о С, t o =70 о С

U = (130-95)/(95-70) =1,4;

Определяем давление создаваемое насосом по формуле (20), для которого p э =120 кПа

∆p нас = 120/(1,4*(1+1,4) 2)=14,88 кПа;

Расчетный расход сетевой воды определяем по формуле (22) для которого β 1 =1,05, β 2 =1,02.

Диаметр горловины элеватора (камеры смешения) определяем по формуле (21):

мм.

По таблице 1 выбираем элеватор №5 с диаметром камеры смешения 35 мм и длиной 625 мм.

5 Гидравлический расчет системы водяного отопления

Гидравлический расчет системы водяного отопления производим для определения диаметров теплопроводов при заданной тепловой нагрузке и расчетном циркуляционном давлении. Расчет производим по методу средних удельных потерь.

Первоначально выбираем главное циркуляционное кольцо, проходящее через верхний отопительный прибор дальнего стояка. Определяем среднее значение удельного падения давления по главному циркуляционному кольцу:

, (24)

где K- коэффициент, учитывающий долю потери давления на местные сопротивления(для систем с искусственной циркуляцией k=0.35);

l – суммарная длина расчетных участков, м.

p c – расчетное циркуляционное давление(принимаем равным p нас (формула 20))

Определяем расход воды расчетных участков G уч, кг/ч:

, (25)

где Q – тепловая нагрузка участка, составленная из тепловых нагрузок отопительных приборов, Вт;

С – теплоемкость воды – 4,18 кДж/(кгС);

t 2 - t 0 – перепад температур в системе, С

Ориентируясь на R уд ср и G уч с помощью таблицы-приложения 6 подбираем фактический диаметр участка d и величину удельной потери давления на трение на каждом участке, перемножая R уд ф с длиной участка.

Находим потери давления на местные сопротивления:

, (26)

где P д – значение динамического давления, Па (приложение 7, стр. 457),

 - коэффициент местного сопротивления(приложение 5).

Местное сопротивление тройников и крестовин относят к расчетным участкам с меньшим расходом воды; местное сопротивление отопительных приборов учитывается поровну в каждом примыкающем к ним трубопроводе.

Общие потери давления на участке при выбранных диаметрах:

, (27)

Далее суммируем все потери в кольце, причем получившееся число должно быть в пределах от(0,9 - 0,95)P c располагаемого давления в кольце. Если условие это не выполняется, то необходимо выполнить перерасчет участков до выполнения условия.

Данные заносим в таблицу 5.1

Таблица 5.1 - Ведомость расчетов вентиляционных каналов

6 Конструирование и расчет вытяжной вентиляции .

Жилое здание оборудуем вытяжной естественной канальной вентиляцией. Количество удаляемого воздуха должно быть не менее 3м 3 /ч на 1м 2 жилой площади. Удаление воздуха производим через решетки, расположенные на 0,5м ниже потолка. Согласно правилам пожарной безопасности не присоединяют к одному вытяжному каналу помещения, расположенные на разных этажах. Движение воздуха в воздуховоде возникает за счет разности давлений внутри помещения и снаружи у выхода воздуховода; называемой располагаемым давлением, определяемым как:

, (28)

где h-высота, в метрах, воздушного столба от середины вытяжного отверстия до устья шахты;

 н - плотность наружного воздуха при t н =5С ( н -1,27кг/м 3);

 в - плотность воздуха вентилируемого помещения при 18С ( в =1,21 кг/м 3) .

В качестве расчетной ветви принимаем вентканал верхнего этажа, как наиболее близко расположенный к устью шахты.

Предварительно определяем площадь сечения канала F,м 2 , по формуле:

, (29)

где W-скорость воздуха в канале, м/с.

L-воздухообмен вентилируемого помещения, м 3 /ч.

, (30)

Производим перерасчет прямоугольного канала на эквивалентный диаметр d э, м, по формуле:

, (31)

где a и b – размеры сторон прямоугольного воздуховода, мм.

По величине W и d э по номограмме определяем величину удельного сопротивления R, Па/м. Потери давления в ветви вентиляции p пот,Па, определяем как сумму потерь давления на трение и местные сопротивления:

где l – длина ветви участка, м;

 - коэффициент шероховатости (табл. А17);

 - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке, определяем на основании таблицы А18;

p  - динамическое давление, Па, определим по номограмме(рисунок А2.

Величина потерь давления должна быть равна или меньше располагаемого давления. Если отклонение в потерях давления составляет более 10%, необходимо изменить размеры сечения канала. Результаты измерений заносим в таблицу 6.1.

Lк=90<3*54,95=164,85м 3 /ч. Принимаем Lк=165 м 3 /ч.

Lсу(2)=50<3*64,45=193,35м 3 /ч. Принимаем Lк=194 м 3 /ч.

Lсу(1)=25+25=50 м 3 /ч.