Централизованное отопление, несмотря на все настоящие и мнимые его недостатки по-прежнему является наиболее распространенным способом обогрева как многоквартирных жилых зданий, так и общественных и промышленных.

Принцип работы централизованного отопления

Общая схема достаточно проста: котельная или ТЭЦ нагревает воду, подает ее в магистральные теплопроводные трубы, а затем на тепловые пункты – жилые здания, учреждения и так далее. При перемещении по трубам вода несколько охлаждается и в конечном пункте температура ее ниже. Чтобы компенсировать охлаждение, котельная нагревает воду до более высокого значения. Величина нагрева зависит от температуры на улице и температурного графика.

• Например, при графике 130/70 при температуре на улице 0 С, параметр воды, подаваемой в магистраль, составляет 76 градусов. А при -22 С – не менее 115. Последнее вполне укладывается в рамки физических законов, так как трубы представляют собой закрытый сосуд, а теплоноситель перемещается под давлением.

Очевидно, что столь перегретая вода не может подаваться в систему, так как возникает эффект перетопа. При этом сильно изнашиваются материалы трубопроводов и радиаторов, поверхность батарей перегревается вплоть до риска получения ожогов, а пластиковые трубы в принципе не рассчитаны на температуру теплоносителя выше 90 градусов.

Для нормального обогрева необходимо соблюдением еще нескольких условий.

• Во-первых, давление и скорость движения воды. Если она невелика, то в ближайшие квартиры поставляется перегретая вода, а в дальние, особенно угловые – слишком холодная, в результате чего дом отапливается неравномерно.
• Во-вторых – для правильного прогрева необходим определенный объем теплоносителя. Из магистрали тепловой узел получает около 5–6 кубометров, в то время как для системы необходимо 12–13.

Именно для решения всех вышеперечисленных вопросов и используется элеватор отопления. На фото представлен образец.

Элеватор отопления: функции

Это устройство относится к категории отопительной техники и выполняет несколько функций.

• Понижение температуры воды – так как поставляемая жидкость слишком горячая, то перед подачей ее следует охладить. При этом скорость подачи не должна теряться. Аппарат смешивает подаваемый теплоноситель с водой из обратного трубопровода, тем самым снижая температуру и не уменьшая скорости.

• Создание объема теплоносителя – благодаря описанному выше смешению подаваемой воды и жидкости из обратки получается необходимый для нормального функционирования объем.
• Функция циркуляционного насоса – забор воды из обратки и подача теплоносителя в квартиры осуществляется за счет перепада давления перед элеватором отопления. При этом электроэнергия не используется. Регуляция температуры подаваемой воды и ее расход осуществляется путем изменения размера отверстия в сопле.

Принцип работы устройства

Аппарат представляет собой довольно большую емкость, так как включает камеру смешения. Перед камерой устанавливаются грязеуловители и сетчато-магнитные фильтры: качество водопроводной воды в наших городах никогда не бывает высоким. На фото демонстрируется схема элеватора отопления.

Очищенная вода попадает в камеру смешения с большой скоростью. За счет разрежения вода из обратки подсасывается самопроизвольно и смешивается с перегретой. Теплоноситель через сопло подается в сеть. Понятно, что размер отверстия в сопле определяет температуру воды и давление. Выпускаются приборы с регулируемым соплом и постоянным, общий принцип работы у них одинаков.

Между напором внутри подающей трубы и сопротивлением элеватора отопления должно соблюдаться определенное соотношение: 7 к 1. При других показателях работа устройства будет неэффективной. Также имеет значение и давление в подающей трубе и обратке – оно должно быть практически одинаковым.

Элеватор отопления с регулируемым соплом

Принцип работы аппарата точно такой же: смешивание теплоносителя и распределение по сети за счет возникающего перепада давлений. Однако регулируемое сопло позволяет устанавливать разную температуру для определенного времени суток, например, и тем самым экономить тепло.

• Сам по себе размер диаметра не изменяется, но в регулируемом сопле установлен дополнительный механизм. В зависимости от указанного на датчике значения дроссельная игла перемещается вдоль сопла, уменьшая или увеличивая его рабочее сечение, что и изменят размер отверстия. Работа механизма требует электропитания. На фото – элеватор отопления с регулируемым соплом.

Наибольшую выгоду от аппарата получают общественные учреждения и промышленные объекты, так как для
большинства из них обогрев помещений ночью не является необходимостью – вполне достаточно поддержки минимального режима. Возможность установить меньшую температуру в ночное время существенно сокращает расход теплоэнергии. Экономия может достигать 20–25%.

В жилых многоквартирных домах устройство с регулируемым соплом используется значительно реже, и зря: в ночное время температура +17–18 С вместо 22–24 С является более комфортной. Снижение температурного показателя также позволяет уменьшить расходы на обогрев.

Отопительная система является одной из важнейших систем жизнеобеспечения дома. В каждом доме применяется определенная система отопления, но не каждый пользователь знает, что такое элеваторный узел отопления и как он работает, его назначение и те возможности, которые предоставляются с его применением.

Элеватор отопления с электроприводом

Принцип функционирования

Наилучшим примером, который покажет элеватор отопления принцип работы, будет многоэтажный дом. Именно в подвале многоэтажного дома среди всех элементов можно отыскать элеватор.

Первым делом, рассмотрим, какой в данном случае имеет элеваторный узел отопления чертеж. Здесь два трубопровода: подающий (именно по нему горячая вода идет к дому) и обратный (остывшая вода возвращается в котельную).

Схема элеваторного узла отопления

Из тепловой камеры вода попадает в подвал дома, на входе обязательно стоит запорная арматура. Обычно это задвижки, но иногда в тех системах, которые более продуманы, ставят шаровые краны из стали.

Как показывают стандарты, есть несколько тепловых режимов в котельных:

• 150/70 градусов;
• 130/70 градусов;
• 95(90)/70 градусов.

Когда вода нагреет до температуры не выше 95-ти градусов, тепло будет распределено по отопительной системе при помощи коллектора. А вот при температуре выше нормы – выше 95 градусов, все становится намного сложнее. Воду такой температуры нельзя подавать, поэтому она должна быть уменьшена. Именно в этом и состоит функция элеваторного узла отопления. Заметим также и то, что охлаждение воды таким образом – это самый простой и дешевый способ.

Назначение и характеристики

Элеватор отопления охлаждает перегретую воду до расчетной температуры, после этого подготовленная вода попадает в отопительные приборы, которые размещены в жилых помещениях. Охлаждение воды случается в тот момент, когда в элеваторе смешивается горячая вода из подающего трубопровода с остывшей из обратного.

Схема элеватора отопления наглядно показывает, что данный узел способствует увеличению эффективности работы всей отопительной системы здания. На него возложено сразу две функции – смесителя и циркуляционного насоса. Стоит такой узел недорого, ему не требуется электроэнергия. Но элеватор имеет и несколько недостатков:

• Перепад давления между трубопроводами прямого и обратного подавания должен быть на уровне 0,8-2 Бар.
• Нельзя регулировать выходной температурный режим.
• Должен быть точный расчет для каждого компонента элеватора.

Элеваторы широко применимы в коммунальном тепловом хозяйстве, так как они стабильны в работе тогда, когда в тепловых сетях изменяется тепловой и гидравлический режим. За элеватором отопления не требуется постоянно следить, все регулирование заключается в выборе правильного диаметра сопла.

Элеватор отопления состоит из трех элементов – струйного элеватора, сопла и камеры разрежения. Также есть и такое понятие, как обвязка элеватора. Здесь должна применяться необходимая запорная арматура, контрольные термометры и манометры.

На сегодняшний день можно встретить элеваторные узлы системы отопления, которые могут с электрическим приводом отрегулировать диаметр сопла. Так, появится возможность автоматически регулировать температуру носителя тепла.

Подбор элеватора отопления такого типа обусловлен тем, что здесь коэффициент смешения меняется от 2 до 5, в сравнении с обычными элеваторами без регулирования сопла, этот показатель остается неизменным. Так, в процессе применения элеваторов с регулируемым соплом можно немного снизить расходы на отопление.

Конструкция данного вида элеваторов имеет в своем составе регулирующий исполнительный механизм, обеспечивающий стабильность работы системы отопления при небольших расходах сетевой воды. В конусообразном сопле системы элеватора размещается регулирующая дроссельная игла и направляющее устройство, которое закручивает струю воды и играет роль кожуха дроссельной иглы.

Этот механизм имеет вращающийся от электропривода или вручную зубчатый валик. Он предназначен для перемещения дроссельной иглы в продольном направлении сопла, изменяет его эффективное сечение, после чего расход воды регулируется. Так, можно повысить расход сетевой воды от расчетного показателя на 10-20%, или уменьшить его практически до полного закрытия сопла. Уменьшение сечения сопла может привести к увеличению скорости потока сетевой воды и коэффициента смешения. Так температура воды снижается.

Неисправности элеваторов отопления

Схема элеваторного узла отопления неисправности может иметь такие, которые вызваны поломкой самого элеватора (засорение, увеличение диаметра сопла), засорением грязевиков, поломкой арматуры, нарушениями настройки регуляторов.

Поломка такого элемента, как устройство элеватора отопления, может быть замечена по тому, как появляются перепады температуры до и после элеватора. Если разница большая – то элеватор неисправен, если разница незначительная – то он может быть засорен или диаметр сопла увеличен. В любом случае, диагностика поломки и ее ликвидация должны быть произведены только специалистом!

Если сопло элеватора засоряется, то он снимается и прочищается. Если расчетный диаметр сопла увеличивается вследствие коррозии или своевольного сверления, то схема элеваторного узла отопления и отопительная система в целом – придет в состояние разбалансированности.

Приборы, которые установлены на нижних этажах, перегреются, а на верхних – недополучат тепло. Такая неисправность, которую претерпевает работа элеватора отопления, ликвидируется заменой на новое сопло с расчетным диаметром.

Засорение грязевика в таком устройстве, как элеватор в системе отопления, можно определить по тому, как увеличился перепад давления, контролируемого манометрами до и после грязевика. Такое засорение удаляется при помощи сброса грязи через краны спуска грязевика, которые размещены в его нижней части. Если так засор не удаляется, то грязевик разбирается и очищается изнутри.

Для жилых зданий температура теплоносителя, поступающего в нагревательные приборы по санитарным нормам не должна превышать 95°С, а в магистралях тепловых сетей может подаваться перегретая вода температурой 130-150°С. Следовательно необходимо понижение температуры теплоносителя до требуемой величины. Достигается это с помощью элеватора , установленного в узле управления системой отопления здания. Принцип действия элеватора заключается в следующем: перегретая вода из подающей магистрали поступает в конусное съемное сопло, где скорость движения воды резко возрастает, в результате чего струя воды выходящая из сопла в камеру смешивания, подсасывает охлажденную воду из обратного трубопровода через перемычку в о внутреннюю полость элеватора. При этом в элеваторе происходит смешение перегретой и охлажденной воды, поступающей из системы отопления. Таким образом, вода требуемой температуры поступает в нагревательные приборы системы отопления. Что бы защитить элеватор от попадания крупных частиц в конус, что может частично или полностью прекратить его работу, перед элеватором обязательно устанавливают грязевик.

Широкое распространение элеваторов вызвано их постоянной устойчивой работой при изменении теплового и гидравлического режима в тепловых сетях. Так же элеваторы не требуют постоянного наблюдения, а регулировка его производительности заключается лишь в выборе правильного диаметра сопла. Подбор размеров и диаметров труб элеваторного узла, а так же выбор диаметра сопла должен осуществляться только в проектном бюро, имеющем соответствующую компетенцию.

Схема элеваторного узла

1 - подющий теплопровод; 2 - обратный теплопровод; 3 - задвижки; 4 - водомер; 5 - грязевики; 6 - манометры; 7 - термометры; 8 - элеватор; 9 - нагревательные приборы системы отопления.

Рассмотрим подробнее принцип действия элеватора:

1 - сопло; 2 - камера всасывания; 3 - камера смешения; 4 - диффузор.

Сетевая вода поступает в суживающееся сопло и на выходе приобретает значительную скорость, благодаря срабатыванию перепада давления в сопле от Р 1 до Р 0 . В результате давление в камере всасывания становится ниже Р 2 , и рабочая струя захватывает пассивные массы окружающей воды, передавая им часть своей энергии. Таким образом, происходит подсос воды из обратной линии. В камере смешения скорость потока выравнивается с некоторым возрастанием давления к концу камеры (примем это давление условно постоянным ввиду незначительности его повышения). В диффузоре поток тормозится, скорость снижается, а давление возрастает до Р 3 .

Основной характеристикой элеватора является коэффициент смешения (инжекции) - отношение количества инжектируемой воды G 2 к количеству воды, поступающей из тепловой сети G 1 :

U = G 2 / G 1 .

Чаще применяется другое соотношение, выводимое из уравнения теплового баланса элеватора:

G 1 c 1 t 1 + G 2 c 2 t 2 = G 3 c 3 t 3 .

При условии, что G 3 = G 2 + G 1 ,

U = (t 1 - t 3)/(t 3 - t 2).

Если тепловая сеть работает по графику 150 - 70 0 С, а система отопления по графику 95 - 70 0 С, то коэффициент смешения элеватора должен быть

U = (150 - 95)/(95 - 70) = 2,2.

Это означает, что на каждую единицу массы высокотемпературной сетевой воды должно приходиться при смешении 2,2 массы охлажденной обратной воды после системы отопления.

Схемы с элеватором уже не отвечают возросшим условиям надежности, качества и повышения экономичности систем теплоснабжения в целом. Кроме того, ограничивается возможность автоматического регулирования систем отопления.

Если для надежной работы элеватора перепад давлений между подающей и обратной линиями на абонентском вводе недостаточен, то применяют смесительные насосы. Они снизят температуру воды, подаваемой в систему отопления, и обеспечат циркуляцию.

Элеваторный узел системы отопления используется для подключения дома к внешней тепловой сети (источнику теплоснабжения) при необходимости снижения температуры теплоносителя посредством подмешивания к нему воды из обратного трубопровода.

Функции и характеристики

При правильной установке элеваторный узел системы отопления выполняет циркуляционную и смесительную функции. Данное устройство имеет следующие преимущества:

• Отсутствие подключения к электрической сети.
• Эффективность работы.
• Простота конструкции.

Недостатки:

• Невозможность регулирования температуры на выходе.
• Требуется точный расчет и подбор.
• Между обратным и подающим трубопроводом необходимо соблюдать перепад давлений.

Элеваторный узел системы отопления: схема

Конструкцией данного устройства предусмотрено наличие следующих элементов:

• Сопло.
• Камера разряжения.
• Струйный элеватор.

Дополнительно элеваторный узел системы отопления комплектуется манометрами, термометрами и запорной арматурой.

В качестве альтернативы данному устройству можно использовать оборудование с автоматическим регулированием температуры. Оно экономичнее, более энергосберегающее, но стоит значительно дороже. А главное, что это оборудование не способно работать при отсутствии электричества.

По этой причине установка элеватора на сегодняшний день является актуальной. Для него характерен ряд неоспоримых преимуществ, и он будет еще долгое время использоваться коммунальными предприятиями.

Роль элеваторного узла

Обогрев отечественных многоквартирных домов осуществляется за счет централизованной отопительной системы. Для этой цели в маленьких и больших городах возводятся небольшие ТЭЦ и котельные. Каждый из этих объектов вырабатывает тепло для нескольких домов или микрорайонов. Недостатком такой системы является существенная потеря тепла.

При слишком продолжительном пути теплоносителя невозможно регулировать температуру перемещаемой жидкости. По этой причине каждый дом должен быть оборудован элеваторным узлом. Это позволит решить многие проблемы: существенно уменьшит расход тепла, предотвратит аварии, которые могут возникнуть в результате обесточивания или выхода из строя оборудования.

Этот вопрос особенно актуальным становится в осенний и весенний периоды года. Теплоноситель нагревается в соответствии с установленными стандартами, однако его температура зависит от наружной температуры воздуха.

Таким образом, в ближайшие дома, по сравнению с теми, что расположены дальше, поступает более горячий теплоноситель. Именно по этой причине так необходим элеваторный узел системы центрального отопления. Он разбавит перегретый теплоноситель холодной водой и тем самым компенсирует потери тепла.

Принцип действия

Элеваторный узел системы отопления функционирует следующим образом:

• Из магистральной сети теплоноситель направляется в суженное на выходе сопло, а затем благодаря перепаду давлений происходит его ускорение.
• Перегретый теплоноситель из сопла выходит с повышенной скоростью и с пониженным давлением. Таким образом создается разряжение и подсасывание жидкости в элеватор из обратного трубопровода.
• Регулирование количества перегретого и охлажденного обратного теплоносителя должно происходить таким образом, чтобы температура жидкости, выходящей из элеватора, соответствовала проектной величине.

Элеваторный узел системы отопления: размеры

Виды

Различают два вида этих устройств:

• Элеваторы, не поддающиеся регулированию.
• Элеваторы, регулирование работы которых осуществляется посредством электропривода.

В процессе установки любого из них очень важно соблюдать герметичность. Данное оборудование устанавливается в систему отопления, которая уже функционирует. Поэтому перед монтажом рекомендуется изучить место, где планируется последующее размещение этого оборудования. Данный вид работ рекомендуется доверить специалистам, которые способны разобраться в схеме, а также разработать чертежи и выполнить расчеты.

Элеватор выбирается по диаметру горловины d Г в зависимости от располагаемой разности давлений в подающем и обратном теплопроводе на вводе в здание. Диаметр горловины элеватора d Г, мм, определяется по формуле 5.1:

G СО – расход воды в системе отопления, определяемый по формуле 5.2:

Q ОТ = 44443,6 Вт – тепловая мощность системы отопления всего здания;

ΔР СО – насосное давление, создаваемое элеватором, Па, определяется по формуле 5.3:

Δp ТС – разность давления в теплопроводах теплосети на вводе в здание, 75кПа;

u – коэффициент смешения в элеваторе, определяется по формуле 5.4:

Принимаем ближайший стандартный элеватор №1, имеющий параметры:

диаметр горловины d Г = 15 мм,

диаметр трубы d У = 40 мм,

длина элеватора L= 425 мм. (По прил. 8 методических указаний.)

Согласно принятых параметров рассчитаем диаметр сопла d С по формуле 5.5:

(5.5)

5.3 Гидравлический расчет системы отопления

Гидравлический расчет трубопроводов сводится к подбору диаметров подводок, стояков и магистралей таким образом, чтобы при заданном циркуляционном давлении к каждому прибору поступало расчетное количество теплоты (теплоносителя), равное тепловой мощности системы отопления данного помещения.

Для расчета необходимо выделить главное циркуляционное кольцо, проходящее через наиболее удаленный и нагруженный стояк наиболее нагруженной ветви. В нашем случае, расчет главного циркуляционного кольца будем проводить через стояк № 1.

Определим расчетное циркуляционное давление для главного циркуляционного кольца по формуле 5.6:

Б – коэффициент, для двухтрубных систем, равный 0.4;

∆Р СО = – насосное давление, передаваемое элеватором в систему отопления, равно8436Па;

∆Р е – естественное давление от остывания воды в отопительных приборах,

Па, определяемое по формуле 5.7 (для двухтрубных систем):

∆Р е = 6,3h(t Г –t 0); (5.7)

h– высота расположения центра прибора первого этажа относительно оси элеватора, м;

t Г = 95ºС – температура воды в подающей магистрали отопления;

t 0 = 70ºС – температура воды в обратной магистрали;

h= 1,80 м (см. аксонометрическую схему и схему элеваторного узла);

Р Ц =8436 + 0,4 ∙ 6,3 ∙ 1,8 ∙ (95 – 70) = 8549,4 Па

Расчет двухтрубного стояка гцк

Определяют длину труб стояка от подающей до обратной магистрали, включая подводки к приборам. Находят количество воды G (по формуле 5.2). Задают диаметры труб таким образом, чтобы скорость движения воды не превышала 1 м/с, и по номограмме для G определяют удельные потери давления P y , Па/м, на 1 погонный метр трубы, учитывающие потери на трение и в местных

сопротивлениях. Тогда потери давления на участке вычисляются по формуле 5.8:

Р СТ = P У ∙ l, (5.8)

где l – длина участка стояка или магистрали, м.

Полные потери давления в стояке должны быть в пределах (0,1-0,15)Р Ц.

Расчет магистралей.

Потери давления в магистралях Р МАГ составляют 0,9(Р Ц –Р СТ). В таблицу 5.1 заносят номера участков, их тепловые нагрузки и длины. Определяют количество воды на участках G, кг/ч. Ориентировочные удельные потери давления в магистралях Р У.ОР рассчитываются по формуле 5.9:

где Ʃl МАГ – суммарная длина всех участков магистралей ГЦК, м.

Диаметры труб подбирают таким образом, чтобы скорость движения воды не превышала 1 м/с и удельные потери давления Р У, определяемые по номограмме, были бы наиболее близки к Р У.ОР. По принятому диаметру труб и фактическому расходу воды по той же номограмме определяют фактические удельные потери давления Р у и скорость движения воды V. Значения Р у,V записываются в таблицу 5.1, затем вычисляют полные потери давления на участках по формуле 5.8 по всему ГЦК.

Расчёт ГЦК считается законченным, если запас давления, определяемый по

формуле 5.10, равен 5-10%:

Р ЗАП =(Р Ц – Р ЦК) / Р Ц ∙100% (5.10)

Р ЦК = Р МАГ + Р СТ – суммарные потери давления на всех участках магистралей и стояке ГЦК, Па. Если Р ЦК больше Р Ц, значит, диаметры труб занижены. На участках следует увеличить диаметры труб и сделать пересчёт потерь давления. Если значения Р ЦК окажется значительно меньше Р Ц, то следует уменьшить диаметры труб отдельных участков, потери давления на которых малы.

Расчеты сведены в таблицу 5.1.

Предварительный расчет:

0,15  Р Ц = 8549,4  0,15 = 1282,5 Па

Р СТ = 3289,04 >> 1282,5 Па, поэтому принимаем диаметр труб стояка – 15 мм вместо 10.

Р СТ = 1364,5 ≈ 1282,5 Па, но если увеличить диаметр труб ещё, то потери давления на стояке составят намного меньше 10% от РЦ (около 2%).

P МАГ = 0,9 (8549,4 –1364,5) = 6467 Па, L МАГ =54,7 м, Р У.ОР. = 118 Па/м.

Р ЦК = 6986,9 + 1364,5 = 8351,4 Па

Р ЗАП = (8549,4 – 8351,4) / 8549,4  100% = 2,3% < 5%

Окончательный расчет:

Принимаем диаметр участка №15 32 мм вместо 25 мм, чтобы увеличить запас:

Р ЗАП = (8549,4 – 7982,3) / 8549,4  100% = 6,6%.

5.4 Расчет поверхности и подбор отопительных приборов:

Для расчета по заданию принимаем тип отопительных приборов – радиатор чугунный секционный М-140-АО.

Техническая характеристика (для одной секции):

номинальный тепловой поток одной секции q H = 595 Вт/секц.

Требуемое число секций отопительного прибора рассчитывается по формуле 5.11:

q оп – расчетный тепловой поток одной секции, Вт/секц, вычисляемый по формуле 5.12:

q H = 595 Вт/секц – номинальный тепловой поток одной секции, Вт/секц;

n, p – экспериментальные показатели, учитывающие влияние типа отопительного прибора, направление движения и количество проходящей воды;

 1 – коэффициент, учитывающий направление движения воды в приборе;

Δt – разность средней температуры воды в радиаторе и температуры воздуха в помещении, o C, можно найти по формуле 5.13:

Δt = 0,5  (t ВХ +t ВЫХ) – t В (5.13)

t ВХ ≈ t Г = 95 o C, t ВЫХ ≈ t 0 = 95 o C

Значение коэффициента приборов β1 и показателей степени n и р берутся из таблицы 5.2.

Таблица 5.2

Отметим, что при двухтрубной системе у всех приборов схема присоединения сверху-вниз.

Расчет приборов сведён в таблицу 5.3.

Полученное число секций N P округляют до целого Nуст следующим образом:

если десятичная часть больше 0,28 - в сторону увеличения,

если меньше или равна 0,28 - в сторону уменьшения.

Таблица 5.3