Узел управления отопления автоматизированный, схема

Технические характеристики стандартных изделий

Линейка элеваторов заводского изготовления состоит из 7 типоразмеров, каждому присвоен номер. При подборе учитывается 2 основных параметра – диаметр горловины (камеры смешения) и рабочего сопла. Последнее представляет собой съемный конус, который при необходимости меняется.

Размеры составных элементов изделия смотрите ниже в таблице

Замена сопла производится в двух случаях:

Когда проходное сечение детали увеличивается в результате естественного износа. Причина выработки – трение абразивных частиц, содержащихся в теплоносителе.
Если необходимо изменить коэффициент смешивания – повысить либо снизить температуру воды, подающейся в домовую систему теплоснабжения.

Номера стандартных элеваторов и основные размеры приведены в таблице (сопоставляйте с обозначениями на чертеже).

Обратите внимание: в технических характеристиках не указывается проходное сечение сопла, поскольку этот диаметр рассчитывается отдельно. Чтобы подобрать номер готового элеваторного тройника под конкретную отопительную систему, необходимо также вычислить потребный размер смесительно-инжекционной камеры

Устройство и принцип работы элеватора отопления

В точке входа трубопровода тепловых сетей, обычно в подвале, в глаза бросается узел, который соединяет трубы подачи и «обратки». Это элеватор — смесительный узел для отопления дома. Изготовляется элеватор в виде чугунной или стальной конструкции снабженной тремя фланцами. Это обычный элеватор отопления принцип работы его основан на законах физики. Внутри элеватора находится сопло, приемная камера, смесительная горловина и диффузор. Приемная камера соединяется с «обраткой» с помощью фланца.

Перегретая вода поступает на вход элеватора и проходит в сопло. Вследствие сужения сопла скорость потока увеличивается, а давление уменьшается (закон Бернулли). В область пониженного давления подсасывается вода из «обратки» и смешивается в смесительной камере элеватора. Вода уменьшает температуру до нужного уровня и одновременно уменьшается давление. Элеватор работает одновременно как циркуляционный насос и смеситель. Таков вкратце принцип работы элеватора в системе отопления здания или сооружения.

Схема теплового узла

Регулировку подачи теплоносителя осуществляют узлы элеваторные отопления дома. Элеватор – основной элемент теплового узла, нуждается в обвязке. Регулировочное оборудование чувствительно к загрязнениям, поэтому в обвязку входят грязевые фильтры, которые подключаются к «подаче» и «обратке».

В обвязку элеватора входят:

грязевые фильтры;
манометры (на входе и выходе);
термодатчики (термометры на входе элеватора, на выходе и на «обратке»);
задвижки (для проведения профилактических или аварийных работ).

Это самый простой вариант схемы для регулировки температуры теплоносителя, но она часто используется как базовое устройство теплового узла. Базовый узел элеваторный отопления любых зданий и сооружений, обеспечивает регулировку температуры и давления теплоносителя в контуре.

Преимущества его применения для отопления больших объектов, домов и высоток:

безотказность, благодаря простоте конструкции;
низкая цена монтажа и комплектующих деталей;
абсолютная энергонезависимость;
существенная экономия потребления теплоносителя до 30%.

Но при наличии бесспорных преимуществ использования элеватора для систем отопления следует отметить и недостатки применения этого прибора:

расчет делается индивидуально для каждой системы;
нужен обязательный перепад давления в системе отопления объекта;
если элеватор нерегулируемый, то невозможно изменить параметры контура отопления.

Элеватор с автоматической регулировкой

В настоящее время созданы конструкции элеваторов, в которых при помощи электронной регулировки можно изменять сечение сопла. В таком элеваторе имеется механизм, который перемещает дроссельную иглу. Она меняет просвет сопла и в результате меняется расход теплоносителя. Изменение просвета меняет скорость движения воды. В результате изменяется коэффициент смешивания горячей воды и воды из «обратки», чем достигается изменение температуры теплоносителя в «подаче». Теперь понятно, зачем в системе отопления нужно давление воды.

Элеватор регулирует подачу и давление теплоносителя, а его давление движет поток в контуре отопления.

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.

Возможные неисправности

Работа узла может нарушаться из-за засорения грязевика или поломки датчиков, манометров

Сам элеватор – устройство надежное, работающее в стабильном режиме. Единственной его неисправностью может быть повреждение сопла, так как перегретая вода является достаточно агрессивным агентом.

Неисправности могут быть в окружающем оборудовании:

засорение грязевика;
поломка задвижки;
некорректная работа датчиков.

Нарушения в работе элеватора и оборудования узла проявляются как колебания температуры теплоносителя и решаются ревизией устройства, заменой сопла, прочисткой грязевика или ремонтом задвижек.

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:

Температуры и расход воды, показанные на фиг. 5, типичны для испарительного конденсатора, подаваемого в систему охлаждения или кондиционирования воздуха при заданной расчетной температуре влажного колба с аммиаком или галогенуглеводородным хладагентом. Эти условия приводят к экономичному выбору испарительного конденсатора. Однако более низкая температура конденсации и более низкий расход энергии компрессора могут быть получены с большим конденсатором при такой же температуре влажного термометра.

Испарительный конденсатор обладает рядом важных преимуществ по сравнению с другими системами конденсации. Испарительный конденсатор объединяет градирню, поверхность конденсатора, циркуляционный насос и водопровод в одном собранном оборудовании. Первоначальная экономия затрат.
. Испарительные конденсаторы требуют только около 50% площади плана установки с воздушным охлаждением сопоставимого размера.

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

В свою очередь, приведенный расход вычисляется таким образом:

Принцип работы устройства

Вся вода в конденсаторном бассейне сливается с внутренним отстойником всякий раз, когда рециркуляционный насос не работает. Внутренний дистанционный отстойник должен иметь размеры, чтобы обеспечить рабочую всасывающую головку для насоса и объем выброса выше этого рабочего уровня, чтобы удерживать всю воду, которая будет сливаться, когда насос выключится. Это включает воду в суспензии в конденсаторе и воду в бассейне конденсатора во время нормальной работы, а также в трубопроводах между конденсатором и отстойником.

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:

Видео: не простой коллекторный узел

Рециркуляционные водяные насосы для удаленных отстойников должны быть выбраны для требуемого потока на общей головке, которая включает вертикальный подъем, трение трубы плюс заданное давление, требуемое на впускном коллекторе системы распределения воды. Балансирующий клапан всегда должен устанавливаться в нагнетательной линии из насоса, чтобы обеспечить регулирование потока в конденсатор.

Иногда из-за расположения конденсатора или ограниченного пространства приложение удаленного отстойника может быть непрактичным. В таких случаях электрические электронагреватели или паровые катушки могут быть установлены в бассейне конденсатора для предотвращения замерзания при низких температурах окружающей среды, когда конденсатор полностью холост. Кроме того, линия всасывания насоса, насоса и выхлопная труба насоса должны быть проложены с помощью нагревательной ленты и изолированы.

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.

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.

Расчет элеваторного узла

Для проведения расчета элеваторного узла сначала вычисляют диаметр камеры смешивания и подбирают соответствующий номер элеватора. После этого высчитывают диаметр рабочего сопла.

Для расчетов пригодятся следующие формулы:

Расчет сечения инжекционной камеры ведется в сантиметрах. Для определения этого числа нужно знать расход нагретого теплоносителя в сети с учетом гидравлического сопротивления.

Это значение можно найти, используя приведенную в таблице формулу, где:

Q – это объем тепловой энергии, измеряемый в ккал/ч, расходующейся на обогрев всего сооружения;
Tсм – температура теплового носителя в выходном патрубке после элеваторного тройника;
T2о – температура обратки;
h – сопротивление водяного столба жидкости, которое измеряется в метрах (этот показатель учитывается в разводке всего контура, в том числе и в радиаторах).

По отдельной формуле рассчитывается диаметр узкой части сопла. Для этого нужно знать габариты инжекторной камеры в сантиметрах и коэффициент смешивания. По отдельной формуле находится коэффициент инжекции. Для расчета нам понадобится температура теплоносителя на входящем патрубке.

Когда мы будем знать напор на трубопроводе, идущем от магистрали централизованного отопления, можно вычислить диаметр сопла. Для этого необходимые параметры системы переводят в сантиметры.

После проведения расчетов мы получаем необходимые данные, на основании которых можно подобрать подходящую модель элеваторного узла и определить условия для его правильной и бесперебойной работы. Иными словами, мы можем определить необходимую производительность системы, зная объем циркулирующего теплоносителя, который прокачивается через элеватор за единицу времени, а также минимальный напор жидкости. Основными параметрами при выборе подходящей модели прибора является сечение горловины камеры смешивания и сопла элеватора.

Важно! Диаметр сопла округляем в меньшую сторону до сотых долей миллиметра. Но минимальное значение не может быть меньше трех миллиметров, потому что сопло быстро засорится

Принцип работы элеватора

Элеваторный узел представляет собой достаточно объемную емкость, чем-то похожую на горшок. Но это не сам элеватор, хотя его так и называют. Это целый узел, в состав которого также входят:

Грязеуловители — ведь вода из трубы поступает не совсем чистая.
Сетчато-магнитные фильтры — узел должен обеспечить определенную чистоту теплоносителя, чтобы не забивались батареи и трубы.

Очистившись, горячая вода поступает через сопло в камеру смешения. Здесь она движется с большой скоростью, в результате чего подсасывается вода из обратного контура, который присоединен к камере смешения сбоку. Процесс подсасывания, или инжекции, происходит самопроизвольно. Теперь понятно, что изменяя диаметр сопла, можно регулировать и объем подаваемого теплоносителя, и его температуру на выходе из элеватора.

Как вы понимаете, для системы отопления элеватор — это насос и смеситель одновременно

И что важно — никакой электроэнергии

Есть еще один момент, на который специалисты обращают внимание — это соотношение напора внутри подающего трубопровода и сопротивление элеватора.
Этот показатель должен быть равен 7:1. Только такое соотношение обеспечивает эффективность работы всей системы

Но это еще не все, что касается эффективности

Обратите внимание на тот факт, что давление внутри системы — а это подающий контур и обратный — должно быть одинаковым. Допустимо, если в обратке оно будет немного меньше

Но если разница существенна, например, в подающем трубопроводе 5,0 кгс/см2, а в обратке ниже 4,3 кгс/см2, это означает, что трубопроводная система и отопительные приборы забиты грязью.

Схема включения регулируемого элеватора водоструйного типа

Возможна и другая причина — при проведении капитального ремонта были изменены диаметры труб в меньшую сторону. То есть, подрядчик таким образом сэкономил.

Можно ли регулировать температуру теплоносителя? Можно, и для этого лучше использовать регулируемый элеватор водоструйного типа.

В конструкции такого прибора установлено сопло, диаметр которого можно изменять. Иногда диапазон регулировки, и это относится больше к зарубежным аналогам, достаточно большой, что не так уж и необходимо. Отечественные элеваторы имеют сдвиг диапазона меньше, но, как показала практика, этого достаточно на все случаи жизни.

Правда, регулируемые элеваторы редко устанавливают в жилых зданиях. Намного эффективнее их монтаж в общественных или производственных помещениях. С их помощью можно сэкономить расходы на отопление до 25% только за счет того, что они позволяют снижать температуру в ночное время, а также в выходные и праздничные дни.

Для системы отопления в жилых помещениях существует норма температуры теплоносителя. В соответствии с установленной нормой температура воды, которая поступает в радиаторы, не должна быть больше +95 градусов. Но по магистралям тепловых сетей может подаваться теплоноситель, температура которого превышает данный показатель и находится в пределах от 130 до 150 градусов. Поэтому необходимо понижение температуры воды до нужной величины. Решение этой задачи возложено на элеваторный узел отопления.

так выглядит элеватор для системы отопления

Элеватор работает таким образом: теплоноситель из магистрали подается в съемное конусное сопло, в котором возрастает скорость движения воды и в результате этого струя воды из сопла попадает в камеру смешивания, где смешивается с охлажденной водой, попадающей туда через перемычку из обратного трубопровода.

После смешивания перегретой магистральной воды и охлажденной, теплоноситель требуемой температуры поступает в систему отопления и нагревательные приборы. А чтобы не допустить попадания в элеватор крупных частиц, перед прибором устанавливают грязевик.

Элеваторы получили широкое распространение, благодаря своей устойчивой работе, направленной на изменение тепловых и гидравлических режимов в тепловых сетях.

Элеваторные узлы отопления не нуждаются в постоянном наблюдении. Их производительность регулируется правильным выбором диаметра сопла. Чтобы подобрать размеры, диаметр труб элеваторного узла и диаметр сопла необходимо обращаться в проектное бюро, соответствующей компетенции.

Теперь рассмотрим более подробно, как работает системе отопления элеватор и можно ли обойтись без этого прибора.

Как правильно установить тепловой узел?

Установка схемы оборудования учета теплоэнергии в многоквартирном доме, подразумевает соблюдение следующих принципиальных требований при его монтаже:

установку схемы оборудования учета тепловой энергии необходимо производить только у границ раздела балансовой принадлежности трубопровода в местах, которые наиболее приближены к основным задвижкам источника тепла;
воспрещение отбора теплоносителя из системы коммунального теплоснабжения для личных нужд;
регулировка среднесуточных и среднечасовых характеристик теплоносителя делается исходя из показаний приборов учета;
приборы учета должны устанавливаться на обратных магистральных трубопроводах и располагаться до места присоединения подпиточного трубопровода.

Прибор учета тепловой энергии должен монтироваться на вводе теплосетей в помещение ИТП. До места расположения расходомеров (на подаче и на обратке) узла учета и после должны быть установлены по два контрольных расходомера (либо хотя бы штуцеры под манометры). После входного манометра необходимо расположить специальное устройство – расходомер. Его задачей является учет объема теплоносителя проходящего через данную трубу.

После расходомера монтируется датчик температуры. Как правило, подобный прибор не оборудуется специальным контрольным табло либо стрелкой которая бы указывала температуру, поэтому следом за ним монтируется еще один, контрольный термометр, который позволяет проверить температуру визуально.

Расположение теплового узла в многоквартирном доме находится в подвале, откуда тепло подается в квартиры. Подключается он в данном случае по элеваторной схеме. Она достаточно проста и дешева. Главным минусом такой системы является то, что невозможно выполнять регулировку в трубах. Из-за чего некоторые конечные потребители могут испытывать некоторые неудобства. Во время оттепелей за отопительный сезон теплоэнергия перерасходуется.

Основным элементом данной схемы является элеватор. Для того чтобы снизить давление перед ним может быть установлен редуктор. Сам же элеватор необходим для подмеса остывшего теплоносителя к горячему. Основой его работы является разряжение, создаваемое на выходе. Благодаря ему, в элеваторе теплоноситель находится под более низким давлением, из-за чего и происходит смешивание.

Но существует еще одна схема монтажа системы. Ее принцип работы основывается на теплообменнике. Из-за того что тепловой пункт подключается через данный теплообменник, теплоноситель в доме и в теплотрассе разделяется. Благодаря чему появляется возможность выполнять его подготовку. Для этого применяются фильтрация и присадки.

Благодаря данной схеме появляется возможность регулировки температуры и давления теплоносителя в трубах

Чем это так важно? Подобная схема дает возможность уменьшить траты на отопление

Если рассматривать подмес теплоносителя, то данный образец показывает, что он осуществляется при помощи термостатических клапанов. Одним из положительных моментов является возможность использования термостатических клапанов, является возможность использования потребителями алюминиевых батарей. Но существует небольшая неприятность – в случае использования теплоносителя низкого качества, срок службы батарей уменьшается. Естественно, такая возможность как контроль качества теплоносителя, отсутствует.

Важно! После подключения ГВС через теплообменник, можно осуществлять контроль давления и температуры теплоносителя

Принцип работы

Балансировочный клапан для системы отопления

Выше приведенная схема демонстрирует как строение элеваторного узла, так и его принцип работы. Однако этого не достаточно для более детального ознакомления.

Внешне, элеваторный узел отопительной системы имеет вид своеобразного горшка. В качестве дополнения, рядом с прибором могут монтироваться некоторые очистительные устройства (фильтры), которые также должны быть внесены в расчет. Чаще всего в эксплуатации находятся:

грязеуловители – это фильтры, предназначенные для удаления наиболее крупного мусора (примесей) из входного теплоносителя;
сетчато-магнитные фильтры – это очистители, предназначенные для очищения теплоносителя, поступающего в дом.

Фильтр, предназначенный для удаления мусора из теплоносителя

Схема не включает в себя подключение к фильтрам, что прямо связано с их возможным отсутствием. Таким образом, фильтры не являются обязательной частью отопительной системы.

После того как теплоноситель проходит через процесс фильтрации, жидкость отправляется в камеру смешивания, откуда, как говорилось ранее, поступает по трубам к потребителю. За счет того, что горячий теплоноситель движется со скоростью значительно превышающей скорость жидкости из зоны разряжения, потребитель получает стабильный нагрев труб, радиаторов и т.п.

Сетчато-магнитный фильтр для очищения теплоносителя от примесей

Во время инжекции (процесса смешивания холодной и горячей жидкостей) система не требует личного контроля человека. Для любых изменений температуры необходимо всего лишь изменить размеры сопла элеваторного узла.

За счет инжекции в элеваторном узле объединяется сразу два вида устройств: насос и смеситель. Главным достоинством элеватора является отсутствие всякой необходимости в электроэнергии.

Вероятные неполадки

Как правило, большинство неполадок в элеваторном узле возникает по следующим причинам:

образование засора в оборудовании;
изменения в диаметре сопла в результате эксплуатации оборудования – увеличение сечения усложняет регулировку температуры;
засоры в грязевиках;
выход из строя запорной арматуры;
поломки регуляторов.

В большинстве случаев выяснить причину неполадок достаточно просто, поскольку они сразу отражаются на температуре воды в контуре. Если перепады и отклонения температуры от нормативов незначительны, что, вероятно, имеет место зазор или же сечение сопла несколько увеличилось.

Перепад в температурных показателях более 5 ℃ свидетельствует о наличии проблемы, решить которые могут только специалисты после проведения диагностики.

Если в результате окисления от постоянного контакта с водой или непроизвольного сверления возрастает сечение сопла, нарушается балансировка всей системы. Такой изъян нужно как можно быстрее исправить.

Стоит отметить, что в целях экономии финансов и использования отопления более эффективно, на тепловых узлах могут устанавливать электросчетчики. А приборы учета горячей воды и тепла дают возможность дополнительно снизить расходы на коммунальные платежи.

Сферы применения и предназначение

Разобравшись со схемой теплоузла отопления, можно переходить непосредственно к монтажным работам. Как известно, такие установки зачастую используются в многоквартирных помещениях, которые подключены к общей коммунальной отопительной системе.

Тепловые узлы предназначаются для таких задач:

Проверки и изменения рабочих свойств теплоносителя и теплового потенциала.
Мониторинга текущего состояния систем отопления.
Мониторинга и записи основных показателей теплоносителя — текущей температуры, давления и объема.
Проведения денежных расчетов и составления оптимального плана расходов энергии.

Обустраивая отопительную систему в помещении, нужно понимать, что центральное отопление требует определенных затрат. Если речь идет о многоквартирном здании, то все расходы разделяются на жильцов. Но иногда они бывают неоправданными из-за недобросовестного отношения управляющих компаний и неправильной установки деталей системы.

И чтобы предотвратить существенный финансовый ущерб, важно заранее установить высокоэффективный тепловой узел частного дома, который будет автоматически регулировать любые изменения и подбирать оптимальное соотношение температуры теплоносителя. Только грамотная проверка оборудования и правильное обслуживание позволят обустроить эффективную систему отопления, которая прослужит долгие годы без сбоев