В этом случае система уже не может поддерживать комфортный климат в помещении при минимальных энергозатратах. Что касается гидравлики, то должны выполняться три фундаментальных условия: 1. Проектные расходы воды должны быть действительно обеспечены на всех нагрузках; 2. Перепад давления на регулирующих (термостатических) клапанах не должен слишком сильно изменяться; 3. Расходы воды должны быть совместимы в узловых точках системы. На стадии проектирования главное условие обеспечения максимальной теплоотдачи — корректный подбор оборудования: котлы, чилеры, насосы, трубопроводы, радиаторы, фэнкойлы следует выбирать с учетом коэффициента запаса. Часто в процессе эксплуатации максимальная теплоили холодоотдача не достигается из-за гидравлической несбалансированности системы. Получается, что затраты на закупку дорогостоящего оборудования не оправдывают себя на 100 %. Бывают и такие системы, которые никогда не работают на максимальной нагрузке. Это следствие некорректного проектирования системы с заложенными в нее завышенными техническими показателями. Очень часто проектировщики подбирают заведомо более мощное оборудование, чтобы избежать возможного недогрева удаленных помещений. Необходимость предусматривать избыточную мощность отпадает при условии балансировки системы с применением современных инструментов CBI, CMI. Сбалансированный проект снижает как инвестиционные, так и эксплуатационные затраты. Очевидно, что перерасход воды в одних контурах приводит к недорасходу в других. Такие контуры не способны обеспечить полную энергоотдачу. Кроме того, это грозит появлением еще одной проблемы. При установке замыкающих участков (байпасов) для разделения гидравлических контуров, например когда первичный и вторичный расходы не равны, или давление первичного контура слишком большое, при полной нагрузке температура подаваемой воды может быть ниже, чем ожидается, в системе нагрева и выше в системе охлаждения из-за несогласованности между расходами воды в первичном и вторичном контурах. На рис. 1 представлена система отопления с тремя котлами, работающими параллельно. Система распределения воды между котлами должна иметь низкое гидравлическое сопротивление, чтобы не допустить возможные гидравлические помехи между котлами и контурами отопления. По этой причине первичный и вторичный контуры гидравлически разделены замыкающим участком (байпасом) «D–E». Расходы через котлы и контуры настраиваются балансировочными клапанами Tour Andersson STAD, STAF (а расходы воды через радиаторы — термостатическими клапанами Heimeier с предварительной настройкой V-Exakt или вентилями на возврате Regulux, Regutec). Если два контура идентичны, то каждый должен забирать по 50 % от общего расхода qg. Допустим, что вместо этого каждый забирает по 75 %. В точке «А» первый контур забирает 75 % от общего расхода, что оставляет для второго контура 25 %. Второй контур тоже забирает 75 % от расхода, но получает в реальности только 25 % от подаваемого первичного расхода. Поэтому он будет брать 50 % из своей собственной возвратной линии. В точке «С» 25% горячей воды будет смешиваться с 50% возвратной воды от второго контура. Для этого контура максимальная температура подаваемой воды равна всего 69°С. В расчетных условиях, например, при температуре воздуха 10°С, при полном расходе через первый контур, температура в помещениях второго контура не будет превышать 14°С. Когда температура в помещениях первого контура достигает заданной, трехходовой клапан начнет закрываться. Температура подачи второго контура увеличится до 80°С, при этом подаваемая энергия будет на 10 % ниже проектной. Таким образом, температура воздуха в помещениях не будет превышать 17°С. Попытка увеличить напор насоса, чтобы решить эту проблему, только ухудшит ситуацию. Процедура запуска несбалансированной системы гораздо дольше, КПД котлов полностью не используется. Во избежание такой ситуации суммарный максимальный расход вторичныx контуров должен быть равен или быть ниже, чем максимальный расход первичного контура. Попытки уменьшить напор вторичного насоса приведут к еще более существенному недорасходу гидравлически неблагоприятных контуров. Если перерасход в контуре вызван разбалансировкой системы, то можно смело считать, что некоторые контуры получают только 50 % от проектного расхода для них. Следовательно, балансировать нагрузки между собой необходимо. Балансировка позволяет передавать выработанную котлами или теплообменниками максимальную мощность, оправдывая вложенные в оборудование инвестиции. Затраты на балансировку обычно составляют менее одного процента от общих затрат на климатическую установку. Рассмотрим второй пример (рис. 2). В системе напольного отопления температура подаваемой воды может быть, например 45°С, а температура обратной воды 40°С. Котел должен быть предохранен от возможной конденсации паров сгоревшего топлива, соответственно температура воды на входе должна быть не менее 55°С. Для хорошей работы всей системы, т.е. получения необходимой температуры в котле и петлях напольного отопления, все расходы должны быть отрегулированы балансировочными клапанами ТА STAD. Поскольку температура воды, подаваемой в котел, равна 55°С, а проектный коэффициент t равен 20°К, то температура на выходе из котла будет 75°С. Если расход через систему напольного отопления равен 100 % при t в 5°К, расход через котел будет 100 . 5/20 = 25%. Чтобы получить воду с температурой 45°С при подаче воды с температурой 75°С при полностью открытом трехходовом клапане, расход воды, подмешиваемой из обратной линии через байпас, рассчитывается по формуле: qb . 40 + (100 – qb) . 75 = 100 . 45, что дает qb = 86 %. Разница 100 – 86 = 14 %, следовательно, циркулирует через трубы между контуром подогрева пола и котлом. Котел получает расход в 14 %. Поскольку расход через котел должен быть 25 %, то необходим расход в линии циркуляции qgb = 11%. Из рассмотренного примера видно, что расходы в контурах — не произвольные и не случайные величины. Они должны быть настроены с помощью балансировочных клапанов TA STAD, STAF. Таким же образом обеспечивается совместимость расходов и в холодильных установках. На рис. 3, а представлена установка охлаждения воды с четырьмя параллельными чилерами. Балансировка в первичном и вторичном контурах осуществляется балансировочными клапанами TA STAD, STAF. Если контур распределения не сбалансирован, максимальный расход qs может быть больше, чем первичный расход qg. В этом случае расход qb в замыкающем участке возвращается от точки «В» к «А», создавая в «А» точку смешивания. Температура подаваемой воды ts не может передаваться доводчикам, так как ее величина выше проектной и максимальной мощности чилеров. На рис. 3, б представлена нагрузка, работающая с постоянным расходом с двухходовым регулирующим клапаном на подаче. Если расход на нагрузке слишком велик, то расход qb всегда следует в направлении от «В» к «А». Температура подаваемой воды ts всегда выше, чем расчетная и в нагрузке никогда не будет достигнута максимальная проектная мощность. Для обоих примеров, перерасход в 50% в первичном контуре либо на нагрузке будет увеличивать температуру подаваемой воды с 6 до 8°С. Диагностика системы и оптимизация работы насосов Балансировочные клапаны также являются и средством диагностики, и способом экономии работы насосов. Процедура балансировки делает возможным обнаружение и устранение большинства гидравлических проблем в ходе пусконаладочных работ, например засоры, воздух, неправильный монтаж обратных и других клапанов. В настоящее время принято использовать компенсационный метод или метод «ТА Баланс», которые сводят все избыточные напоры давления к главному балансировочному клапану, находящемуся рядом с насосом. Напор насоса далее уменьшается (например, уменьшая скорость) до получения суммарного проектного расхода при вновь открытом главном балансировочном клапане. Такая операция позволяет минимизировать энергозатраты и денежные вложения на применяемые насосы. Регулирующие клапаны и балансировка Возможно ли гидравлически сбалансировать систему только с помощью регулирующих клапанов? Нет нужды обсуждать необходимость балансировки системы, работающей с постоянным распределением расхода воды. Общеизвестно, что перерасход в одной части системы вызывает недорасход в других. При решении задачи распределения воды в системах с переменным расходом некоторые проектировщики считают, что двухходовые регулирующие клапаны (в том числе термостатические) могут решить проблему, так как они будут автоматически обеспечивать подачу требуемого расхода на каждую нагрузку. Это верно, если регулирующие клапаны правильно подобраны, если цикл управления стабилен, если исходная установка термостата не является экстремальной величиной, если нагрузки соответствуют максимальной требуемой мощности… и т.д. —слишком много «если». На практике, корректный выбор размера двухходового регулирующего клапана проблематичен. Падение давления на полностью открытом регулирующем клапане для проектного расхода должно быть равно местному доступному перепаду давления на контуре минус расчетное падение давления на нагрузке и на вспомогательных устройствах. Кто знает доступный перепад давления на каждом контуре? И каково падение давления на радиаторе, ведь выбор радиатора зависит от подрядчика и на этапе проектирования он часто еще не известен? И даже если все эти величины известны, мы не сможем найти рассчитанный регулирующий клапан, так как величины Kvs имеющихся в продаже клапанов изменяются ступенчато с шагом 60 %. Падение давления зависит от квадрата Kvs. Если регулирующий клапан создает падение давления в 25 кПа для проектного расхода, то клапан на размер меньше создает падение давления в 64 кПа. И нет ничего между ними. В некоторых исключительных случаях можно найти регулирующий клапан с регулируемым Kvs, но тогда возникает проблема выставления корректной величины Kvs. Это невозможно, если расход нельзя измерить. Следовательно, в любом случае требуется балансировочный клапан для измерения расхода и для обеспечения функции закрытия! Более того, если параметры насоса завышены, регулирующий клапан будет создавать перерасход, когда он полностью открыт и будет забирать этот избыток давления в рабочем положении. Завышение параметров насоса таким способом никогда обнаружить не удастся, напротив процедура балансировки будет выявлять избыток давления, который может быть скомпенсирован, например, путем корректной настройки насоса с переменной скоростью. Выводы и заключения Климатическая установка проектируется под конкретную максимальную нагрузку. Если полная нагрузка (соответствие параметров работы проектным условиям) не достигается из-за несбалансированности установки, инвестиции в нее не оправдываются. Регулирующие клапаны не смогут выправить данную ситуацию, поскольку при необходимости максимальной нагрузки они полностью открыты. Подбор размеров двухходовых клапанов затруднен, да и клапаны с расчетными значениями параметров, как правило, на рынке отсутствуют. Следовательно, обычно, их характеристики завышены. Таким образом, гидравлическая балансировка необходима и эффективна, а затраты на нее обычно составляют менее одного процента от общих затрат на климатическую установку. Каждое утро, после ночного экономного режима, необходима работа установки на полную мощность, чтобы как можно скорее восстановить комфортные условия в помещениях. Хорошо сбалансированная установка делает это быстро. Затраты на 30-минутный запуск системы по отношению к 8 часам рабочего времени сохраняют примерно 6% от суточного потребления энергии, что больше, чем все расходы на распределение давления, создаваемого насосами. Очень важно скомпенсировать завышение параметров насоса. Настройка балансировочных клапанов с использованием метода «ТА баланс» выявляет такое завышение. Все избытки давления сводятся к балансировочному клапану, расположенному рядом с насосом. После установки необходимого значения напора для насосов с переменной скоростью или правильного подбора насоса с постоянной скоростью этот балансировочный клапан просто открывается. Гидравлическая балансировка требует соответствующего оборудования, современных методик и эффективных измерительных приборов. Балансировочный клапан с ручной регулировкой остается самым простым и надежным изделием для получения корректных расходов при проектных условиях, а также он дает возможность проверять расход для диагностики. РИСУНКИ: 1~1~; 2~2~; 3~3~;