Регулювання теплового потоку опалювального приладу
Площа нагрівальної поверхні опалювального приладу визначається розрахунковою величиною теплового потоку від теплоносія до приміщення. При експлуатації приладу розрахункові умови є які завжди. На температурний режим приміщення, обраний при розрахунку площі нагрівальної поверхні приладу, впливають такі зовнішні (стосовно системи опалення) фактори, як зміна температури зовнішнього повітря, вплив вітру та сонячної радіації, побутові та технологічні тепловиділення тощо. Для підтримки температурного режиму приміщення на заданому рівні потрібна зміна теплового потоку опалювального приладу в процесі експлуатації.
Під час проектування системи опалення передбачаються заходи щодо експлуатаційного регулювання теплового потоку приладів. Однак, проведення цих заходів може дати ефект тільки до досягнення розрахункової величини теплового потоку як максимуму теплопередачі для даної площі опалювального приладу.
Експлуатаційне регулювання теплового потоку опалювальних приладів може бути якісним та кількісним.
Якісне регулювання досягається зміною температури теплоносія, що подається до системи опалення. Якісне регулювання за місцем здійснення може бути центральним, що проводиться на тепловій Станції, та місцевим, що виконується в тепловому пункті будівлі.
Місцеве якісне регулювання має доповнювати центральне регулювання, яке проводиться з орієнтацією на деяку знеособлену будівлю в районі дії станції. Крім того, воно може порушуватися з різних причин, зокрема через необхідність нагрівання води в системі гарячого водопостачання до певної температури. При місцевому регулюванні враховують особливості кожної будівлі,системи опалення та навіть її окремої частини.
Якісне регулювання в системі водяного опалення здійснюється шляхом зміни температури води, що спрямовується в прилади, та підтримки саме тієї температури води, за якої тепловими потоками від приладів забезпечується необхідний температурний режим приміщень будівлі.
У системі парового опалення межі якісного регулювання обмежені. Температура пари, як відомо, визначається її тиском. Можлива зміна тиску пари (в межах необхідної для дії системи опалення) не супроводжується зазвичай такою зміною її температури, яка суттєво змінила теплопередачу приладів. Так, наприклад, при зниженні тиску пари від 0,02 до 0,01 МПа (від 0,2 до 0,1 кгс/см 2 ) температура пари зменшується з 104,3 до 101,8°C, тобто всього на 2,5 °. Більш помітно така зміна тиску змінила кількість пари, що надходить у прилади. У системах парового опалення якісне регулювання зазвичай не проводиться.
Кількісне регулювання теплового потоку опалювального приладу здійснюється шляхом зміни кількості теплоносія (води або пари), що подається до системи або приладу. За місцем проведення воно може бути не тільки центральним та місцевим, а й індивідуальним, тобто виконуваним у кожного опалювального приладу.
Центральне та місцеве регулювання в системах парового опалення - кількісне: при зміні температури зовнішнього повітря змінюється кількість пари, що надходить до системи, або пара подається з більшою або меншою перервою. У першому випадку проводиться так зване пропорційне регулювання, у другому – регулювання «перепустками» (теплоносій подається періодично).
У системах парового опалення застосовується такожіндивідуальне кількісне регулювання теплового потоку приладів
У системах водяного опалення центральне та місцеве якісне регулювання також доповнюється індивідуальним кількісним регулюванням теплового потоку кожного приладу.
Індивідуальне кількісне регулювання теплового потоку від водяних приладів необхідне ще й тому, що сама система водяного опалення зазнає внутрішнього впливу сили гравітації, пов'язане з місцевим якісним регулюванням.
При індивідуальному кількісному регулюванні тепловий потік від водяного пристрою певного розміру змінюється внаслідок зміни середньої температури води в ньому; тепловий потік від парового приладу через відхилення температури конденсату від температури пари. Якщо кількість пари, що надходить у прилад, дорівнює розрахунковому, то температура конденсату дорівнює температурі насиченої пари. Якщо ж кількість пари менша за розрахункову, то конденсат починає «переохолоджуватися», і так як температура конденсату, що виходить з приладу нижче, ніж температура пари, що входить в прилад, то тепловий потік від приладу зменшується (хоча використання в приладі ентальпії кожного кілограма пари і стає більше повним).
Таким чином, у процесі експлуатації парових систем опалення здійснюється лише кількісне регулювання, для водяних систем опалення – змішане якісно-кількісне регулювання теплопередачі приладів.
Експлуатаційне регулювання теплопередачі опалювальних приладів може бути автоматизовано. Місцеве автоматичне регулювання в тепловому пункті будівлі проводиться за основним фактором зовнішнього впливу, що обурює, на температурний режим його приміщень - зі зміни температури зовнішнього повітря. Індивідуальнеавтоматичне регулювання теплопередачі приладу здійснюється за відхиленням регульованого параметра - температури повітря в приміщенні від заданого рівня.
Для індивідуального автоматичного регулювання застосовують регулятори прямої та непрямої дії. Принцип роботи індивідуального терморегулятора прямої дії ґрунтується на використанні явища зміни об'єму рідини при зміні її температури. Зміна об'єму рідини в термобалон безпосередньо викликає переміщення клапана регулятора в потоці основного теплоносія. У Москві такими регуляторами забезпечені конвектори двотрубної системи водяного опалення будівлі готелю «Україна», проектується їх застосування в однотрубній системі водяного опалення іншої великої громадської будівлі.
В індивідуальних регуляторах температури непрямої дії зазвичай використовується електрична енергія (з термореле у зовнішньому ланцюзі) для нагрівання термобаллона (сільфона) зменшеного об'єму, який, у свою чергу, пов'язаний із штоком регулюючого клапана. Сильфон частково наповнений рідиною, що легко випаровується. Тиск парів рідини в камері сильфона змінюється, розтягування і стиснення сильфона викликають переміщення клапана регулятора. В інших конструкціях електрична енергія використовується для керування соленоїдним вентилем двопозиційної дії.
Для індивідуального ручного регулювання теплового потоку опалювальних приладів застосовують крани та вентилі.
При паровому опаленні та використанні високотемпературної води для ручного регулювання застосовують вентилі з золотником, пришліфованим до поверхні сідла (без прокладки). Обертанням маховика і шпинделя вентиля можна збільшувати або зменшувати відстань між золотником, насадженим на шпиндель, і сідлом, тобто змінювати площукільцевого отвору для проходу теплоносія через вентиль.
При водяному опаленні з розрахунковою температурою води нижче 100°З індивідуального регулювання використовують крани різної конструкції.
У двотрубних системах з їх паралельним (у напрямку руху води в стояку) приєднанням приладів крани індивідуального регулювання повинні мати підвищений гідравлічний опір та забезпечувати можливість проведення монтажно-налагоджувального (первинного) та експлуатаційного (вторинного) кількісного регулювання. Ці крани мають бути кранами «подвійного регулювання».
В однотрубних системах водяного опалення крани індивідуального регулювання повинні мати незначний гідравлічний опір, тому що їх встановлюють послідовно за напрямом руху води і, отже, їх опір підсумовується. Це стосується насамперед кранів (наприклад, триходовим) для проточно-регульованих однотрубних стояків. Крани для однотрубних стояків з замикаючими ділянками повинні чинити мінімальний опір затіканню води в прилади, тому використовують крани прохідного або шиберного типу, клапан яких можна ставити вздовж потоку або виводити з потоку води.
Крани індивідуального регулювання для однотрубних систем, що діють, як правило, у досить стійкому гідравлічному режимі, можуть не мати пристрої для первинного регулювання і бути кранами тільки експлуатаційного (вторинного) регулювання.
Для індивідуального ручного регулювання теплового потоку опалювальних приладів застосовують повітряні клапани в кожусі конвекторів. Повітряним клапаном у конвекторі регулюється кількість повітря, що циркулює через нагрівач конвектора. Гідність цього способу регулюванняповітрі» - збереження постійної витрати теплоносія в опалювальних приладах, що сприяє підтримці заданого гідравлічного режиму системи опалення. Регулювання теплового потоку приладів «по повітрю» є додатковим до основного місцевого та центрального регулювання.
При індивідуальному кількісному регулюванні тепловий потік приладу і температура приміщення змінюються поступово - прилад має теплову інерцію. Залежність зміни температури приміщення у часі при кількісному регулюванні називається розгінної характеристики опалювального приладу. Розгінна характеристика обумовлюється видом приладу та теплоносія.
Найбільшу теплову інерцію мають бетонні опалювальні панелі, і їх розгінна характеристика має вигляд пологої кривої. Теплова інерція сталевих панелей та конвекторів менша за інерцію чавунних радіаторів і тим більше бетонних панелей, тому процес регулювання їх теплового потоку прискорений.
Темп охолодження опалювального приладу залежить від його маси та ємності, а також від температурних умов і може бути знайдений з достатньою мірою наближення за рівнянням:
де z – час з моменту вимикання приладу, год;
Gпр, Gвд - маса матеріалу та води в 1 екм приладу;
спр, свд - масова теплоємність матеріалу приладу та води;
tz - температура приладу через час після вимкнення;
tн – початкова температура приладу в момент вимкнення;
tв – температура повітря приміщення;
m, n - коефіцієнт та показник ступеня в рівнянні.
Знаючи величину z можна визначити приблизне значення відносного теплового потоку приладу через час z після вимкнення:
Використовуючи ці формули, можна знайти, що, наприклад, для сталевих панелей типуМЗ-500 залишковий тепловий потік через 1 год після їх вимикання становить лише близько 15% початкового - вдвічі менше, ніж для чавунних радіаторів, а повний тепловий потік протягом першої години після вимикання - відповідно 45 і 60%. Отже, регулювання теплопередачі полегшених опалювальних приладів ефективніше та швидше відбивається на температурі приміщень.