Индивидуальный тепловой пункт (ИТП) предназначен для распределения тепла с целью обеспечения отоплением и горячей водой жилого, коммерческого или производственного здания.
Основными узлами теплового пункта, подлежащими комплексной автоматизации, являются:
- узел холодного водоснабжения (ХВС);
- узел горячего водоснабжения (ГВС);
- узел отопления;
- узел подпитки контура отопления.
Узел холодного водоснабжения предназначен для обеспечения потребителей холодной водой с заданным давлением. Для точного поддержания давления обычно используется частотный преобразователь и датчик давления . Конфигурация узла ХВС может быть различной:
- (автоматический ввод резерва).
Узел ГВС обеспечивает потребителей горячей водой. Основной задачей является поддержание заданной температуры при изменяющемся расходе. Температура не должна быть слишком горячей или холодной. Обычно в контуре ГВС поддерживается температура 55 °С.
Теплоноситель, поступающий из теплосети, проходит через теплообменник и нагревает воду во внутреннем контуре, поступающую к потребителям. Регулирование температуры ГВС производится при помощи клапана с электроприводом. Клапан устанавливается на линии подачи теплоносителя и регулирует его расход с целью поддержания заданной температуры на выходе теплообменника.
Циркуляция во внутреннем контуре (после теплообменника) обеспечивается при помощи насосной группы. Чаще всего используются два насоса, которые работают поочередно для равномерного износа. При выходе из строя одного из насосов происходит переключение на резервный (автоматический ввод резерва - АВР).
Узел отопления предназначен для поддержания температуры в отопительной системе здания. Уставка температуры в контуре формируется в зависимости от температуры воздуха на улице (наружного воздуха). Чем холоднее на улице тем горячее должны быть батареи. Зависимость между температурой в контуре отопления и температурой наружного воздуха определяется отопительным графиком, который должен настраиваться в системе автоматики.
Кроме регулирования температуры, в контуре отопления должна быть реализована защита от превышения температуры воды, возвращаемой в теплосеть. Для этого используется график обратной воды.
Согласно требованиям тепловых сетей, температура обратной воды не должна превышать значений, заданных в графике обратной воды.
Температура обратной воды является показателем эффективности использования теплоносителя.
Кроме описанных выше параметров, существуют дополнительные методы повышения эффективности и экономичности теплового пункта. Ими являются:
- сдвиг графика отопления в ночное время;
- сдвиг графика в выходные дни.
Данные параметры позволяют оптимизировать процесс потребления тепловой энергии. Примером может служить коммерческое здание, работающее в будние дни с 8:00 до 20:00. Снизив температуру отопления ночью и выходные дни (когда организация не работает), можно добиться экономии на отоплении.
Контур отопления в ИТП может быть подключен к теплосети по зависимой схеме или независимой. При зависимой схеме вода из теплосети подается в батареи без использования теплообменника. При независимой схеме теплоноситель через теплообменник подогревает воду во внутреннем контуре отопления.
Регулирование температуры отопления производится при помощи клапана с электроприводом. Клапан устанавливается на линии подачи теплоносителя. При зависимой схеме клапан непосредственно регулирует количество подаваемого теплоносителя в батареи отопления. При независимой схеме клапан регулирует расход теплоносителя с целью поддержания заданной температуры на выходе теплообменника.
Циркуляция во внутреннем контуре обеспечивается при помощи насосной группы. Чаще всего используются два насоса, которые работают поочередно для равномерного износа. При выходе из строя одного из насосов происходит переключение на резервный (автоматический ввод резерва - АВР).
Узел подпитки контура отопления предназначен для поддержания требуемого давления в контуре отопления. Подпитка включается в случае падения давления в контуре отопления. Подпитка осуществляется при помощи клапана, либо насосов (одного или двух). Если используются два насоса, то для равномерного износа они чередуются по времени. При выходе из строя одного из насосов происходит переключение на резервный (автоматический ввод резерва - АВР).
Типовые примеры и описание
|
Управление тремя насосными группами: отопления, ГВС и подпитки:
|
|
|
Управление четырьмя насосными группами: отопления, ГВС1, ГВС2 и подпитки: |
|
|
Управление пятью насосными группами: отопления 1, отопления 2, ГВС, подпитки 1 и подпитки 2:
|
|
|
Управление шестью насосными группами: отопления 1, отопления 2, ГВС 1, ГВС 2, подпитки 1 и подпитки 2:
|
|
ИТП – это индивидуальный тепловой пункт, такой есть обязательно в каждом здании. Практически никто в разговорной речи не говорит — индивидуальный тепловой пункт. Говорят просто — тепловой пункт, или еще чаще теплоузел. Итак, из чего же состоит тепловой пункт, как он работает? В тепловом пункте много разного оборудования, арматуры, сейчас практически обязательно — приборы учета тепла.Только там, где нагрузка совсем небольшая, а именно меньше чем 0,2 Гкал в час, закон об энергосбережении, вышедший в ноябре 2009 года, позволяет не ставить учет тепла.
Как мы видим из фото, в ИТП заходят два трубопровода – подача и обратка. Рассмотрим все последовательно. На подаче (это верхний трубопровод) обязательно на вводе в теплоузел стоит задвижка, она так и называется – вводная. Задвижка эта обязательно должна быть стальная, ни в коем случае не чугунная. Это один из пунктов «Правил технической эксплуатации тепловых энергоустановок», которые были введены в действие с осени 2003 года.
Связано это с особенностями централизованного теплоснабжения, или центрального отопления, другими словами. Дело в том, что такая система предусматривает большую протяженность, и много потребителей от источника теплоснабжения. Соответственно, чтобы у последнего по очереди потребителя хватало давления, на начальных и далее участках сети держат давление повыше. Так, например, мне в работе приходится сталкиваться с тем, что в теплоузел приходит давление 10-11 кгс/см² на подаче. Чугунные задвижки могут и не выдержать такого давления. Поэтому, от греха подальше, по «Правилам технической эксплуатации» решено от них отказаться. После вводной задвижки стоит манометр. Ну с ним все понятно, мы должны знать давление на вводе в здание.
Затем грязевик, назначение его становится понятно из названия – это фильтр грубой очистки. Кроме давления, мы должны еще обязательно знать и температуру воды в подаче на вводе. Соответственно, обязательно должен быть термометр, в данном случае термометр сопротивления, показания которого выведены на электронный тепловычислитель. Далее следует очень важный элемент схемы теплоузла – регулятор давления РД. Остановимся на нем поподробнее, для чего он нужен? Я уже писал выше, что давления в ИТП приходит с избытком, его больше, чем нужно для нормальной работы элеватора (о нем чуть позже), и приходится это самое давление сбивать до нужного перепада перед элеватором.
Иногда даже бывает так, мне приходилось сталкиваться, что давления на вводе так много, что одного РД мало и приходится еще ставить шайбу (регуляторы давления тоже имеют предел сбрасываемого давления), в случае превышения этого предела начинают работать в режиме кавитации, то есть вскипания, а это вибрация и т.д. и т.п. Регуляторы давления тоже имеют много модификаций, так есть РД, у которых две импульсные линии (на подаче и на обратке), и таким образом они становятся и регуляторами расхода. В нашем случае это это так называемый регулятор давления прямого действия «после себя», то есть он регулирует давление после себя,что нам собственно и нужно.
И еще про дросселирование давления. До сих пор иногда приходится видеть такие теплоузлы, где сделано шайбирование ввода, то есть когда вместо регулятора давления стоят дроссельные диафрагмы, или проще говоря, шайбы. Очень не советую такую практику, это каменный век. В этом случае у нас получается не регулятор давления и расхода, а попросту ограничитель расхода, не более того. Подробно расписывать принцип действия регулятора давления «после себя» не стану, скажу только, что принцип этот основан на уравновешивании давления в импульсной трубке (то есть давления в трубопроводе после регулятора) на диафрагму РД силой натяжения пружины регулятора. И это давление после регулятора (то есть после себя) можно регулировать, а именно выставлять больше или меньше с помощью гайки настройки РД.
После регулятора давления стоит фильтр перед счетчиком потребления теплоэнергии. Ну думаю, функции фильтра понятны. Немного о теплосчетчиках. Счетчики существуют сейчас разных модификаций. Основные типы счетчиков: тахометрические (механические), ультразвуковые, электромагнитные, вихревые. Так что выбор есть. В последнее время большую популярность приобрели электромагнитные счетчики. И это неспроста, есть у них ряд преимуществ. Но в данном случае у нас счетчик тахометрический (механический) с турбиной вращения, сигнал с расходомера выведен на электронный тепловычислитель. Затем после счетчика теплоэнергии идут ответвления на вентиляционную нагрузку (калориферы), если она есть, на нужды горячего водоснабжения.
На горячее водоснабжение идут две линии с подачи и с обратки, и через регулятор температуры ГВС на водоразбор. О нем я писал в В данном случае регулятор исправный, рабочий, но так как система ГВС тупиковая, эффективность его снижается. Следующий элемент схемы очень важный, пожалуй, самый важный в теплоузле – это можно сказать, сердце отопительной системы. Я говорю об узле смешения – элеваторе. Схема зависимая со смешением в элеваторе была предложена выдающимся нашим ученым В.М.Чаплиным, и стала повсеместно внедряться в капитальном строительстве с 50х годов по самый закат Советской империи.
Правда, Владимир Михайлович предлагал со временем (при удешевлении электроэнергии) заменить элеваторы смесительными насосами. Но про эти его идеи как то забыли. Элеватор состоит из нескольких основных частей. Это всасывающий коллектор (вход с подачи), сопло (дроссель), камера смешения (средняя часть элеватора, где смешиваются два потока и подравнивается давление), приемная камера (подмес с обратки), и диффузор (выход с элеватора непосредственно в теплосеть с установившимся давлением).
Немного о принципе работы элеватора, его преимуществах и недостатках. Работа элеватора основана на основном, можно сказать, законе гидравлики – законе Бернулли. Который, в свою очередь, если обойтись без формул гласит о том, что сумма всех давлений в трубопроводе – динамического давления (скорости), статического давления на стенки трубопровода и давления веса жидкости всегда остается постоянной, при любых изменениях потока. Так как мы имеем дело с горизонтальным трубопроводом, то давлением веса жидкости приблизительно можно пренебречь. Соответственно, при снижении статического давления, то есть при дросселировании через сопло элеватора, возрастает динамическое давление (скорость), при этом сумма этих давлений остается неизменной. В конусе элеватора образуется разрежение, и вода из обратки подмешивается в подачу.
То есть элеватор работает как смесительный насос. Вот так все просто, никаких насосов с электроприводом и т.д. Для недорогого капитального строительства с высокими темпами, без особого учета теплоэнергии — самый верный вариант. Так и было в советское время и это было оправдано. Однако у элеватора есть не только достоинства, но и недостатки. Основных два: для его нормальной работы перед ним нужно держать относительно высокий перепад давления (а это соответственно сетевые насосы с большой мощностью и немалый расход электроэнергии), и второй и самый главный недостаток — механический элеватор практически не подается регулировке. То есть, как выставили сопло, в таком режиме он и будет работать весь отопительный сезон, и в мороз и в оттепель.
Особенно ярко этот недостаток проявляется на «полочке» температурного графика, об этом я . В данном случае на фото у нас погодозависимый элеватор с регулируемым соплом, то есть внутри элеватора игла ходит в зависимости от температуры на улице, и расход либо увеличивается, либо уменьшается. Это более модернизированный вариант по сравнению с механическим элеватором. Это тоже, на мой взгляд, не самый оптимальный, не самый энергоемкий вариант, но об этом не в этой статье. После элеватора, собственно, вода идет уже непосредственно к потребителю, и сразу за элеватором стоит домовая задвижка подачи. После домовой задвижки манометр и термометр, давление и температуру после элеватора нужно знать и контролировать обязательно.
На фото еще и термопара (термометр) для измерения температуры и выдачи значения температуры в контроллер, но если элеватор механический, ее соответственно нет. Далее идет уже разветвление по веткам потребления, и на каждой ветке тоже по домовой задвижке.
Движение теплоносителя по подаче в ИТП мы рассмотрели, теперь об обратке. Сразу на выходе обратки с дома в теплоузел устанавливается предохранительный клапан. Назначение предохранительного клапана – сбросить давление в случае превышение нормируемого давления. То есть при превышении этой цифры (для жилых домов 6 кгс/см² или 6 бар) клапан срабатывает и начинает сбрасывать воду. Таким образом мы предохраняем внутреннюю систему отопления, особенно радиаторы от скачков давления.
Далее идут домовые задвижки, в зависимости от количества веток отопления. Также должен быть манометр, давление с дома тоже нужно знать. Кроме того по разнице показаний манометров на подаче и обратке с дома можно очень приблизительно прикинуть сопротивление системы, проще говоря потери давления. Затем следует подмес с обратки в элеватор, ветки нагрузки на вентиляцию с обратки, грязевик (про него я писал выше). Далее ответвление с обратки на горячее водоснабжение, на котором в обязательном порядке должен быть установлен обратный клапан.
Функция клапана в том, что он пропускает поток воды только в одном направлении, обратно вода течь не может. Ну и далее по аналогии с подачей фильтр на счетчик, сам счетчик, термометр сопротивления. Далее вводная задвижка на обратке и после нее манометр, давление, которое уходит от дома в сеть, тоже нужно знать.
Мы рассмотрели стандартный индивидуальный тепловой пункт зависимой системы отопления с элеваторным подключением, при открытом водоразборе горячей воды, горячее водоснабжение по тупиковой схеме. Незначительные отличия в разных ИТП при такой схеме могут быть, но основные элементы схемы обязательны.
По вопросам приобретения любого тепломеханического оборудования в ИТП можно обращаться непосредственно ко мне по эл.адресу: [email protected]
Совсем недавно я написал и выпустил книгу «Устройство ИТП (тепловых пунктов) зданий». В ней на конкретных примерах я рассмотрел различные схемы ИТП, а именно схему ИТП без элеватора, схему теплового пункта с элеватором, и наконец, схему теплоузла с циркуляционным насосом и регулируемым клапаном. Книга основана на моем практическом опыте, я старался писать ее максимально понятно, доступно.
Вот содержание книги:
1. Введение
2. Устройство ИТП, схема без элеватора
3. Устройство ИТП, элеваторная схема
4. Устройство ИТП, схема с циркуляционным насосом и регулируемым клапаном.
5. Заключение
Устройство ИТП (тепловых пунктов) зданий.
Буду рад комментариям к статье.
Тепловым пунктом называется сооружение, которое служит для присоединения местных систем теплопотребления к тепловым сетям. Тепловые пункты подразделяются на центральные (ЦТП) и индивидуальные (ИТП). ЦТП служат для теплоснабжения двух и более зданий, ИТП - для теплоснабжения одного здания. При наличии ЦТП в каждом отдельном здании обязательно устройство ИТП, который выполняет только те функции, которые не предусмотрены в ЦТП и необходимы для системы теплопотребления данного здания. При наличии собственного источника теплоты (котельной) тепловой пункт, как правило, располагается в помещении котельной.
В тепловых пунктах размещается оборудование, трубопроводы, арматура, приборы контроля, управления и автоматизации, посредством которых осуществляются:
Преобразование параметров теплоносителя, например, для снижения температуры сетевой воды в расчетном режиме со 150 до 95 0 С;
Контроль параметров теплоносителя (температуры и давления);
Регулирование расхода теплоносителя и распределение его по системам потребления теплоты;
Отключение систем потребления теплоты;
Защита местных систем от аварийного повышения параметров теплоносителя (давления и температуры);
Заполнение и подпитка систем потребления теплоты;
Учет тепловых потоков и расходов теплоносителя и др.
На рис. 8 приведена одна из возможных принципиальных схем индивидуального теплового пункта с элеватором для отопления здания. Через элеватор система отопления присоединяется в том случае, если надо снижать температуру воды для системы отопления, например, со 150 до 95 0 С (в расчетном режиме). При этом располагаемый напор перед элеватором, достаточный для его работы, должен быть не менее 12-20 м вод. ст., а потеря напора не превышает 1,5 м вод. ст. Как правило, к одному элеватору присоединяется одна система или несколько мелких систем с близкими гидравлическими характеристиками и с суммарной нагрузкой не более 0,3 Гкал/ч. При больших необходимых напорах и теплопотреблении применяются смесительные насосы, которые также используются и при автоматическом регулировании работы системы теплопотребления.
Подключение ИТП к тепловой сети производится задвижкой 1. Вода очищается от взвешенных частиц в грязевике 2 и поступает в элеватор. Из элеватора вода с расчетной температурой 95 0 С направляется в систему отопления 5. Охлажденная в отопительных приборах вода возвращается в ИТП с расчетной температурой 70 0 С. Часть обратной воды используется в элеваторе, а остальная вода очищается в грязевике 2 и поступает в обратный трубопровод теплосети.
Постоянный расход горячей сетевой воды обеспечивает автоматический регулятор расхода РР. Регулятор РР получает импульс на регулирование от датчиков давления, установленных на подающем и обратном трубопроводах ИТП, т.е. он реагирует на разность давлений (напор) воды в указанных трубопроводах. Напор воды может меняться по причине увеличения или уменьшения давления воды в теплосети, что обычно связано в открытых сетях с изменение расхода воды на нужды ГВС.
Например , если напор воды возрастает, то расход воды в системе увеличивается. Во избежание перегрева воздух в помещениях регулятор уменьшит свое проходное сечение, чем восстановит прежний расход воды.
Постоянство давления воды в обратном трубопроводе системы отопления автоматически обеспечивает регулятор давления РД. Падение давления может быть следствием утечек воды в системе. В этом случае регулятор уменьшит проходное сечение, расход воды снизится на величину утечки и давление восстановится.
Расход воды (теплоты) измеряется водомером (теплосчетчиком) 7. Давление и температура воды контролируются, соответственно, манометрами и термометрами. Задвижки 1, 4, 6 и 8 используются для включения или отключения теплового пункта и системы отопления.
В зависимости от гидравлических особенностей тепловой сети и местной системы отопления в тепловом пункте могут также устанавливаться:
Подкачивающий насос на обратном трубопроводе ИТП, если располагаемый напор в тепловой сети недостаточен для преодоления гидравлического сопротивления трубопроводов, оборудования ИТП и систем теплопотребления. Если при этом давление в обратном трубопроводе будет ниже статического давления в этих системах, то подкачивающий насос устанавливается на подающем трубопроводе ИТП;
Подкачивающий насос на подающем трубопроводе ИТП, если давление сетевой воды недостаточно для предотвращения вскипания воды в верхних точках систем потребления теплоты;
Отсекающий клапан на подающем трубопроводе на вводе и подкачивающий насос с предохранительным клапаном на обратном трубопроводе на выходе, если давление в обратном трубопроводе ИТП может превысить допускаемое давление для системы теплопотребления;
Отсекающий клапан на подающем трубопроводе на входе в ИТП, а также предохранительный и обратный клапаны на обратном трубопроводе на выходе из ИТП, если статическое давление в тепловой сети превышает допускаемое давление для системы теплопотребления и др.
Рис 8. Схема индивидуального теплового пункта с элеватором для отопления здания:
1, 4, 6, 8 - задвижки; Т - термометры; М - манометры; 2 - грязевик; 3 - элеватор; 5 -радиаторы системы отопления; 7 - водомер (теплосчетчик); РР - регулятор расхода; РД - регулятор давления
Как было показано на рис. 5 и 6, системы ГВС подсоединяются в ИТП к подающему и обратному трубопроводам через водоподогреватели или непосредственно, через регулятор температуры смешения типа ТРЖ.
При непосредственном водоразборе вода на ТРЖ подается из подающего или из обратного или из обоих трубопроводов вместе в зависимости от температуры обратной воды (рис.9). Например , летом, когда сетевая вода имеет 70 0 С, а отопление отключено, в систему ГВС поступает только вода из подающего трубопровода. Обратный клапан служит для предотвращения перетекания воды из подающего трубопровода в обратный при отсутствии водоразбора.
Рис. 9. Схема узла присоединения системы ГВС при непосредственном водоразборе:
1, 2, 3, 4, 5, 6 - задвижки; 7 - обратный клапан; 8 - регулятор температуры смешения; 9 - датчик температуры смеси воды; 15 - водоразборные краны; 18 - грязевик; 19 - водомер; 20 - воздухоотводчик; Ш - штуцер; Т - термометр; РД - регулятор давления (напора)
Рис. 10. Двухступенчатая схема последовательного присоединения водоподогревателей ГВС:
1,2, 3, 5, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14 - задвижки; 8 - обратный клапан; 16 - циркуляционный насос; 17 - устройство для отбора импульса давления; 18 - грязевик; 19 - водомер; 20 - воздухоотводчик; Т - термометр; М - манометр; РТ - регулятор температуры с датчиком
Для жилых и общественных зданий также широко применяется схема двухступенчатого последовательного присоединения водоподогревателей ГВС (рис.10). В данной схеме водопроводная вода вначале подогревается в подогревателе I-ой ступени, а затем в подогревателе II-ой ступени. При этом водопроводная вода проходит через трубки подогревателей. В подогревателе I-ой ступени водопроводная вода греется обратной сетевой водой, которая после охлаждения идет в обратный трубопровод. В подогревателе II-ой ступени водопроводная вода греется горячей сетевой водой из подающего трубопровода. Охлажденная сетевая вода поступает в систему отопления. В летний период эта вода подается в обратный трубопровод по перемычке (в обвод системы отопления).
Расход горячей сетевой воды на подогреватель II-ой ступени регулирует регулятор температуры (клапан термореле) в зависимости от температуры воды за подогревателем II-ой ступени.
БТП - Блочный тепловой пункт - 1вар. - это компактная тепломеханическая установка полной заводской готовности, расположенная (размещенная) в блок-контейнере, который представляет собой цельнометаллический несущий каркас с ограждениями из сэндвич-панелей.
ИТП в блок-контейнере применяется для присоединения систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических теплоиспользующих установок целого здания или его части.
БТП - Блочный тепловой пункт - 2вар. Изготавливается в заводских условиях и поставляется для монтажа в виде готовых блоков. Может состоять из одного или нескольких блоков. Оборудование блоков монтируется очень компактно, как правило, на одной раме. Обычно используется при необходимости экономии места, в стесненных условиях. По характеру и количеству подключенных потребителей БТП может относиться как к ИТП, так и к ЦТП. Поставка оборудования ИТП по спецификации - теплообменники, насосы, автоматика, запорно-регулирующая арматура, трубопроводы и т.д. - поставляется отдельными позициями.
БТП - это изделие полной заводской готовности, что дает возможность подключить реконструируемые или вновь строящиеся объекты к тепловым сетям в наиболее короткие сроки. Компактность БТП способствует минимизации площади размещения оборудования. Индивидуальный подход к проектированию и монтажу блочных индивидуальных тепловых пунктов позволяют учесть все пожелания клиента и воплотить их в готовый продукт. гарантия на БТП и все оборудование от одного производителя, один сервисный партнер на весь БТП. простота монтажа БТП на месте установки. Изготовление и проверка БТП в заводских условиях - качество. Так же стоит отметить, что при массовой, квартальной застройке или объемной реконструкции тепловых пунктов – применение БТП предпочтительнее по сравнению с ИТП. Так как в этом случае необходимо в короткий период времени смонтировать значительное количество тепловых пунктов. Такие масштабные проекты возможно реализовать в максимально короткие сроки применяя только типовые БТП заводской готовности.
ИТП (сборка) - возможность монтажа теплового пункта в стесненных условиях, нет необходимости осуществлять перевозку теплового пункта в сборе. Перевозка только отдельных компонентов. Срок поставки оборудования значительно меньше, чем БТП. Стомость ниже. -БТП - необходимость транспортировки БТП к месту монтажа (транспортные расходы), размеры проемов для проноса БТП накладывают ограничения на габаритные размеры БТП. Сроки поставки от 4-недель. Цена.
ИТП - гарантия на разные компоненты теплового пункта от разных производителей; несколько разных сервисных партнеров для различного оборудования, входящего в состав теплового пункта; выше стоимость монтажных работ, сроки монтажных работ,Т. е. при монтаже ИТП учитываются индивидуальные особенности конкретного помещения и «творческие» решения конкретного исполнителя работ, что с одной стороны упрощает организацию процесса, а с другой - может снизить качество. Ведь сварной шов, изгиб трубопровода и т. д. по «месту» качественно выполнить намного сложнее, чем в заводских условиях.
