Работа систем горячего водоснабжения
В данной статье, автор рассматривает работу регуляторов и другого оборудования входящего в системы горячего водоснабжения.
Схемы и применение регулятора «Рацион-Комби» для систем горячего водоснабжения, можно посмотреть на www.kombi.by - «Главная» – «Регуляторы температуры» - «Для систем горячего водоснабжения».
Рассмотрим работу регуляторов и другого оборудования входящего в системы горячего водоснабжения.
Рис.1
Электронный блок контролирует температуру на выходе из теплообменника (датчик Д1) и подает команды на регулирующий клапан, который изменяет расход сетевой воды поступающей в теплообменник.
На рис.2 стрелками показано распределение величин скоростей воды по сечению пластин теплообменника, в зависимости от гидравлического режима (ламинарный или турбулентный). Переходные режимы работы рассматривать не будем.
Рис.2
При ламинарном режиме максимальная скорость воды – в центре (точки 2, 3), а на стенках она равна нулю (точка 1). При турбулентном режиме – скорость во всех точках имеет одинаковое значение. Регулирующий клапан в зависимости от нагрузки пропускает различное количество теплоносителя поэтому в теплообменнике постоянно происходит изменение гидравлического режима (изменение скорости жидкости). Гидравлический режим в нагреваемой среде зависит от величины разбора и циркуляции. Вода является сравнительно плохим проводником тепла, поэтому в ламинарном режиме коэффициент теплопередачи существенно падает.
Пластинчатые теплообменники имеют КПД 95-97% при номинальной нагрузке. Кожухотрубные теплообменники имеют КПД равный 80-85% практически во всём диапазоне нагрузок. Какое КПД у пластинчатого теплообменника при малых нагрузках – у автора данных нет.
Эффективность системы горячего водоснабжения существенно зависит от работы теплообменника.
В теплообменнике температура обратки изменяется в широком диапазоне и зависит не только от величины нагрузки, но и от состояния теплообменника (накипь), температуры сетевой воды (пролив), качества регулирования (регулятор, клапан), правильного подбора оборудования (расчетная производительность теплообменника, клапан).
С помощью температурных диаграмм, записанных на различных объектах, автор постарается проанализировать работу систем ГВС.
Для всех диаграмм:
красная – температура тепловой сети (Т1);
синяя – температура ГВС (Т3);
зелёная – обратка ГВС с теплообменника;
светло-зеленая – температура ГВС установленная потребителем (расчетная).
Пример работы системы ГВС на жилом доме в г. Минске, ул. Лобанка, 109 апрель 2006г.
На Диаграмме 1 показана работа системы ГВС с регулятором «Рацион-ГВ» установленным в 1998г.
С 1995г по 2001г. производился регулятор температуры «Рацион-ГВ» для горячего водоснабжения, который и в настоящее время работает на многих объектах.
Диаграмма 1
Температура сетевой воды – около 62оС. Выход температуры ГВС – 58оС.
Рассмотрим температурный график обратки (зеленая кривая). Форма этой кривой характеризует величину расхода горячей воды и работу регулятора .
Обратите внимание на величину температуры обратки в ночное время суток достигающую 56оС. Это нормальное явление. Ночью, разбор горячей воды минимальный или вообще отсутствует, а в данном регуляторе нет режима понижения температуры в ночное время, поэтому холодная вода не поступает в теплообменник, а циркулирует только вода по змеевикам, и в данном случае система ГВС работает как система отопления.
Очень хорошо заметно, что 9 апреля, был выходной день – воскресенье. Так как это ранняя весна, сезон дач и отдыха ещё не начался, и судя по температуре Т1 температура на улице была не ниже 0о С, большая часть жителей дома активно пользовались горячей водой на протяжении всего дня. Об этом свидетельствует средняя температура обратки равная примерно 34-35о С, что обычно соответствует нагрузке теплообменника около 80- 90% от расчетной, которая обычно задается 30о С (См. Диаграмма 2).
Диаграмма 2
На Диаграмме 3 для сравнения показана работа системы ГВС в понедельник 10 апреля. Хорошо виден утренний пик потребления между 6 и 7 часами утра, и вечерние – 18, 20, 22 часа, где температуры обратки опускаются до 30-32оС. Днем, когда потребление небольшое, температура обратки поднимается до 45-46оС.
Диаграмма 3
В апреле 2006г. регулятор «Рацион-ГВ» заменили на «Рацион-Комби» 1.ГВ и установили РПД.
При установке РПД были неправильно подключены импульсные трубки (Диаграмма 4).
Диаграмма 4
Позже, импульсные трубки РПД были подключены правильно, работа системы ГВС нормализовалась (Диаграмма 5).
Обратите внимание на температуру тепловой сети на Диаграмме 5. Так как это был май месяц, то отопление было отключено. Дом находится недалеко от ТЭЦ-4. Примерно в 22.30 температура теплоносителя резко падает. Такие действия со стороны тепловых сетей, имеют логическое объяснение. Зная состояние тепловых пунктов и не всегда адекватную работу регуляторов температуры, возможно, так пытаются экономить.
Диаграмма 5
Не хотелось бы оспаривать эти решения, но обратите внимание на Диаграмму 6
Диаграмма 6
Так как к регулятору подключены датчики Д1 и Д2 (См. рис.1) и установлен перепад температур на теплообменнике 2оС (См. www.kombi.by - «Главная» – «Регуляторы температуры» - «Для систем горячего водоснабжения»), то при понижении температуры тепловой сети, регулятор автоматически изменяет температуру горячей воды. Если бы этого не было, то независимо от разбора горячей воды, регулирующий клапан открылся бы полностью, так как температура тепловой сети была иногда ниже заданной температуры ГВС в регуляторе. Происходил бы пролив сетевой воды, что соответственно приводит к увеличению температуры обратки и разбора сетевой воды в тепловой сети. Это и дополнительные тепловые потери, и дополнительный расход электроэнергии для работы сетевых насосов.
Особо, хочу обратить внимание, что во всех примерах для регуляторов «Рацион-Комби», наладка его не проводилась. Устанавливалось только время включения режима понижения и необходимая температура ГВС.
Жилой дом по ул. Ольшевского 11 г. Минска, январь 2005г.
Регулятор «Рацион-ГВ» установлен в 1998г.
Диаграмма 7
Анализируя температурные графики, были даны рекомендации о необходимости промывки теплообменника и ремонту регулирующего клапана. (Были проигнорированы).
Большой интерес представляют собой Диаграммы 8 и 9. Это тот же объект по ул. Ольшевского, 11, но через несколько лет. В декабре 2006г. регулятор «Рацион-ГВ» заменили на «Рацион-Комби» 1.ГВ. При снятии архива данных с регулятора (Диаграмма 8), было проведено обследование состояния оборудования системы ГВС и установлено:
1 – регулирующий клапан имеет протечку;
2 – необходимо провести промывку теплообменника.
Диаграмма 8
Архив данных был снят 16.02.2007г. после промывки теплообменника (Диаграмма 9).
Диаграмма 9
Если сравнить работу системы ГВС до и после промывки теплообменника, то сразу заметно улучшение качества регулирования. К сожалению, ремонт регулирующего клапана не проводился. Это хорошо заметно, когда система входит в режим понижения и достаточно долго по времени не может достичь заданной температуры.
Так как, снятие архивов (Диаграммы 8 и 9) проводилось с регулятора, и не подключался датчик Д3, поэтому температурного графика обратной воды не было.
На Диаграмме 10 - работа ГВС общежития «Завода силикатных изделий» по ул. Прилуцкой г. Минска в мае 2005г.
Температура обратки имеет высокие значения практически во всем диапазоне нагрузок.
Регулирующий клапан имеет протечку. Это заметно, когда в 00.00 часов регулятор начинает режим понижения, а в 01.00 часа происходит, согласно программе, отключение циркуляционного насоса и температура ГВС возрастает до значений температур тепловой сети.
Диаграмма 10
На Диаграммах 11 - работа ГВС общежития в июле 2005г., после разборки и чистки теплообменника и ремонта регулирующего клапана.
Диаграмма 11
Самое важное, по данным администрации общежития, потребление тепловой энергии после проведенного ремонта, уменьшилось на 27%.
На Диаграммах 12 и 13 – ТС жилого дома по ул. Машерова, 54 г. Минска, сентябрь 2007г., регулятор «Рацион-Комби».
В теплоузле установлены два теплообменника подключенных параллельно с одним регулирующим клапаном. Регулирующий клапан имеет протечку равную 300 литров в час.
С первого теплообменника - обратка зеленая, со второго – коричневая.
На Диаграмме 13 видно, что у теплообменников различные температуры обратки, особенно это заметно при изменениях гидравлических режимов.
Диаграмма 12
Обратите внимание на время начала разбора горячей воды – 8:00..9:00. В народе, этот дом называют «Титаником».
Диаграмма 13
На Диаграммах с 14 по 16 - работа систем ГВС с регулятором «Рацион-Комби» на жилых домах по ул. Молодежной г. Новополоцка. 16 декабря 2008г.
Диаграмма 14
Диаграмма 15
В теплоузле (Диаграмме 16), РПД нет, перепад давлений больше 4 bar и регулирующий клапан не может закрыться, его отключает муфта предельного давления. Поэтому температурный график ГВС имеет такую форму. К сожалению возможности регулятора, в данном случае, не позволяют улучшить качество регулирования. Такие проблемы приводят к перерасходу тепловой энергии.
Диаграмма 16
На Диаграмме 17 - работа системы ГВС с регулятором «Рацион-Комби» на жилом доме по ул. Молодежной г. Новополоцка. в октябре 2009г.
Даже не удобно было показывать данный температурный график, но очень уж красиво выглядит. А если серьезно, то основная заслуга работы систем ГВС в г. Новополоцке принадлежит проектировщикам , которые грамотно рассчитали и подобрали теплотехническое оборудование.
Диаграмма 17
На Диаграмме 18 - работа системы ГВС с регулятором «Рацион-Комби» на жилом доме г. Витебск июль 2009г.
Регулятор привезли на ремонт, считая что он неисправен, так как был активизирован датчик Д2, а физически подключен не был. В таком случае, регулятор сообщает персоналу, индицируя «Е», что датчик не работает. Видно, что регулятор включали в 10 часов 40 минут, датчик Д1 подключен не был, потом в 12 часов, Д1 подключен, и в 14 часов включили в автоматический режим. В четверг, в 15 часов регулятор был отключен.
Диаграмма 18
На Диаграмме 19 приведен пример ошибки обслуживающего персонала.
Регулятор «Рацион-Комби»2.О+ГВ на жилом доме ТС по ул. Есенина г. Минска 10 июня 2010г.
Черная кривая – температура наружного воздуха, температуры датчиков системы отопления не приводятся, т.к. система отключена.
Видно, что во вторник, 8 июня, в 6 часов 20 минут исчезло напряжение питание на регуляторе. О причинах данных не имею. Персонал, посчитав, что регулятор неисправен, принес в ремонт 10 июня в 12 часов дня. Подключив регулятор для проверки, и убедившись в его исправности, он сразу же был отдан обратно с разъяснениями.
Диаграмма 19
На Диаграмме 20 приведен ещё один пример ошибки обслуживающего персонала.
Регулятором «Рацион-Комби»2.О+ГВ на жилом доме ТС по ул. Захарова, 67, г. Минска 26.02. 2010г.
При передаче дома на обслуживание ЖЭС, сотрудниками этой организации было заявлено, что регулятор находится в неисправном состоянии. Снятие данных архива, показали, что не только регулятор исправен, но и вся система отопления и ГВС работает хорошо.
Красная кривая – температура в систему отопления дома.
Зеленая кривая – температура из системы отопления дома.
Черная кривая – температура наружного воздуха.
Синяя кривая – температура ГВС.
Диаграмма 20
Возьму на себя смелость опубликовать и иногда прокомментировать работу регуляторов ГВС других производителей. Часть ниже приведенных диаграмм, были сняты лично, часть другими организациями бравшими пользоваться регистратором температуры (См. www.kombi.by - «Главная» – «Регистратор температуры»).
Диаграмма 21 –ГВС апрель 2005г. ТС жилого дома по ул. Могилевская-Красивая.
Регулятор Комфорт-Данфосс.
Диаграмма 21
Обратите внимание на температуру горячей воды при больших нагрузках, так же, на обратку, но не на величину температур, а на частоту колебаний. По моему мнению, регулятор «перевозбужден». Сравните колебания обратки на Диаграмме 1 или 11. Если же судить по температурам, то теплообменник и клапан в порядке.
Диаграмма 22 –ГВС январь 2007г. жилого дома ЖЭС-17 г.Минска. . Регулятор Термо-К.
В статье (См. «www.kombi.by - «Главная» – «Некоторые проблемы систем отопления …») данный график был снят совместно с работой системы отопления (См. там же Диаграмма 1).
Диаграмма 22
Диаграмма 23 - работа регулятора ГВС «Струмень» РТМ-02, г. Минск, ул. Ленина, 5, 25.07.2006г.
Диаграмма 23
Диаграмма 24 - работа регулятора ГВС «Струмень» РТМ-03, г. Минск, ул. Мазурова, 16, 23.09.2009г.
Снята совместно с представителями Фрунзенского ЖРЭО 1.
Диаграмма 24
Диаграмма 25 - работа регулятора ГВС «Струмень» РТМ-03, г. Минск, ТС по ул. Денисовская,31 26.07.2005г.
Диаграмма 25
Председатель ТС жаловался на температуру горячей воды. Был установлен регистратор и за одни сутки, причина стала понятна.
Если посмотреть на температуру горячей воды (синяя кривая), до 3 часов 44 минут 26.07.2005г., то выглядит она красиво. Но после этого времени, регулятор «завис». Это хорошо видно по диаграммам. Температура ГВС не управляема и повторяет форму температуры тепловой сети.
Это происходит с разными электронными устройствами, которые не оборудованы специальными средствами защиты. Чтобы вывести их из этого состояния, их необходимо либо перезагрузить, либо отключить на небольшое время питание.
Для систем ГВС – это самое неприятное явление. В данном случае, кроме перерасхода теплоносителя, страшного ничего нет. А допустим, что такая ситуация возникла зимой, когда температура теплоносителя достигает 80оС и выше. Ведь известно, что при температуре на выходе из теплообменника (ГВС), выше 70о С, начинается достаточно интенсивный процесс накипьобразования, приводящий к увеличению гидравлических потерь в теплообменнике (уменьшается коэффициент теплопередачи). Конечно, этот процесс зависит не только от величены температур, но также и от давления холодной воды, её качеств (наличие количества примесей и солей), гидравлического режима работы теплообменника (См. начало статьи).
В итоге за один сезон теплообменник можно довести до плачевного состояния. Стоимость же ремонта теплообменника, как минимум в 2-3 раза превышает стоимость нового регулятора.
Многолетняя практика и опыт показали – если с регулятором происходит выше описанное явление – его желательно заменить. Выбор производителя регулятора остается за заказчиком… Обычно «зависание» регулятора – это не единичное явление, а вероятно - системное для данной марки изделия. Оно будет происходить постоянно, где чаще, где реже. Автор проживает в доме по пр-ту Жукова, 25 кор.2 г. Минска, где установлен РТМ-02 и работники ЖЭС-11 постоянно получает жалобы на качества горячей воды от жильцов.
Так же на Диаграмме 25 обратите внимание на температуру обратки, во время, когда было регулирование, и когда регулятор «завис», и попробуйте провести собственный анализ.
.На Диаграмме 26 - работа системы ГВС с регулятором «Рацион-Комби» на общежитии в п. Сенница 21 мая 2009г. Регулирующий клапан производства ПО «Термоблок» с приводом «Данфосс», у которого время полного хода штока составляет около 4,5 минут. РПД – нет. Циркуляционного насоса нет. Теплообменник – раньше не эксплуатировался.
Персонал, проводящий запуск системы ГВС, по телефону попросил консультацию, считая работу регулятора не удовлетворительной. В среду в 10 часов 10 минут, параметры законов регулирования были изменены.
Диаграмма 26
В четверг, в 8 часов, автор прибыл на объект и снял с регулятора архив данных. Была снята и характеристика работы регулирующего клапана. На приводе клапана существует рукоятка, с помощью которой, можно установить расход сетевой воды через теплообменник вручную.
При 100% открытии – 13 м3 в час;
75% открытии – 11,2 м3 в час;
50% открытии – 9,4 м3 в час;
25% открытии – 6,8 м3 в час;
Данные о расходе считывались с теплосчетчика. Как видно, характеристика клапана – нелинейная (заявлена как линейная), и время полного хода штока привода для ГВС достаточно большое (оптимальное время составляет в зависимости от Ду от 30 секунд до 1,5 минуты) .
После проведенного анализа работы системы ГВС, было принято решение об установке начальных параметров в регуляторе.
Так же, обратите внимание, что в 23 часа прекращается подача теплоносителя (происходит отключение сетевых насосов на котельной).
Исследования по работе систем ГВС были начаты с 1994г и продолжаются до настоящего времени. Из несколько сотен диаграмм, автор постарался выбрать более интересные. Выводы, к которым он пришел, следующие:
- Регулирующие клапана не должны иметь протечку при полном закрытии.
- Полное время хода штока клапана, рекомендуется не более 1,5 минуты.
- Желательно линейные характеристики расхода регулирующего клапана.
- Теплообменники не должны быть с большим запасом, так как это приводит к более интенсивным отложениям на пластинах в ламинарных режимах (См. начало статьи).
- Если в системе нет циркуляционной линии, необходимо устанавливать рециркуляционный насос.
- Регуляторы температуры не должны «зависать» и быть простыми в наладке и эксплуатации.
Дополнительную информацию по применению и работе регулятора «Рацион-Комби», можно получить в ООО «Белтеплоиндустрия».
Иванов В.И. |
