Справочная информация. Для преобразования непонятных килокалорий в более доступные ватты, необходимо умножить их на коэффициент 0.86. Метры водного столба можно перевести в более привычные единицы: 10.2 м водяного столба равны 1 бару.
Особенности и устройство элеваторного узла системы отопления
Тепловые электростанции (ТЭЦ), используя природный газ, мазут или каменный уголь, нагревают воду до температуры 115°C под высоким давлением. Полученный высокотемпературный водяной пар попадает на лопатки турбины, вращающей трехфазный генератор переменного тока. Произведенная электроэнергия используется для снабжения жилых домов и промышленных объектов, в то время как отработанный пар обогревает квартиры и промышленные предприятия.
Что это такое?
Элеваторный узел служит для снижения температуры перегретого пара, поступающего из ТЭЦ, и поддержания необходимого давления в системе отопления. В учреждении, таком как подвал многоквартирного дома или коттеджа, в теплоузле размещаются устройства контроля и управления: элеватор, датчики температуры и давления, термометры, манометры, насосы для подкачки воды и циркуляционный насос для теплоносителя, аппаратура дистанционного управления, фильтр-грязевик, блок реле и автоматики. Несмотря на свои внешние простоты, элеваторный узел отопления представляет собой высокоэффективное устройство, которое приводит к нормализации температуры перегретой воды, поступающей из ТЭЦ, до нормативных значений в теплоузле системы отопления. Также он обеспечивает непрерывную циркуляцию горячей воды в системе, доставку горячей воды в радиаторы и возврат остывшей воды назад.
Преимущества элеватора включают его компактные размеры, отсутствие необходимости в регулярном техническом обслуживании и относительно низкую стоимость. Это устройство может функционировать без подключения к электрической сети. К недостаткам можно отнести отсутствие возможности регулировки температуры выходного потока в достаточных пределах. В следующем разделе мы кратко рассмотрим основные модели труб, которые применяются в современных системах горячего водоснабжения.
Общие принципы работы теплосети
Чтобы понять, как устроена система отопления, необходимо рассмотреть ее общие принципы работы. Процесс нагрева теплоносителя осуществляется на котельных и ТЭЦ с использованием угля, газа, нефтепродуктов и других источников энергии. Греющаяся вода поступает по трубам к точкам потребления, при этом система трубопроводов может быть значительно длиннее и разветвленной. Для минимизации потерь применяются тщательная теплоизоляция и поддержание проверенных температурных режимов, например, 150/70 ˚C, где 150° – температура подачи воды к точке потребления, а 70° – температура в обратной магистрали. Важным моментом является то, что таких режимов может быть несколько, и они должны подбираться в зависимости от климатических условий региона и температурных показателей воздуха в холодный период года. Теплоноситель поступает от трубопроводов подачи и обратки к каждой точке потребления, однако прямой подъем теплоносителя к приборам, работающим на тепло, недопустим.
Факт. Согласно строительным нормам и правилам (СНиП), температура теплоносителя в жилых зданиях не должна превышать 95 ˚C, тогда как в магистралях ТЭЦ этот показатель может колебаться в пределах 105–150 ˚C.
Зачем нужен элеваторный узел отопления
Использовать высокотемпературный теплоноситель в системах отопления нельзя по нескольким причинам:
- Во многих системах отопления жилых домов используются полипропиленовые трубы, которые при температуре +95 ˚C могут деформироваться и даже терять свою целостность;
- При малейшей разгерметизации системы вода моментально превращается в горячий пар, что создает серьезные угрозы для безопасности людей;
- Прикасание к радиаторам, нагреваемым свыше +95 ˚C, может привести к серьезным ожогам.
По этой причине в локальных тепловых узлах жилых домов происходит снижение температурных показателей теплоносителя до безопасного уровня. Эту задачу можно решить как с помощью специального оборудования, так и посредством применения простой проверенной схемы элеваторного узла.
Принцип работы элеватора
Внешний вид устройства напоминает крупный тройник из металлических труб с фланцами для подключения на концах. Внутри элеватора конструкция выглядит следующим образом:
- Левый патрубок (как показано на чертеже) представляет собой сужающееся сопло расчетного диаметра;
- За соплом располагается цилиндрическая смесительная камера;
- Нижний патрубок предназначен для подключения к обратной магистрали, соединяющейся со смешивающей камерой;
- Правый патрубок – расширяющийся диффузор, который направляет теплоноситель в отопительную сеть многоэтажного дома.
Примечание. В классическом варианте элеватор не требует подключения к электросети жилого дома. Обновленный тип устройства с регулируемым соплом и электроприводом необходимо подключать к внешнему источнику питания.
Стальной элеваторный узел подключается левым патрубком к подающей магистрали централизованной тепловой сети, а нижним – к обратному трубопроводу. С обеих сторон элемента устанавливаются отсекающие задвижки и сетчатый фильтр (грязевик) на подаче. Традиционная схема теплового пункта с элеватором также включает манометры, термометры (на обеих линиях) и приборы учета потребляемой энергии.
Теперь давайте рассмотрим, как функционирует элеваторная перемычка:
- Перегретая вода из сети теплоснабжения проходит через левый патрубок к соплу.
- При прохождении через узкое сечение сопла под высоким давлением поток воды ускоряется в соответствии с законом Бернулли. В этой зоне начинает действовать эффект водоструйного насоса, который обеспечивает циркуляцию теплоносителя в системе.
- В зоне смесительной камеры напор воды снижается до нормальных значений.
- Струя, движущаяся с высокой скоростью в диффузор, создает разрежение в смешивающей камере. Возникает эффект эжекции – поток жидкости более высокого давления увлекает теплоноситель, возвращающийся из отопительной сети.
- В смешивающей камере происходит сочетание охлажденной воды с перегретой, и на выходе из диффузора получается теплоноситель необходимой температуры (до 95 °С).
Уточнение. Также стоит отметить, что элеваторный узел использует принцип инжекции, который заключается в смешивании двух струй с одновременной передачей энергии. Напор результирующего потока меньше, чем у первоначального, но выше, чем у подсасываемого из обратки. Более наглядно этот процесс показывает видео:
Основным условием нормальной работы элеватора является достаточный перепад давления между подающей и обратной линией. Эта разница должна быть достаточной для преодоления гидравлического сопротивления системы отопления и самого инжектора. Например, вертикальная перемычка должна врезаться в обратку под углом 45°, что способствует лучшему разделению потоков.
Технические характеристики стандартных изделий
Линейка стандартных элеваторов, произведенных на заводе, насчитывает 7 типоразмеров, каждому из которых присвоен свой номер. При выборе учитываются два основных параметра – диаметр горловины (смесительной камеры) и рабочего сопла. Сопло является съемным конусом, который может быть заменен по мере необходимости.
Замена сопла может потребоваться в двух случаях:
- Когда проходимое сечение детали увеличивается вследствие естественного износа, что происходит из-за трения абразивных частиц, содержащихся в теплоносителе.
- Если нужно изменить коэффициент смешивания, то есть повысить или снизить температуру воды, подающейся в домовую систему теплоснабжения.
Номера стандартных элеваторов и их основные размеры представлены в таблице (сопоставляйте с обозначениями на чертеже).
Следует заметить, что в технических характеристиках не указывается проходное сечение сопла, так как этот диаметр рассчитывается отдельно. Чтобы подобрать нужный номер готового элеваторного тройника для конкретной отопительной системы, необходимо дополнительно вычислить нужный размер смесительно-инжекционной камеры.
Как функционирует элеватор?
Если говорить простыми словами, то элеватор в системе отопления представляет собой водяной насос, не требующий подведения энергии извне. Благодаря этому, а также своей простой конструкции и низкой стоимости, этот элемент занял свое место во всех тепловых пунктах, построенных еще в советские времена. Однако для надежной работы устройства необходимы определенные условия, о чем будет рассказано ниже.
Чтобы понять, как устроен элеватор в системе отопления, нужно изучить схему, представленную на рисунке выше. Это устройство напоминает обычный тройник и устанавливается на подающем трубопроводе, при этом его боковой отвод соединяется с обратной магистралью. Если бы вода из сети проходила просто через тройник, она по прямому пути устремилась бы в обратный трубопровод и дальше в система отопления, без снижения температуры, что было бы недопустимо.
Стандартный элеватор состоит из подающей трубы (предкамеры), в которой встроено сопло расчетного диаметра и смесительной камеры, куда подводится остывший теплоноситель из обратного трубопровода. На выходе из узла патрубок расширяется, образуя диффузор. Принцип действия устройства выглядит следующим образом:
- теплоноситель из сети с высокой температурой поступает в сопло;
- при прохождении через отверстие малого диаметра скорость потока возрастает, что приводит к образованию зоны разрежения за соплом;
- разрежение вызывает подсасывание воды из обратного трубопровода;
- потоки смешиваются в камере и выходят в систему отопления через диффузор.
Как происходит описанный процесс, наглядно показывается на схеме элеваторного узла, где все потоки обозначены различными цветами:
Условием стабильной работы узла является то, что величина перепада давления между подающей и обратной магистралью должна превышать гидравлическое сопротивление системы отопления.
Несмотря на явные достоинства, данный смесительный узел имеет один серьезный недостаток. Принцип работы элеватора котельной не позволяет эффективно регулировать температуру смеси на выходе. Для регулировки температуры необходимо изменять количество перегретого теплоносителя, поступающего из сети, и количество подсасываемой воды из обратного трубопровода. Например, чтобы снизить температуру, нужно уменьшить поток на подаче и увеличить приток теплоносителя через перемычку. Достичь этого можно только за счет уменьшения диаметра сопла, чего, как правило, сделать нельзя.
Кроме того, проблему эффективного регулирования помогают решить элеваторы с электроприводом, в которых, благодаря механическому приводу, вращаемому электродвигателем, возможно увеличение или уменьшение диаметра сопла. Это достигается посредством дроссельной иглы конусной формы, которая может входить в сопло изнутри на определенное расстояние. На следующем рисунке 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.
Расчет элеватора отопления
Следует заметить, что расчет водоструйного насоса, коим является элеватор, является процессом достаточно сложным, но мы постараемся представить его в доступной форме. Для подбора агрегата нам важны две ключевые характеристики элеваторов – внутренний размер смесительной камеры и проходной диаметр сопла. Размер камеры определяют по следующей формуле:
- dr – искомый диаметр в сантиметрах;
- Gпр – приведенное количество смешанной воды в тоннах на час.
Приведенный расход вычисляется следующим образом:
- τсм – температура смеси, подающейся на отопление, в °С;
- τ20 – температура остывшего теплоносителя в обратной магистрали, в °С;
- h2 – сопротивление отопительной системы в метрах водного столба;
- Q – потребный расход тепла в килокалориях на час.
Чтобы правильно подобрать элеваторный узел системы отопления по размеру сопла, необходимо рассчитать его следующим образом:
- dr – диаметр смесительной камеры в сантиметрах;
- Gпр – приведенный расход смешанной воды в тоннах на час;
- u – безразмерный коэффициент инжекции (смешивания).
- τ1 – температура перегретого теплоносителя на входе в элеватор;
- τсм, τ20 – то же, что и в предыдущих формулах.
Примечание. При расчете сопла необходимо учитывать коэффициент u, равный 1.15u’.
Опираясь на полученные данные, осуществляется подбор агрегата по двум ключевым характеристикам. Стандартные размеры элеваторов обозначены номерами от 1 до 7, и следует выбирать тот, который ближе всего к расчетным параметрам.
Схема плановой проверки состояния работы элеваторного узла
Одним из главных достоинств системы является простота ее эксплуатации. Устройство не требует постоянного контроля, достаточно проводить плановые осмотры. Для этого обследования рекомендуется выполнять по следующему алгоритму:
- Проверка целостности труб;
- Сверка приборов, подстройка датчиков давления и термометров;
- Расчет потерь давления при прохождении воды через сопло;
- Расчет коэффициента смещения, так как эта величина учитывается при настройке системы, ведь даже исправно смонтированный узел и трубопровод со временем изнашиваются.
После проведения плановой проверки система опечатывается, что позволяет зафиксировать ее настройки и предотвратить несанкционированные изменения.
Установка элеваторного узла
Обычно монтаж элеваторного узла отопления производится в подвальных помещениях. Использование таких мест возможно только при соблюдении следующих условий:
- Это должно быть крытое помещение с положительной температурой (выше 0°).
- На трубах во влажных помещениях в силу большой разницы температур образуются капельки воды (конденсат), что приводит к быстрому износу оборудования. Чтобы поддерживать трубы в сухом состоянии, необходимо установить систему вытяжной вентиляции.
Совет! Избавиться от конденсата также можно, используя изоляцию труб. На трубопровод наносится слой жидкой теплоизоляции или устанавливаются теплоизоляционные трубки из вспененного полиэтилена.
В системах с автоматическим элеватором отопления для бесперебойной подачи электроэнергии рекомендуется установка независимого источника питания. Это обеспечит функционирование устройств даже в случае отключения электроэнергии.
