John Siegenthaler

Как только зональные термостаты достигнут заданного значения и соответствующие клапаны будут закрыты, сопротивление потоку в распределительной системе возрастет. Общий расход системы снижается, однако расход через каждый открытый зональный контур возрастает. Некоторые полосы магистрали теперь заблокированы и просто невозможно пропустить такое же количество трафика, даже если движение по каждой полосе будет немного быстрее. Кривая мощности распределительной системы возрастает (делается круче) всякий раз, когда зональные клапаны закрыты. Это показано на рис. 2 (система имеет несколько идентичных контуров напольного отопления, каждый из которых контролируется отдельным зональным клапаном). Согласно законам гидравлики, все гидравлические системы постоянно ищут равновесия между механической энергией (напор), производимой циркуляционным насосом и потерями напора вследствие трения потока жидкости в магистрали. Если изображать графически, то система всегда работает в точке пересечения кривой системы (мощности) и рабочей кривой насоса, как показано на рис. 3.

Для того, чтобы определить расход циркуляционного насоса, следует спроецировать из точки пересечения кривых вертикальную прямую на ось х. Чтобы определить избыточное давление насоса, из точки пересечения следует провести горизонтальнуюлинию на ось y. Далее определяют избыточное давление по формуле:

где:
P — избыточное давление насоса;
H — напор, создаваемый насосом (фт);
D — плотность жидкости.

Любой фактор, изменяющий сопротивление потока жидкости распределительной системы, заставляет кривую мощности возрастать (повышение сопротивления потока) или выравниваться (снижение сопротивления потока). Как только кривая мощности смещается, координаты точки пересечения изменяются относительно кривой насоса. Когда зональные клапаны закрыты, кривая системы возрастает (становится круче), перемещая рабочую точку вверх по кривой насоса. При этом возрастает избыточное давление по отношению к зонам, которые остались открытыми. Повышение избыточного давления влечет за собой повышение расхода в этих зонах. В некоторой точке повышенная скорость потока может вызвать шум клапана или магистрали. Такой звук достаточно неприятен.
В некоторых системах повышенное избыточное давление в результате нескольких неработающих зон может частично приоткрыть те зональные клапаны, которые должны быть закрыты. Это вызывает поступление тепла к тем зонам (потребителям), которые в нем не нуждаются.
Например, представьте систему, имеющую несколько контуров отопления и отдельный контур, который снабжает теплообменник косвенного нагрева. Предположим, что все контуры контролируют зональные клапаны. Предполагается, что система ГВС - единственная зона, работающая в летний период. Высокое избыточное давление, создаваемое насосом, при работающей нагрузке по ГВС может привести к просачиванию горячей воды через закрытые зональные клапаны в отопительные контуры. Это особо нежелательно при работе системы кондиционирования на полную мощность.

Под давлением

Одним из способов сведения к минимуму изменения избыточного давления при открытии и закрытии зональных клапанов является установка циркуляционного насоса со сравнительно «пологой» кривой. На рис. 4 показана кривая такого насоса по сравнению с кривой насоса с большим напором, показаны постепенно поднимающиеся кривые системы, что отражают закрывающиеся зональные клапаны. Сравним изменения избыточного давления при сдвижении рабочейточки вверх по «плоской» кривой насоса с теми изменениями, которые произошли бы при сдвижении рабочей точки вверх по кривой насоса с большим давлением. В обоих случаях зональные контуры, которые остаются работающими, «чувствуют» возросшее избыточное давление при закрытии других контуров, однако оно намного меньше в системе, где используется циркуляционный насос с пологой кривой. Если принять во внимание, что чем больше пологая кривая, тем лучше, то как должна выглядеть идеальная кривая насоса? В идеале это должна быть ровная горизонтальная линия с некоторым фиксированным значением избыточного давления. Циркуляционный насос с такой кривой смог бы создавать постоянное избыточное давление, несмотря на его расход. К несчастью, ни один центробежный насос с фиксированной скоростью не способен создать такую идеальную кривую насоса. Однако использование нескольких меньших насосов, работающих параллельно, могут создать наиболее приближенную к идеалу модель для систем, работающих при достаточно высоких показателях расхода. Использование циркуляционного насоса с пологой кривой в системах с зональными клапанами не является новшеством. Это было неоднократно описано в специализированной литературе. Однако и до сих пор при проектировке системы отопления с несколькими зонами иногда допускаются ошибки, касающиеся выбора насоса. При этом часто из-за незнания вышеприведенных фактов насос для системы отопления выбирается исходя из критерия «чем больше, тем лучше».

Другой способ ограничение избыточного давления - установка перепускного клапана избыточного давления (рис. 5). Этот клапан работает как клапан сброса давления, что направляет поток к впускной стороне насоса, а не в канализацию. Как только зональные клапаны закрываются, перепускной клапан срабатывает, тем самым увеличивая движение потока в обход по трубам, не заставляя насос работать при более высоком избыточном давлении, пытаясь продвинуть поток жидкости через более ограниченную распределительную систему. При регулировке перепускного клапана избыточного давления следует зафиксировать ручку (головки) таким образом, чтобы диск начал подниматься с седла при всех открытых зональных клапанах. Далее следует немного увеличить избыточное давление. Некоторые клапаны оснащены небольшим «окошечком», что позволяет видеть как клапан начинает отводить поток. Для клапанов, не оснащенных окошечками, избыточное давление в системе при всех работающих зонах можно вычислить, определив напор по рабочей точке и подставив значение в формулу, приведенную выше. Также дополнительно можно установить датчики давления на подающей и обратной стороне распределительной системы для определения избыточного давления при всех работающих зонах. Желательно перепускные клапаны дифференциального давления устанавливать в любой системе с зональными клапанами или подсистеме, которая включает больше четырех отдельных зон, или где используется циркуляционный насос, мощность которого составляет 1/25 лошадиных сил. Также их используют для предотвращения «холостого хода» циркуляционного насоса в системе с несколькими теплоизлучателями с параллельной подводкой труб, что контролируются термостатическими радиаторными клапанами.

Оптимальный вариант

Восхваляя достоинства перепускных клапанов избыточного давления, не стоит забывать, что они являются лишь временным решением проблемы. Да, действительно, они предотвращают работу циркуляционного насоса при высоком избыточном давлении и, следовательно, устраняют шум потока и утечку через седло клапана. Однако клапаны делают это путем забора (дросселирования) энергии напора, не уменьшая электропитание циркуляционного насоса. Это схоже со снижением скорости машины путем торможения вместо того, чтобы отпустить газ.

Наиболее оптимальный вариант контроля избыточного давления при закрытых зональных клапанах — снижение скорости циркуляционного насоса. Приэтом, кривая насоса смещается влево и вниз (рис. 6).

При открытии и закрытии зональных клапанов кривая системы изменяет свою «крутость», кривая циркуляционного насоса с переменным расходом может быть сдвинута так, как необходимо для поддержания постоянного избыточного давления в работающих зонах. Работающие зоны не «ощущают» того, что остальные зоны закрыты. Все активные зоны работают при одинаковом расходе и избыточном давлении, несмотря на то, какие зоны отключены. Надежно контролируемый циркуляционный насос работает как устройство, поддерживающее постоянное избыточное давление, независимо от интенсивности потока, проходящей через него. Это насос с «идеальной» кривой, что мы обсуждали раньше. Насос с переменным расходом предотвращает изменения избыточного давления и снижает количество потребляемой электроэнергии. В настоящий момент на рынке представлены небольшые (бытовые) насосы с переменным расходом, скорость большинства из них регулируется при помощи управляющего сигнала в виде постоянного напряжения 210 В или тока 4-20 мА. Остается только разработать простой, дешевый сенсор избыточного давления, который станет «глазами» циркуляционного насоса и будет оповещать, когда и насколько необходимо изменить скорость насоса. Другой способ изменения скорости циркуляционного насоса основан на температурной разнице в распределительной системе. В этом случае используется контроллер, регулирующий работу насоса для поддержания фиксированного падения температуры в распределительной системе. При закрытых зональных клапанах распределительная система выделяет меньше тепла, а следовательно, снижается температура на участке от подающего коллектора к возвратному. Температурные датчики контроллера насоса чувствуют это изменение в процессе его образования и снижают скорость насоса в соответствии со снижением температуры. ❑