Подбор аупд для систем отопления и охлаждения высотных сооружений. Автоматические установки повышения давления SPL® Автоматическая установка поддержания давления

Установки поддержания давления (УПД, АУПД, нагнетательные и расширительные автоматы) являются сложными техническими системами, предназначенными для поддержания давления в отопительных и охладительных контурах. Особенно это оборудование стало востребовано в нашей стране в последние годы в связи с ростом высотного строительства, вызванного процессами урбанизации. Насосные и компрессорные автоматические установки поддержания давления FLAMCO приходят на смену традиционным расширительным бакам в системах отопления и охлаждения во всех диапазонах рабочих давлений и температур.

Основным преимуществом УПД всех производителей (Flamco, и др.) является повышенный коэффициент использования баков-накопителей (около 0,9). В случае насосных установок избыточный теплоноситель находится в безнапорных емкостях. Для поддержания давления в системе на требуемом уровне теплоноситель либо добавляется в систему насосом (насосами), либо сбрасывается в бак-накопитель через клапана с электро-моторными приводами. Компрессорные АУПД по сути являются модифицированными традиционными мембранными расширительными баками, давление в которых регулируется компрессором и сбросными клапанами, управляемыми автоматикой.

Применение АУПД Flamco взамен мембранных расширительных баков позволяет оперативно устанавливать рабочее давление в системах отопления и холодоснабжения в широких диапазонах. При использовании обычных мембранных баков для смены рабочего давления в системе необходимо опорожнить бак и отрегулировать в нем давление. Эту же процедуру необходимо проводить при каждом техническом обслуживании котельной.

Все установки поддержания давления Flamco снабжены надежной силовой электрической частью и уникальным микропроцессорным управлением с ЖКИ дисплеем. Оригинальная автоматика SPCx-lw(hw) имеет несколько уровней доступа, позволяющих надежно защитить настройки от постороннего вмешательства. Резервная копия настроек системы может быть сохранена на SD-карту нашим специалистом при осуществлении пусконаладочных работ. Автоматика имеет возможность удаленного контроля функционирования. Эта функция довольно проста в реализации, в отличие от АУПД других производителей.

Во всех компрессорных и насосных УПД Flamco реализована возможность интеллектуального управления подпиткой. В насосных АУПД есть подпитка идет через бак-накопитель, в компрессорных - непосредственно в систему отопления (холодоснабжения).

Насосные УПД Flamco - Flamcomat - снабжены функцией интеллектуальной дегазации системы, позволяющей уменьшить до минимума содержание газов в теплоносителе и, соответственно, значительно снизить коррозионную нагрузку на трубопроводы, отопительные приборы, теплообменники и котлоагрегаты.

Установки повышения давления SPL® предназначены для перекачивания и повышения давления воды в системах хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения различных зданий и сооружений, а так же в системах пожаротушения.

Это модульное высокотехнологичное оборудование состоящее из блока насосов, включающего всю необходимую обвязку, а также современную систему управления, гарантирующую энерго-эффективную и надежную работу, с наличием всей необходимой разрешительной документацией.

Применение комплектующих ведущих мировых производителей с учетом российских стандартов, норм и требований.

SPL® WRP: структура условного обозначения

SPL® WRP: состав насосной установки

Частотное регулирование на все насосы SPL® WRP-A

Система частотного регулирования на все насосы предназначена для контроля и управления стандартными асинхронными злектродвигателями насосов одного типоразмера в соответствии с внешними сигналами управления. Данная система управления предусматривает возможность управления от одного до шести насосов.

Принцип работы частотного регулирования на все насосы:

1. контроллер запускает в работу преобразователь частоты, изменяя частоту вращения электродвигате- ля насоса в соответствии с показаниями датчика давления на основе ПИД-регулирования;

2. в начале работы всегда запускается один частотно-регулируемый насос;

3. производительность повысительной установки меняется взависимости от потребления путем включения/выключения требуемого числа насосов и параллельной регулировки насосов, находящихся в эксплуатации.

4. если заданное давление не достигнуто, и один насос работает на максимальной частоте, то через определенный промежуток времени контроллер включит дополнительный преобразователь частоты в работу, и насосы синхронизируются по частоте вращения (насосы в эксплуатации работают с равной частотой вращения).

И так до тех пор, пока давление в системе не достигнет заданного значения.

При достижении заданного значения давления, контроллер начнет снижать частоту всех работающих преобразователей частоты. Если в течение определенного времени частота преобразователей держится ниже заданного порога, будет произведено отключение дополнительных насосов поочередно через определенные промежутки времени.

Для выравнивания ресурса электродвигателей насосов по времени реализована функция смены последовательности включения и выключения насосов. Также предусмотрено автоматическое включение резервных насосов в случае выхода из строя рабочих. Выбор количества рабочих и резервных насосов производится на панели контроллера. Преобразователи частоты, кроме регулирования, обеспечивают плавный пуск всех электродвигателей, так как подключены непосредственно к ним, что позволяет избежать применения дополнительных устройств плавного пуска, ограничить пусковые токи злектродвигателей и увеличить эксплуатационный ресурс насосов за счет уменьшения динамических перегрузок исполнительных механизмов при пуске и останове злектродвигателей.

Для систем водоснабжения это означает отсутствие гидроударов при пуске и останове дополнительных насосов.

Для каждого электродвигателя преобразователь частоты позволяет реализовать:

1. регулирование частоты вращения;

2. защиту по перегрузу, торможение;

3. мониторинг механической нагрузки.

Мониторинг механической нагрузки.

Данный набор возможностей позволяет избежать применения дополнительного оборудования.

Частотное регулирование на один насос SPL® WRP-B(BL)

B базе насосной установки комплектации SPL® WRP-BL могут быть только два насоса, а управление реализовано только по принципу схемы работы рабочий-резервный насос, при этом рабочий насос всегда задействован в работе с частотным преобразователем.

Частотное регулирование является наиболее эффективным методом регулирования производительности насосов. Реализуемый в этом случае каскадный принцип управления насосами с применением частотного регулирования уже прочно утвердился как стандарт в системах водоснабжения, поскольку дает серьезную экономию электроэнергии и увеличение функциональности системы.

Принцип частотного регулирования на один насос основан на управлении контроллером преобразователя частоты, изменяя частоту вращения одного из насосов, постоянно сравнивая значение задания с показанием датчика давления. В случае нехватки производительности работающего насоса по сигналу с контроллера включится дополнительный, а если произойдет авария, будет задействован резервный насос.

Сигнал от датчика давления сравнивается с заданным давлением B контроллере. Рассогласование между этими сигналами задает частоту вращения крыльчатки насоса. В начале работы выбирается основной насос на основании оценки времени минимальной наработки.

Основной насос - зто насос, который в данный момент работает от преобразователя частоты. Дополнительные и резервные насосы подключаются напрямую K питающей сети или через устройство плавного пуска. В данной системе управления выбор количества рабочих/резервных насосов предусмотрен с сенсорного дисплея контроллера. Преобразователь частоты подключается к основному насосу и начинает работу.

Частотно-регулируемый насос всегда запускается первым. По достижении определенной частоты вращения крыльчатки насоса, связанной с возрастанием расхода воды в системе, в работу включается следующий насос. И так до тех пор, пока давление в системе не достигнет заданного значения.

Для выравнивания ресурса электродвигателей по времени реализована функция смены последовательности подключения электродвигателей к преобразователю частоты. Есть возможность пользовательского изменения времени переключения.

Преобразователь частоты обеспечивает регулирование и плавный пуск только того электродвигателя, который подключен непосредственно к нему, остальные электродвигатели пускаются напрямую от сети.

При применении электр0двигателей мощностью от 15 кВт рекомендуется пускать дополнительные электродвигатели через мягкие пускатели для снижения пусковых токов, ограничения гидроударов и увеличения общего ресурса насоса.

Релейное регулирование SPL® WRP-C

Работа насосов осуществляется по сигналу от реле давления, настроенного на определенное значение. Насосы включаются напрямую от сети и работают с полной производительностью.

Применение релейного регулирования в управлении насосными установками обеспечивает:

1. поддержание заданных параметров системы;

2. каскадный метод управления группой насосов;

3. взаимное резервирование злектродвигателей;

4. выравнивание моторесурса злектродвигателей.

В насосных установках, рассчитанных на два насоса и более, при нехватке производительности работающих насосов включается дополнительный насос, который также будет задействован при аварии одного из работающих насосов.

Останов насоса осуществляется с заданной задержкой во времени по сигналу от реле давления о достижении заданного значения давления.

Если в течение последующего заданного времени реле не фиксирует падения давления, то останавливается последующий насос и далее каскадом до останова всех насосов.

Шкаф управления насосной установки принимает сигналы от реле защиты от сухого хода, которое устанавливливается на всасывающем трубопроводе, или от поплавка из накопительной емкости.

По их сигналу при отсутствии воды система управления отключит насосы, защищая от разрушения вследствие работы по сухому ходу.

Предусмотрены автоматическое включение резервных насосов в случае выхода из строя рабочих и возможность выбора количества рабочих и резервных насосов.

В насосных установках на базе 3 насосов и более появляется возможность управления и от аналогового датчика 4-20 MA.

При эксплуатации установкок повышения давления с релейным принципом поддержания давления:

1. насосы включаются напрямую, что приводит к гидроударам;

2. экономия электроэнергии минимальна;

3. регулирование дискретно.

Это практически незаметно при использовании небольших насосов мощностью до 4 кВт. При увеличении мощности насосов скачки давления при включении и выключении становятся все более ощутимы.

Для уменьшения скачков давления можно организовать включение насосов с последовательным открытием заслонки или установить расширительный бак.

Полностью снять проблему позволяет установка мягких пускателей.

Пусковой ток при прямом включении в 6-7 раз превышает номинальный, тогда как плавный пуск является щадящим для электродвигателя и механизма. При этом пусковой ток выше номинального в 2-3 раза, что позволяет существенно уменьшить износ насосов, избежать гидроударов‚ а также снизить нагрузку на сеть во время пуска.

Прямой пуск является основным фактором, приводящим к преждевременному старению изоляции и перегреву обмоток электродвигателя и, как следствие, уменьшению его ресурса в несколько раз. Реальный срок эксплуатации электродвигателя в большей степени зависит не от времени наработки, а от общего количества пусков.

Многолетний опыт проектирования и эксплуатации высотных зданий позволяет сформулировать следующий вывод: основой надежности и эффективности работы системы отопления в целом является соблюдение следующих технических требований:

1. Постоянство давления теплоносителя во всех режимах эксплуатации.
2. Постоянство химического состава теплоносителя.
3. Отсутствие газов в свободном и растворенном виде.

Невыполнение хотя бы одного из этих требований приводит к повышенному износу теплотехнического оборудования (радиаторов, вентилей, термостатов, и т.д.) Кроме того, увеличивается расход тепловой энергии, и соответственно, возрастают материальные затраты. Обеспечить выполнение этих требований позволяют установки поддержания давления, автоматической подпитки и удаления газов, например фирмы «Эдер», основным поставщиком которой на российский рынок уже более 10 лет является «Герц Арматурен ».

Оборудование «Эдер» состоит из отдельных модулей, обеспечивающих поддержание давления, подпитку и дегазацию теплоносителя. Модуль А поддержания давления теплоносителя состоит из расширительного бака 1, в котором находится эластичная камера 2, препятствующая контакту теплоносителя с воздухом и непосредственно со стенками бака, что выгодно отличает расширительные установки «Эдер» от расширителей мембранного типа, в которых стенки бака подвержены коррозии из-за контакта с водой.

При увеличении давления в системе, вызванным расширением воды при нагреве, открывается клапан 3, и избыток воды из системы поступает в расширительный бак. При охлаждении и соответственно уменьшении объема воды в системе срабатывает датчик давления 4, включающий насос 5, перекачивающий теплоноситель из бака в систему до тех пор, пока давление в системе не становится равным заданному.

Модуль подпитки B позволяет компенсировать потери теплоносителя в системе, возникающие в результате различного вида утечек. При уменьшении уровня воды в баке 1 и достижении заданного минимального значения открывается клапан 6 и в расширительный бак поступает вода из системы холодного водоснабжения. При достижении заданного пользователем уровня клапан отключается и подпитка прекращается.

При эксплуатации систем отопления в высотных зданиях наиболее остро стоит вопрос дегазации теплоносителя. Существующие воздухоотводчики позволяют избавиться от «завоздушенности» системы, но не решают проблему очистки воды от растворенных в ней газов, в первую очередь атомарного кислорода и водорода, вызывающих не только коррозию, но и при высоких скоростях и давлениях теплоносителя кавитацию, разрушающую устройства системы: насосы, вентили и фитинги.

При использовании современных алюминиевых радиаторов за счет химической реакции в воде образуется водород, накапливание которого способно привести к разрыву корпуса радиатора, со всеми вытекающими из него «последствиями» В модуле дегазации C фирмы «Эдер» используется физический способ непрерывного удаления растворенных газов за счет резкого снижения давления.

При кратковременном открытии клапана 9 в заданном объеме (прибл. 200 л) 8 в течение долей секунды давление воды, превышающее 5 бар, падает до атмосферного. При этом происходит резкое выделение растворенных в воде газов (эффект открывания бутылки шампанского). Смесь воды и пузырьков газа подается в расширительный бак 1. Подпитка бака дегазации 8 осуществляется из расширительного бака 1 уже очищенной от газа водой.

Постепенно весь объем теплоносителя в системе будет полностью очищен от примесей и газов. Чем выше статическая высота системы отопления, тем выше требования к дегазации и постоянству давления теплоносителя. Все эти модули управляются микропроцессорным блоком D, имеющим функции диагностики и возможность включения в состав автоматизированных систем диспетчеризации.

Применение установок «Эдер» не ограничивается высотными зданиями. Целесообразно их использование в сооружениях с разветвленной системой отопления (спортивные сооружения, супермаркеты и пр.). Компактные установки ЕАС, в которых расширительный бак объемом до 500 л сочленен со шкафом управления, успешно могут использоваться в качестве дополнения к автономным системам отопления в индивидуальном строительстве. Установки фирмы «Эдер», успешно работающие во всех высотных зданиях Германии, — это выбор в пользу современной инженерной системы отопления.

А. Бондаренко

Применение автоматических установок поддержания давления (АУПД) для систем отопления и охлаждения получило широкое распространение в связи с активным ростом объемов высотного строительства.

АУПД выполняют функции поддержания постоянного давления, компенсации температурных расширений, деаэрации системы и компенсации потерь теплоносителя.

Но поскольку это достаточно новое для российского рынка оборудование, у многих специалистов данной области возникают вопросы: что представляют собой стандартные АУПД, каковы принцип их действия и методика подбора?

Начнем с описания стандартных установок. На сегодня наиболее распространенный тип АУПД - это установки с блоком управления на основе насосов. Подобная система состоит из безнапорного расширительного бака и блока управления, которые соединены между собой. Основными элементами блока управления являются насосы, соленоидные клапаны, датчик давления и расходомер, а контроллер, в свою очередь, обеспечивает управление АУПД в целом.

Принцип действия данных АУПД заключается в следующем: при нагреве теплоноситель в системе расширяется, что приводит к росту давления. Датчик давления фиксирует это повышение и посылает калиброванный сигнал на блок управления. Блок управления (с помощью датчика веса (наполнения) постоянно фиксирующий значения уровня жидкости в баке) открывает соленоидный клапан на линии перепуска. И через него излишки теплоносителя перетекают из системы в мембранный расширительный бак, давление в котором равно атмосферному.

По достижению заданного значения давления в системе соленоидный клапан закрывается и перекрывает поток жидкости из системы в расширительный бак. При охлаждении теплоносителя в системе его объем уменьшается, и давление падает. Если давление падает ниже установленного уровня, то блок управления включает насос. Насос работает до тех пор, пока давление в системе не поднимется до заданного значения. Постоянный контроль уровня воды в баке защищает насос от «сухого» хода, а также предохраняет бак от переполнения. Если давление в системе выходит за рамки максимального или минимального, срабатывает один из насосов или соленоидных клапанов соответственно. Если производительности одного насоса в напорной линии не хватает, задействуется второй насос. Важно, чтобы АУПД такого типа имела систему безопасности: при выходе одного из насосов или соленоидов из строя должен автоматически включаться второй.

Методику подбора АУПД на основе насосов имеет смысл рассмотреть на примере из практики. Один из недавно реализованных проектов - «Жилой дом на Мосфильмовской» (объект компании «ДОН-Строй»), в центральном тепловом пункте которого применена подобная насосная установка. Высота здания составляет 208 м. Его ЦТП состоит из трех функциональных частей, отвечающих, соответственно, за отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Система отопления высотного корпуса поделена на три зоны. Общая расчетная тепловая мощность системы отопления - 4,25 Гкал/ч.

Представляем пример подбора АУПД для 3-й зоны отопления.

Исходные данные , необходимые для расчета:

1) тепловая мощность системы (зоны) N сист, кВт. В нашем случае (для 3-й зоны отопления) этот параметр равен 1740 кВт (исходные данные проекта);

2) статическая высота Н ст (м) или статическое давление Р ст (бар) - это высота столба жидкости между точкой подсоединения установки и наивысшей точкой системы (1 м столба жидкости = 0,1 бар). В нашем случае этот параметр составляет 208 м;

3) объем теплоносителя (воды) в системе V , л. Для корректного подбора АУПД необходимо располагать данными об объеме системы. Если точное значение неизвестно, среднее значение водяного объема можно вычислить по коэффициентам, приведенным в табл . По данным проекта водяной объем 3-й зоны отопления V сист равен 24 350 л.

4) температурный график: 90/70 °C.

Первый этап. Расчет объема расширительного бака к АУПД:

1. Расчет коэффициента расширения К расш (%), выражающего прирост объема теплоносителя при его нагреве от начальной до средней температуры, где Т ср = (90 + 70)/2 = 80 °С. При данной температуре коэффициент расширения будет составлять 2,89 %.

2. Вычисление объема расширения V расш (л), т.е. объема теплоносителя, вытесняемого из системы при его нагреве до средней температуры:

V расш = V сист. K расш /100 = 24350 . 2,89 /100 = 704 л.

3. Вычисление расчетного объема расширительного бака V б:

V б = V расш. К зап = 704 . 1,3 = 915 л.
где К зап - коэффициент запаса.

Далее выбираем типоразмер расширительного бака из условия, что его объем должен быть не меньше расчетного. При необходимости (например, когда существуют ограничения по габаритам) АУПД можно дополнить дополнительным баком, разбив общий расчетный объем пополам.

В нашем случае объем бака будет составлять 1000 л.

Второй этап . Подбор блока управления:

1. Определение номинального рабочего давления:

Р сист = Н сист /10 + 0,5 = 208/10 + 0,5 = 21,3 бар.

2. В зависимости от значений Р сист и N сист выбираем блок управления по специальным таблицам или диаграммам, представленным поставщиками или производителями. В состав всех моделей блоков управления могут быть включены как один насос, так и два. В АУПД с двумя насосами в программе установки можно по желанию выбрать режим работы насосов: «Основной/резервный», «Поочередная работа насосов», «Параллельная работа насосов».

На этом расчет АУПД заканчивается, а в проекте прописываются объем бака и маркировка блока управления.

В нашем случае АУПД для 3-й зоны отопления должна включать безнапорный бак объемом 1000 л и блок управления, который обеспечит поддержание давления в системе не менее 21,3 бар.

К примеру, для данного проекта была выбрана АУПД MPR-S/2.7 на два насоса, Ру 25 бар и бак MP-G 1000 фирмы Flamco (Нидерланды).

В заключение стоит упомянуть, что существуют также установки на основе компрессоров. Но это уже совсем другая история…

Статья предоставлена Компанией АДЛ