БАЛАНС И ДЕБАЛАНС В СИСТЕМАХ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ. МЕРОПРИЯТИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИХ БАЛАНСИРОВКИ.

БАЛАНС И ДЕБАЛАНС В СИСТЕМАХ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ. МЕРОПРИЯТИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИХ БАЛАНСИРОВКИ.

Р. Ч. Абрамович, инженер

Современное состояние топливно-энергетических ресурсов и удорожание их добычи требу­ют эффективного использования получаемой энергии. Однако в большинстве случаев теплоэнер­гетическое оборудование систем отопления установлено из расчета максимальных нагрузок с небольшим запасом варьирования выработки тепловой энергии, что не обеспечивает эффектив­ного использования топлива. Поэтому эффективность использования энергоносителей опреде­ляется не только эффективностью выработки тепла, но и сбалансированностью режимов вы­работки и потребления этой энергии.

Основные направления современной ин­дустрии по производству и потреблению те­пла – ресурсосбережение и повышение энерго­эффективности, являющейся характеристикой, отражающей отношение полученного эффекта от использования топливно-энергетических ресур­сов к затратам топливно-энергетических ресур­сов, произведенным в целях получения такого эф­фекта1. Эти направления соответствуют мировой тенденции заботы об окружающей среде и повы­шении экологичности человеческой деятельности.
Напомним, что к топливно-энергетическим ресурсам (ТЭР) относят совокупность всех при­родных и полученных в результате преобразова­ний видов топлива и энергии. Их эффективное использование – наиболее прогрессивный и эконо­мически оправданный способ использования ТЭР.
Человечеству нужна энергия, причем по­требность в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы ископаемых видов топлива (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива – урана и тория. Практи­чески неисчерпаемы запасы термоядерного топли­ва – водорода, однако управляемые термоядерные реакции пока не освоены, и неизвестно, когда они будут использованы для промышленного получе­ния энергии в чистом виде, т.е. без участия в этом процессе реакторов деления. В связи с указанны­ми проблемами становится все более необходи­мым внедрение энергосберегающих технологий.
Историю создания комфортных условий для су­ществования в условиях холодного периода можно бы было начать с отопления пещер первобытными людьми. Однако до настоящего времени используемые средства не отличались ни разнообразием, ни энерго­сбережением, также они не были обременены эколо­гическими требованиями, поэтому рассмотрение луч­ше начать с современной истории систем отопления. Развитие отопления в нашей республике исторически связано с развитием способов отопления в России.
Так в «Летописи» Российской академии наук за 1829 г. говорится, что «…в 1736 г. начали строить в России кирпичные теперь употребляемые печи, изнутри топимые, которые под названием Русских распространились потом в Германии и Франции... Сии печи, в кои количество дров кладется вдруг, суть для северного климата самые лучшие...».
Системы же непосредственно водяного ото­пления появляются в России в первой половине 19 столетия, и первая из них была сконструиро­вана и реализована в 1834 г. горным инженером П. Г. Соболевским.
В настоящее время под отоплением по­нимают искусственный обогрев помещений в целях возмещения в них тепловых потерь и поддержания на заданном уровне температу­ры, определяемой требованиями обязатель­ных для соблюдения ТНПА для находящихся в помещении людей или требованиями проис­ходящего в нем технологического процесса.
Его разновидность – водяное отопление – вид отопления помещений с помощью жидко­го теплоносителя (воды или другой жидкости).

Несмотря на многочисленное строительство зданий и сооружений с автономным теплоснаб­жением, т.е. обеспечением потребителей тепловой энергией, в крупных населенных пунктах по-преж­нему основным источником тепла являются ТЭЦ и районные котельные, обеспечивающие внешнее те­плоснабжение – часть системы теплоснабжения от тепловых сетей (тепловой камеры), центрального теплового пункта энергоснабжающей организации, находящихся в эксплуатации на момент подготовки и выдачи технических условий на присоединение (подключение) теплоустановок потребителей к те­пловым сетям энергоснабжающей организации, до центрального теплового пункта, индивидуального теплового пункта или до ввода в здание потребите­ля (в случае отсутствия индивидуального теплового пункта). При этом наиболее распространены в жи­лых и общественных зданиях однотрубные системы водяного отопления, спроектированные до 1996 г.
Когда речь идет об отоплении, как правило, по­дразумевается поддержание в помещениях, осна­щенных отопительными приборами, требуемого значения температуры внутреннего воздуха tвн. Однако она является только одним из параметров окружающей среды, характеризующих ее качество. Вторым параметром всегда выступает температура окружающих поверхностей tнар.
Таким образом, к каждой системе водяного отопления (далее – СО) как комплексу оборудования для искусственного нагревания воздуха помещений и компенсации в них тепловых потерь с помощью теплоносителя (воды) предъявляют, по сути, два ос­новных требования. Первое из них – обеспечить наибольший комфорт в отапливаемых помещени­ях, т.е. соответствие тепловых удобств ожидаемым требованиям. Второе – достичь этого состояния с наименьшими энергетическими затратами.
Плюс-минус один градус в отдельном поме­щении не создаст людям большого дискомфорта, но нарушение средней температуры в здании стоит дорого. Опыт показывает, что каждый градус выше уровня в 20 °С увеличивает стоимость тепловой энергии на 5–10 %. В свою очередь, снижение на один градус от уровня 23 °С увеличивает стоимость охлаждения на 10–15 %. Кроме того, оборудова­ние (насосы, трубы, калориферы и т.д.) выбирают таким образом, чтобы обеспечить максимальную нагрузку. Если этого невозможно достичь из-за не­сбалансированности системы, то пользователь не сможет в полной мере окупить капиталовложения.

Краткая классификация СО.
Как уже отмечалось, СО являются основным «инструментом», позволяющим создавать и под­держивать тепловые комфортные условия в зда­ниях и сооружениях. В настоящее время к этим функциям добавилась функция управления пара­метрами микроклимата, что в совокупности с тре­бованиями энергосбережения выводит на первую роль именно СО. Однако обратной стороной рас­ширения функций СО явилось и их усложнение.
Современные СО имеют принципиально иной подход к регулированию, т.е. это не процесс наладки перед пуском с последующей работой в постоянном гидравлическом режиме, а работа с постоянно изменяющимся тепловым и гидравли­ческим режимами в процессе эксплуатации, что, соответственно, требует автоматизации СО для отслеживания этих изменений и реагирования на них. К примеру, изменение теплового режима за­висит от способности терморегулятора изменять расход тепловой энергии на отопительные при­боры путем изменения гидравлического режи­ма, что вызывает цепную реакцию других систем (либо терморегуляторов, что может вызвать как расбалансировку системы, так и выход из строя циркуляционного насоса либо перегрузку систе­мы электроснабжения).
Естественно, что классификация систем ото­пления также изменилась. Во всяком случае, пред­ставляется логичным введение новых признаков СО, отличающих системы с терморегулирующим оборудованием от классических.

Водяные СО можно классифицировать по:

{ радиусу действия – местные и центральные;
{ виду циркуляции теплоносителя (воды) – естественные и искусственные (насосные);
{ способу разводки – с верхней, нижней, ком­бинированной, горизонтальной, вертикальной;
{ способу присоединения отопительных при­боров – одно- и двухтрубные, комбинированные;
{ типу применяемых отопительных прибо­ров – конвекционные, лучистые и конвекцион­но-лучистые – радиатор, конвектор и полотен­цесушитель;
{ гидравлическим режимам – с постоянным и изменяемым режимом;
{ величине перепада температур в подаю­ щей и обратной магистрали;

{ времени работы – постоянно работающие на протяжении отопительного периода и пери­одические.

Все эти признаки СО в реальности, как прави­ло, смешиваются.
Например, в СО с естественной циркуляцией движение теплоносителя возникает под действи­ем гравитационной силы, возникающей за счет разности плотности теплоносителя в подающих и обратных трубах. Поскольку плотность горячей воды меньше, она значительно легче холодной. Разность плотности охлажденной и горячей воды создает в отопительной системе гидростатиче­ский напор, дающий теплоносителю возможность перемещаться от источника нагревания к ради­аторам (или трубам) и обратно, т.е. происходит вытеснение горячей воды холодной.
На рис. 1 показаны СО с естественной цирку­ляцией с верхней и нижней разводкой (рисунок можно посмотреть в электронной версии статьи в журнале. Заказ бесплатно по электронному адресу 135@tut.by).
Вода нагревается в котле, становится более легкой и вследствие этого поднимается по по­дающему трубопроводу (главному стояку) вверх. Оттуда она поступает в разводящие подающие стояки и попадает в отопительные приборы. По мере продвижения по трубам вода остывает, ста­новится тяжелее. После этого охлажденная вода от отопительных приборов движется в обратном направлении, т.е. спускается вниз по обратным стоякам и общей обратной магистрали, попадает в отопительный котел, откуда вытесняет легкую нагретую воду. Поскольку разность нагретой и охлажденной воды существует постоянно, отопи­тельная система функционирует непрерывно.
Для нормальной работы такой СО требуется, чтобы циркуляционное давление было достаточ­ным для преодоления сопротивлений, которые вода встречает в системе. Это достигается уве­личением диаметра труб и созданием более про­стых по конфигурации схем трубной разводки. В современных зданиях системы с естественной циркуляцией встречаются все реже. Мало кому нравятся толстые трубы, с уклоном проложенные по стенам. Такие системы плохо поддаются те­пловой регулировке, в них невозможно применять многие современные материалы.
Единственным неоспоримым достоинством систем с естественной циркуляцией является их электронезависимость. Если котел не требует электричества для своей работы (а найти такие не трудно), то данная СО будет работать даже там, где электроснабжение отсутствует.
СО с принудительной циркуляцией лишены неудобств гравитационных систем отопления. В них теплоноситель перемещают специальные насосы, которые заставляют теплоноситель цир­кулировать по системе. Такие насосы называются циркуляционными и включаются в подающую или обратную магистраль СО.
Данные СО также могут быть с верхней или нижней разводкой (рис. 2). (рисунок можно посмотреть в электронной версии статьи в журнале. Заказ бесплатно по электронному адресу 135@tut.by).
СО с принудительной циркуляцией дают воз­можность отапливать здания любой сложности, оставляют простор для любых дизайнерских реше­ний. Трубная разводка выполняется трубами мало­го диаметра и может быть скрыта в монолите полов и стен. Тепловое управление можно сделать очень гибким и дифференцированным по помещениям.
Единственный недостаток СО данного типа – их электрозависимость. Поэтому при наличии надежного источника электроснабжения или с индивидуальным (дублирующим) электрогенера­тором следует предусматривать СО с насосным побуждением циркуляции. При отсутствии надеж­ного электроснабжения нужно проектировать СО с естественным побуждением. В этом случае сле­дует предусматривать однотрубные вертикальные СО с верхней разводкой подающей магистрали6.

Тепловой баланс помещений здания и по­рядок его расчета
Итак, СО предназначена для создания в хо­лодный период года нормативной температуры воздуха в помещениях здания, соответствующей комфортным условиям и отвечающей требовани­ям технологического процесса. Тепловой режим в зависимости от назначения помещений может быть как постоянным, так и переменным.
В первом случае он поддерживается кругло­суточно в течение всего отопительного периода (как правило, в жилых и производственных зда­ниях с непрерывным режимом работы, детских и лечебных учреждениях, гостиницах, санаториях и т.п.). Второй же режим характерен для производ­ственных зданий с одно- и двухсменной работой, а также для ряда общественных зданий (адми­нистративные, торговые, учебные и т.п.) и зда­ний предприятий обслуживания населения. В по­мещениях этих зданий необходимые тепловые условия поддерживают только в рабочее время. В нерабочее время либо используется имеющаяся система отопления, либо устраивается дежурное отопление, поддерживающее в помещении пони­женную температуру воздуха. Если в рабочее вре­мя теплопоступления превышают потери тепло­ты, то устраивается только дежурное отопление.
Теплота поступает в помещение от техноло­гического оборудования, источников искусствен­ного освещения, нагретых материалов, изделий, в результате прямого попадания солнечных лучей через оконные проемы, от людей и т.п. В помеще­ниях также могут происходить и технологические процессы, связанные с выделением теплоты (кон­денсация влаги, химические реакции и пр.).
В холодное время года помещение теряет те­плоту через ограждающие конструкции и расходу­ется на нагрев наружного воздуха, который прони­кает в помещение через неплотности ограждений, а также на нагрев материалов, транспортных средств, изделий, одежды, которые холодными попадают с улицы в помещение. Также системой вентиляции в помещение может подаваться воздух с более низкой температурой по сравнению с внутренним возду­хом помещения, а технологические процессы могут идти с испарением жидкостей и другими процесса­ми, сопровождаемыми затратами теплоты.
Сведением всех составляющих поступлений и расходов теплоты в тепловом балансе помеще­ния определяется дефицит или избыток теплоты. Дефицит теплоты указывает на необходимость устройства в помещении отопления, а избыток те­плоты обычно ассимилируется вентиляцией. Для определения тепловой мощности CО составляют баланс часовых расходов теплоты для расчетного зимнего периода в виде

ΣQСО = Qогр + ΣQд + Qн + Qтехн,

Таким образом, расчетная тепловая мощность СО должна покрывать максимальный дефицит теплоты.

Примеры дебаланса СО
Современные водяные СО представляют собой замкнутые кольцевые гидравлические контуры, в которых вода перемещается от источника теплоты (котла) к отопительным приборам и обратно, обес­печивая компенсацию тепловых потерь в отапли­ваемых помещениях. Если в помещении холодно, а поверхность батареи отопления соответствует проекту, то тепловой энергии недостаточно. Это означает, что расход теплоносителя, поступающего к нагревательному прибору, меньше расчетного.
Всякое изменение расхода при работе СО на­рушает расчетный тепловой баланс помещения, т.е. равенство теплопоступлений и тепловых по­терь. Это нарушение называется разбалансиров­кой теплового режима помещения, вызванной изменением гидравлического режима СО.

На рис. 3 показаны примеры несбалансиро­ванной и сбалансированной СО трехэтажного жи­лого здания. (рисунок можно посмотреть в электронной версии статьи в журнале. Заказ бесплатно по электронному адресу 135@tut.by).
Нарушения гидравлического режима СО вызываются разрегулировками. Разрегулировки бывают вертикальные и горизонтальные. Они связаны с особенностями конструкций СО и вли­янием гравитационного давления теплоносителя. При вертикальных разрегулировках наблюдается неравномерность распределения теплоносителя в пределах одного стояка: в нижних приборах за­вышенный расход теплоносителя, а в верхних, на­оборот, заниженный по сравнению с расчетным. Так, помещения по одному стояку имеют различ­ную внутреннюю температуру: вверху – «холод­но», а внизу – «жарко» (рис. 3-а). Сбалансирован­ная СО показана на рис. 3-б.(рисунок можно посмотреть в электронной версии статьи в журнале. Заказ бесплатно по электронному адресу 135@tut.by).
При горизонтальных разрегулировках наблю­дается неравномерность теплоотдачи нагреватель­ных приборов в пределах одного этажа. Отопи­тельные приборы, расположенные на ближайших к тепловому пункту (котлу) стояках, имеют по­вышенную теплоотдачу, а приборы на удаленных стояках – пониженную. Такая ситуация связана с особенностью конструкции СО и зависит от соот­ношений гидравлических сопротивлений отдель­ных ее элементов: батарей отопления, подводок, стояков и магистралей.
По тому, как отопительные приборы подклю­чены между собой по теплоносителю в стояках, СО подразделяют на однотрубные и двухтрубные.
При однотрубной разводке теплоноситель про­ходит последовательно через все отопительные при­боры, отдавая каждому часть своей теплоты. Каж­дый последующий прибор при этом будет холоднее предыдущего. Для того чтобы сохранить необхо­димую теплоотдачу, каждый последующий прибор должен быть по размерам больше предыдущего.
Достоинством однотрубной разводки являет­ся ее дешевизна, т.к. расход труб, соединительных и фасонных изделий меньше, чем для двухтрубной. Недостатками – трудность, а часто и невозможность без дополнительных затрат обеспечить управление температурным режимом в отапливаемых помещени­ях; необходимость покупать отопительные приборы с большей теплоотдачей, следовательно, более дорогие.
При двухтрубной разводке теплоноситель подается отдельно к каждому отопительному при­бору от общей магистрали. Все приборы оказы­ваются независимыми друг от друга и получа­ют теплоноситель с одинаковой температурой. В обратную линию теплоноситель отводится тоже отдельно от каждого прибора.
Главное достоинство двухтрубной разводки – тепловая независимость отопительных приборов и возможность гибко управлять температурным режимом в каждом помещении.
Таким образом, оба вида разводки могут при­меняться в системах как с естественной циркуля­цией, так и с принудительной.
Стояки в системах отопления подключают­ся между собой по двум схемам: тупиковой или с попутным движением теплоносителя в маги­стралях. В тупиковых системах отопления кольца циркуляции через стояки имеют различную про­тяженность по контурам циркуляции. Есть корот­кие, а есть и длинные кольца. В схеме с попутным движением теплоносителя в магистралях кольца циркуляции имеют одинаковую длину.
Причины возникновения разрегулировок и дебаланса СО рассмотрим ниже.

Балансировка СО

Несмотря на то, что СО преимущественно оснащены высокоэффективными источниками те­пла, трубопроводная сеть выполнена из полимеров, легированных или цветных металлов, устойчивых к коррозии, арматура имеет требуемые параме­тры качества, а система измерения и регулировки имеет большую степень, постоянно проявляются негативные факторы, влияющие на общую эффек­тивность СО. Такими факторами являются:
{ недостаточное или избыточное отопление;
{ низкая эффективность охлаждения;
{ неравномерный «разгон» отопительных приборов после снижения температуры;
{ увеличенное потребление топлива или электроэнергии;
{ шум в системах;
{ неправильное функционирование регули­рующих клапанов;
{ увеличение количества аварий или аварий­ных состояний и т.п.
Вышеуказанные проблемы нельзя ставить в вину отдельным элементам СО, поскольку часто не выполняются условия их эксплуатации и тех­нически невозможно обеспечить их правильное функционирование. Для хорошей работы всей СО необходимо выполнение трех основных условий:
1. Номинальный расход должен быть обеспе­чен во всех частях СО.

2. Перепад давления на клапанах не должен значительно изменяться.

3. Расход должен быть идентичным во всех узловых точках СО.

Необходимо отметить, что не нуждаются в специальной настройке небольшие двухтрубные СО на 4–6 батарей отопления, смонтированные с предварительным гидравлическим расчетом и четко выдержанными диаметрами труб.
Самый простой способ объяснить преимуще­ства балансировки – это сравнить сбалансирован­ную и несбалансированную СО.

Причины возникновения дебаланса СО

Дебалансу способствуют многие факторы, содержащиеся в допущениях методик расчета, погрешностях монтажа различных элементов СО, несоблюдении эксплуатационных требований. В результате происходит перераспределение содержащиеся в допущениях методик расчета, потоков по реальным гидравлическим сопротивлениям циркуляционных колец, что приводит к необеспеченности теплового комфорта в помеще­ниях из-за недостатка потока в одних циркуляци­онных контурах и его избытка в других.
Одним из допущений методик гидравличе­ского расчета является то, что СО с переменным гидравлическим режимом рассматривают анало­гично СО с постоянным гидравлическим режи­мом. При этом гидравлическое сопротивление элементов СО принимают постоянным, в то время как оно изменяется в широких пределах.
Выровнять потери давления за счет подбора труб при расчетах довольно сложно, поэтому проек­тировщики для увеличения сопротивления исполь­зуют сужающие устройства – шайбы и диафрагмы.
Другой причиной становится влияние грави­тационного давления теплоносителя, которое осо­бенно проявляется в вертикальных СО. Слишком высокая доля этого давления в общем давлении приводит к вертикальной разрегулировке.
Существуют так называемые предэксплуата­ционные общие закономерности, которые можно попытаться устранить регулированием произво­дительности насоса и температуры теплоносите­ля. Соответствующие общие рекомендации при­ведены в таблице 2.(таблицу можно посмотреть в электронной версии статьи в журнале. Заказ бесплатно по электронному адресу 135@tut.by).
В горизонтальных системах поэтажную раз­балансировку устраняют также настройкой регу­лирующих клапанов на приборных ветках.
Если во всех помещениях нет общей зако­номерности несоответствия тепловым условиям, то следует производить балансировку системы с помощью балансировочных клапанов.

Балансировочная трубопроводная арматура

Балансировка СО осуществляется прежде всего настройкой запорно-регулирующей ТПА, т.е. арматуры, совмещающей функции запорной и ре­гулирующей арматуры. Эта арматура управляет интенсивностью движения теплоносителя. Ни сис­темы автоматического регулирования, ни термоста­тические клапаны не сумеют обеспечить нужного распределения теплоносителя в СО. Следователь­но, эти элементы, хотя и помогают поддерживать температуру в помещениях более однородной, сами по себе не способны сбалансировать отопле­ние. Кроме того, такие устройства сами периодиче­ски нуждаются в уходе и мониторинге.
ТПА для балансировки всей СО состоит из следующих элементов: регуляторы расхода, ба­лансировочные клапаны, перепускные клапаны, регуляторы давления. В этих элементах изменяется избыточный перепад давления, который вредит автоматике и термостатам.  Кроме этого, они позво­ляют выявлять неполадки в системе, а также помогают устранять поломки на отдельных участках отопительной системы.

В разных по составу СО применяют и разную аппаратуру для балансировки. К примеру, в одно- трубных системах используют ручные краны для балансировки. Для таких простых систем этого вполне достаточно.

В двухтрубных системах, в которых применяются автоматические терморегуляторы, надо устанавливать и балансировочные клапаны.

Балансировочные клапаны

Балансировочные клапаны – это регулирующая арматура переменного гидравлического сопротивления, предназначенная для обеспечения расчетного распределения потока по элементам трубопроводной сети или стабилизации в них циркуляционных давлений или температур.

Балансировочные клапаны позволяют регулировать расход теплоносителя и предотвращают возникновение аварийных ситуаций из-за превышения предельных параметров давления.

Они классифицируются по следующим параметрам:

{ рабочая среда – вода, гликолевый раствор, пар;

{ рабочая функция – регулировка темпера- туры, давления, расхода рабочей среды или их комбинация;

{ тип здания – отдельно стоящий дом или коттедж, многоквартирное жилое здание, офисное или общественное здание;

{ назначение трубопроводной системы – холодное водоснабжение, горячее водоснабжение, отопление;

{ параметры рабочей среды – давление, расход, температура;

{ место установки – подающий трубопровод, обратный трубопровод, байпас;

{ тип настройки – фиксированная, изменяемая;

{ тип присоединения – внешняя резьба, внутренняя резьба, коническая резьба, фланец.

При выборе клапанов особое внимание нужно уделять ограничениям их применимости в конкретных условиях эксплуатации, т.е. скорости потока рабочей среды, риску возникновения кавитации и величине перепада давления и др.

Балансировочные клапаны бывают: ручные (статические), автоматические (динамические) и термостатические.

Ручные (статические) балансировочные клапаны (рис. 4-а) обычно применяют для наладки трубопровод­ной сети вместо дросселирующих диафрагм и шайб. Они позволяют настроить трубопроводную систему для обеспечения оптимальных рабочих характери­стик в условиях постоянного давления рабочей среды.
С помощью этих клапанов можно не только произвести гидравлическую балансировку трубопроводной сети, но и отключить ее отдельные элементы, а также опо­рожнить их через имеющийся дренажный кран.
Ручные балансировочные клапаны могут снаб­жаться измерительными ниппелями, с помощью которых, используя специальный прибор, измеря­ют перепад давлений на клапане и фактический расход проходящей через него среды, что позволяет настроить клапан на конкретные условия эксплуа­тации. Главным достоинством этого вида клапанов является невысокая цена.
Автоматические (динамические) балансиро­вочные клапаны позволяют гибко и опе­ративно менять параметры трубопроводной систе­мы в зависимости от колебаний давления и расхода рабочей среды, а также конфигурации сети.
Автоматические балансировочные клапаны используются парами. На подающем трубопрово­де монтируется запорно-балансировочный или за­порный клапан. С его помощью можно ограничить расход среды через ветвь системы в пределах рас­четной величины за счет фиксации его пропускной способности. На обратном трубопроводе монтиру­ется клапан регулировки перепада давлений.
Использование автоматических балансиро­вочных клапанов позволяет разделить систему на независимые по давлению зоны и осуществлять их поэтапный пуск в эксплуатацию. Гидравличе­ская балансировка взаимосвязанных циркуляци­онных колец трубопровода, на которых установ­лены клапаны данного вида, осуществляется в автоматическом режиме без трудоемких наладоч­ных работ. Применение автоматической баланси­ровки исключает влияние имеющихся в системе регулирующих устройств друг на друга и возник­новение шума на них.
На рис. 5 (рисунок можно посмотреть в электронной версии статьи в журнале. Заказ бесплатно по электронному адресу 135@tut.by) представлены термостатические балансировочные клапаны – регуляторы темпера­туры прямого действия.

Термостатические балансировочные клапаны
Они предназначены для стабилизации темпе­ратуры и минимизации расхода воды в системах охлаждения и циркуляционных стояках систем горячего водоснабжения. Важной особенностью таких клапанов является наличие режима перио­дической дезинфекции трубопроводной сети.
Рабочие характеристики контура отопле­ния при использовании различной балансиро­вочной арматуры

Контур отопления с ручными балансиро­вочными клапанами
Термостатические клапаны устойчиво работа­ют при перепаде давления 5–30 кПа. Обеспечить такой перепад на каждом отопительном приборе в разветвленной СО, подбирая нужные диаметры магистралей и стояков, довольно сложно. Ручные балансировочные клапаны хорошо справляются с гидравлической балансировкой только при постоян­ных расходах теплоносителя в стояках. Для системы с большими переменными массовыми расходами теплоносителя, т.е. системы с установленными на отопительных приборах термостатическими регу­лировочными клапанами, ручные балансировочные клапаны могут оказаться неэффективными.
В процессе работы термостаты постоянно от­крываются и закрываются, что, соответственно, вызывает изменение перепада давления на стояке, ветви. Эти изменения проявляются в неравномер­ности прогрева отдельных помещений здания, осо­бенно в осеннее-весенний период, и в превышении уровней шума от термостата. Это хорошо видно, если рассмотреть рабочую характеристику стояка, оборудованного термостатическими и ручными балансировочными вентилями (кривая 0-А, рис. 6) (рисунок можно посмотреть в электронной версии статьи в журнале. Заказ бесплатно по электронному адресу 135@tut.by).
В режиме работы с неполной нагрузкой пе­репад давления на термостатических клапанах может возрастать в несколько раз. Это увеличение перепада приводит к ухудшению регулировочных способностей и нежелательному развитию шума в термостатических клапанах.

Контур отопления с автоматическими ба­лансировочными клапанами
Вышеперечисленные проблемы устраняются при применении автоматических балансировочных кла­панов. Если под действием внешних условий (солнце или внесен посторонний источник тепла) закрывают­ся термостаты, то расход, естественно, уменьшается с Gmax до Gmin. Балансировочный клапан в этом случае обеспечивает поддержание постоянного перепада давления на термостатических клапанах (на стояке) за счет увеличения потери давления на себе в процессе срабатывания на закрытие/ В случае открытия термостатов (понижение температуры наружного воздуха) происходит обратный процесс.
Таким образом, для обеспечения равномер­ного распределения теплоносителя по всем эле­ментам системы отопления необходимо оснастить стояки балансировочными клапанами.

Балансировка котлов
При балансировке СО необходимо не забы­вать и об отдельной балансировке котлов. Балан­сировка, или по-другому наладка гидравлического режима котлов, является необходимым условием надежной, долговременной и эффективной ра­боты как их самих, так и всей СО в целом. Мало выработать достаточное количество тепла, необ­ходимо передать его потребителю.
При подборе котлов требуется не только исхо­дить из расчетной мощности, но и учитывать тем­пературу обратной воды, диапазон допустимых расходов теплоносителя, требования к изменению расхода во времени, гидравлическое сопротив­ление котлов, работающих параллельно, а также ряд других режимных параметров. Их влияние на возможные нарушения режима работы котлов иллюстрируют примеры, приведенные ниже.

Расход воды через котел
Производители котлов указывают минималь­но и максимально допустимый расход воды. Эти расходы различаются в зависимости от моделей котлов. В общем случае для котлов с большим со­держанием воды диапазон может быть 35–250 % от номинального расхода, а для котлов с малым водосодержанием – 100–200 %. Недостаточный расход воды может привести к перегреву и выходу котла из строя, а перерасход – к его неэффективной работе и повышенной внутренней коррозии.

Температура обратной воды
Необходимо обязательно учитывать этот па­раметр в соответствии с требованиями изготови­теля, т.к. слишком низкая температура обратной воды может привести к конденсации паров сго­ревшего топлива на внутренних частях котла и его быстрой коррозии (конденсат имеет повышен­ную кислотность и может содержать соединения серы). Например, если минимальная температура обратной воды в котел 55 .С и в здании установле­на система напольного отопления с температурой обратной воды 45 .С, необходимо предусмотреть подмес горячей воды в котел из линии подачи.

Гидравлическое сопротивление котла
Этот фактор следует учитывать при подборе насосов, замене котлов, поскольку современные котлы имеют повышенное гидравлическое сопро­тивление. Если установить такой котел параллель­но со старыми котлами, имеющими низкое сопро­тивление, основной расход теплоносителя будет осуществляться через них, а новый – не будет давать ожидаемой теплоотдачи. Кроме того, при эксплуатации будет изменяться гидравлическое со­противление всей системы из-за зарастания котла, арматуры и трубопроводов продуктами коррозии, а также изменения характеристик насосов. Это при­водит к уменьшению расходов теплоносителя и, соответственно, к вышеописанным проблемам.
Самый надежный и быстрый способ диагно­стики и последующей наладки – это экспресс­ измерения и корректировка расходов с использо­ванием балансировочных клапанов.

Выводы
Таким образом, балансировка котлов и приме­нение балансировочной ТПА, помимо комфорт­ных условий в помещениях, приводит к значитель­ной экономии тепловой энергии. В зависимости от начальных условий и глубины балансировки СО экономия тепла может составить до 30 %, а балансировка только лишь по стоякам может при­вести к 8–10 % экономии.
Вложения в балансировку (балансировочная ТПА + настройка расходов + балансировка кот­лов) обычно составляет менее 1 % от стоимости всей СО. Это позволяет полностью распределить установленную максимальную мощность отопле­ния или охлаждения по всем нагрузкам, возвра­щая таким образом капиталовложения и удовлет­воряя потребности пользователей.

Уважаемые читатели, статью в оригинальном виде с рисунками и графиками можно прочитать в в журнале "Энергосбережение. Практикум", №6, 2019 год. Заказать журнал и оформить подписку можно, отправив заявку по электронному адресу 135@tut.by или по телефону в редакции (017) 336-13-60.