Методы балансировки

Как нам показывает практика, чаще всего, одним из способов получить точную подачу воды в систему является балансировка. Здесь мы также под балансировкой понимаем регулировку расходов с помощью балансировочных клапанов различных производителей.

Балансировка производится по пяти направлениям:

• 1. Балансировка системы ручными балансировочными клапанами дает нам возможность выявить в системе большинство гидравлических аномалий (неполадок) и определить, где имеются завышения параметров насоса. Насос может быть настроен нами на нужное значение, сокращая расходы на эксплуатацию.
• 2. Гидравлические контуры необходимо балансировать так, чтобы была обеспечена правильная работа регулирующих клапанов.
• 3. Необходимо производить балансировку системы таким образом, чтобы теплоносителя на каждом потребителе был стабилен независимо от общей нагрузки системы.
• 4. Оборудование обязательно нужно балансировать для того, чтобы добиться расчетных параметров потока для каждого потребителя или для каждого тепло/хладоносителя.
• 5. В итоге, когда система сбалансирована, могут быть использованы центральные контроллеры, так как все помещения реагируют на изменения не одинаково. Также, как известно, когда средняя температура в помещениях отклоняется от расчетных параметров из-за отсутствия балансировки это ведет к бОльшим расходам.

При холодной погоде на этажах у котельной установки будет слишком жарко, а на верхних этажах гораздо холоднее. Происходит это потому что ТЭЦ при холодной погоде будет повышать температуру подаваемой в здание воды. Поэтому люди на верхних этажах скорее всего не будут жаловаться – у них станет тепло, если только в вашей системе нет воздуха и тепло до них доходит. Но воздух в системе это уже другой вопрос, а люди, которые живут на нижних этажах, ближе к котельной, будут вынуждены открывать окна из-за того, что у них слишком жарко.

Нарушение средней температуры в здании стоит дорого. Хотя плюс/минус один градус в отдельно взятом помещении не создает особого дискомфорта и не слишком влияет на стоимость энергии.

В Северной части нашей страны каждый градус выше уровня в 20 градусов увеличивает стоимость теплоэнергии примерно на 8%. А в Южной ее части на целых 12%. А снижение на 1 градус от уровня в 23 градуса увеличивает стоимость охлаждения на 15%

Процент увеличения себестоимости энергии на каждый градус С слишком высокой или слишком низкой температуры, относительно средней температуры здания.

Системы ОВК проектируются из расчетов максимальной нагрузки. Если система не обеспечивает полный объем во всех контурах из-за того, что она не сбалансирована как требуют того проектные расходы, то можно считать вложения в эту систему не полностью реализованными. Даже при полностью открытых клапанах, когда требуется пропустить максимальное количество (объем) воды, ситуация не исправляется.

Метод основан на балансировке по гидравлическому расчету при проектировании системы до ее монтажа. Увязку циркуляционных колец осуществляют настройкой каждого регулирующего клапана и терморегулятора. Настройку определяют по пропускной способности kv.

У данного метода есть недостаток: он не учитывает отклонения, возникающие при монтаже системы. Кроме того, определение потерь давления в элементах систем является сложной процедурой и не всегда соответствует реальности.

Одна из причин тому — допущение о постоянстве коэффициентов местных сопротивлений во всем диапазоне регулирования потока теплоносителя и отсутствие учета их взаимовлияния, поэтому данный метод, хотя и является основополагающим при проектировании, в то же время не исключает необходимости корректировки настроек клапанов после монтажа системы. При корректировке настройки регулирующих клапанов уточняют располагаемое давление регулируемого участка. Для этого измеряют перепад давления на закрытых регулирующих клапанах.

В методе предварительной настройки необходимо учитывать влияние внешнего авторитета (при а < 0,5) на расходную характеристику клапанов и возможность ими осуществлять регулирование.

Этот метод основан на закономерностях отклонения потоков в параллельных участках системы, возникающего при регулировании одного из них. Предполагается, что в разветвленных системах регулирование одного из клапанов внутри модуля не влечет пропорционального изменения параметров в остальных клапанах модуля. В то же время пропорциональная зависимость между ними происходит при возмущениях, создаваемых общим регулирующим клапаном модуля. Модулем системы может быть совокупность стояков либо приборных веток, регулируемых общим клапаном, причем на каждом стояке либо ветке также должен быть регулирующий клапан. Тогда по данному методу балансировки можно вначале достичь одинаковой разбалансировки (равенства соотношений фактического расхода V теплоносителя к номинальному VN) стояков либо веток внутри модуля, затем установить номинальный поток в них регулировкой общего клапана.

Для осуществления этого метода необходимо разделить систему на иерархические модули с общими регулирующими клапанами. Совокупность модулей низших уровней составляет модуль высшего уровня. Балансировку начинают внутри модулей низшего уровня. Затем, постепенно поднимаясь по иерархии модулей, увязывают их между собой, приближаясь к главному регулирующему клапану всей системы.

Такой подход имеет множество комбинаций практического решения данной задачи. Выбирают наиболее экономичную.

При этом выполняют оптимизацию по следующим критериям:

• √ достижение наиболее низкого располагаемого давления в системе;
• √ достижение наиболее высоких внешних авторитетов клапанов.
• В обоих случаях наилучшим вариантом являются минимальные потери давления в основном циркуляционном кольце системы. Для этого потери давления в регулирующем клапане также должны быть минимальными. Их принимают, исходя из точности приборов измерения перепада давления, как правило, не ниже 3 кПа. В регулирующих клапанах с расходомерной шайбой (MSV_C) — не ниже 1 кПа.

На первом этапе балансировки системы для уменьшения потерь давления на перекачивание теплоносителя полностью открывают регулирующий клапан основного циркуляционного кольца модуля. Чаще всего — это наиболее удаленный клапан. Допускается при этом несколько прикрыть остальные клапаны модуля. Если нет однозначной уверенности в установлении основного циркуляционного кольца, то полностью открывают все клапаны модуля. Затем прибором определяют расход V на каждом клапане. Сопоставляют полученные значения с номинальными расходами VN по отношению V/VN. У клапана 3 основного циркуляционного кольца модуля это соотношение будет наименьшим.

Задача второго этапа состоит в обеспечении на клапанах 2 и 1 путем их частичного прикрывания примерно такого же отношения V/VN, как у клапана 3. Равенства этих отношений достигают методом последовательных приближений. При этом следует учитывать, что приемлемая невязка по перепаду давления — 10…15 %, по расходу соответственно — 3…4 %.

Третий этап является окончательным в балансировке модуля системы. Регулировкой общего клапана модуля выставляют на нем измерительному прибору номинальный поток, т. е. V/VN = 1. По закону пропорциональности на всех клапанах модуля установится также V/VN = 1. На этом регулировка модуля закончена.

Аналогично поступают с остальными модулями системы. Затем из этих модулей составляют общий модуль и также регулируют его. Формируя и регулируя модули высших уровней, доходят до общего (главного) регулирующего клапана всей системы, установленного у насоса зачастую на обратной магистрали. По степени его необходимого перекрытия определяют целесообразность замены клапана либо насоса на другой типоразмер.

Сбалансировав систему таким методом, в конечном итоге устраняют несоответствие реальных и номинальных расходов теплоносителя в ее циркуляционных кольцах. Следует отметить, что реализовать это гораздо проще клапанами со встроенной расходомерной шайбой, каковыми являются MSV-C. Измерение расхода в них осуществляют не по потерям давления в регулирующем отверстии, имеющем разную пропускную способность при каждой настройке, а по потерям давления на расходомерной шайбе с постоянной пропускной способностью.

Для клапана без расходомерной шайбы необходимо каждое изменение его настройки указывать в измерительном приборе. Для клапана MSV-C с расходомерной шайбой — указать пропускную способность шайбы лишь один раз для всех измерений. Клапаны MSV-C и MSV-F создают незначительное гидравлическое сопротивление в открытом положении. Имеют соответственно логарифмическую и логарифмическо-линейную расходную характеристику.

Это наилучшим образом соответствует работоспособности системы. В то же время необходимость наличия большого количества регулирующих клапанов (на каждом иерархическом уровне) приводит к уменьшению внешних авторитетов терморегуляторов и, следовательно, отдаляет проектировщика от создания системы с идеальным регулированием. Кроме того, из-за такого количества клапанов следует выбирать насос с бОльшим напором, что увеличивает потери энергии на перекачивание теплоносителя.

Все эти недостатки отсутствуют при использовании автоматических регуляторов перепада давления вместо клапанов 1, 2 и 3, при этом отпадает необходимость в общих клапанах и процедуре балансировки циркуляционных колец.

Балансировка системы производится автоматически. Пропорциональный метод балансировки применяют для разветвленных систем со сложной конфигурацией модулей; для систем с дальнейшим расширением и для систем с поэтапным вводом в эксплуатацию. Осуществляют этот метод один либо два наладчика. Основным недостатком является необходимость многократных измерений и определений для последовательного приближения к необходимому результату.

Пропорциональный метод требует наличия измерительного прибора и затрат времени для проведения наладки каждого клапана в несколько этапов.

Компенсационный метод балансировки систем обеспечения микроклимата является обобщением и развитием пропорционального метода. Проводится в один этап. Требует нескольких измерительных приборов и нескольких наладчиков. Основное его преимущество состоит в возможности настройки значительно разветвленной системы за один этап, при этом отсутствует необходимость многократных измерений, что существенно сокращает время проведения наладочных работ. Экономят время также балансировкой отдельных ответвлений системы при монтаже остальной части системы, когда контур насоса является уже действующим. Недостатки данного метода: необходимость привлечения трех человек с мобильными телефонами и применения двух измерительных приборов.

Суть метода состоит в том, что регулирующий клапан основного циркуляционного кольца устанавливают на перепад давления, равный 3 кПа (для MSV-C — 1 кПа). Данный клапан называют эталонным. Он, как правило, является последним. Все клапаны, подлежащие регулированию, при этом должны быть открыты. Наладчик 3, регулируя клапан партнер по указаниям наладчика 1, поддерживает настройку эталонного клапана на заданном уровне (перепад давления либо расход теплоносителя). Клапаном-партнером может быть общий клапан модуля (ответвления) либо общий (главный) клапан всей системы.

На протяжении всего процесса балансировки системы первый наладчик должен следить за измерительным прибором, чтобы на эталонном клапане поддерживался установленный перепад давления. Он передает информацию третьему наладчику о появлении отклонений, возникающих в процессе манипуляций второго наладчика, и третий наладчик компенсирует эти отклонения регулировкой клапана-партнера до достижения на эталонном клапане перепада давления, равного 3 кПа (для MSV-C — 1 кПа).

Второй наладчик регулирует клапаны последовательно, приближаясь к клапану-партнеру. Он переходит от одного регулирующего клапана к другому после того, как на регулируемом клапане будет достигнут номинальный расход теплоносителя, а на эталонном клапане при помощи клапана-партнера установлен перепад давления в 3 кПа (для MSV-C — 1 кПа).Такой подход используют для всех остальных ответвлений.

Компенсационный метод предназначен для систем с ручными регулирующими клапанами. При использовании автоматических регуляторов перепада давления на стояках либо приборных ветках нет необходимости в такой балансировке системы. Регулировка будет осуществлена автоматически. Для систем, в которых предполагается в дальнейшем замена клапанов ручного регулирования на автоматические регуляторы перепада давления, следует применять комплект клапанов ручного регулирования USV_I+USV_M, трансформирующийся в комплект автоматического регулирования USV_I+USV_PV.

В заключение необходимо отметить, что процедура балансировки системы является длительной и дорогостоящей, поэтому при проектировании следует финансово оценить целесообразность применения балансировки системы либо автоматических регуляторов перепада давления. Кроме того, эти регуляторы во многом улучшают работоспособность системы.

Компьютерный метод основан на использовании микропроцессоров для диагностики клапанов и определения их настройки при балансировке систем. Последним поколением устройств, предназначенных для реализации этого метода, является многофункциональный прибор PFM 5000. Он предназначен для систем обеспечения микроклимата: отопления и охлаждения. Оптимизирует гидравлические соотношения в системе по минимальным потерям энергии. Осуществляет сложные методы вычисления и выдает проект балансировки системы. Содержит множество дополнительных встроенных функций, которые сокращают время и облегчают выполнение работ.

Приборы Danfoss PFM 5000/ Oventrop OV-DMC-2 легки и малогабаритны. Выполнены в удароустойчивом водонепроницаемом корпусе. Способны работать в тяжелых климатических условиях.

Приборы Dsnfoss PFM 5000 и Oventrop OV-DMC-2 могут осуществлять запись данных в различных точках системы и учитывать ее текущее состояние. Можно также выбрать способ периодической или частичной регистрации. Такая работа, выполняемая с разделением времени для возможности детального анализа и обработки данных, помогает принять оптимальное решение.

Для переброски зарегистрированных данных в персональный компьютер применяют программное обеспечение, входящее в комплектацию прибора. Программное обеспечение позволяет обработать данные в виде диаграмм или таблиц, которые могут быть распечатаны. Данные совместимы со стандартными форматами персонального компьютера. Обрабатываются текстовыми и графическими редакторами, а также программами баз данных. При помощи персонального компьютера создают проект балансировки системы. Каждый проект содержит информацию об общих клапанах и входном давлении, структуре ветви и ее прикреплению к общему древу.

Приборы Dsnfoss PFM 5000 и Oventrop OV-DMC-2 служат для балансировки системы любой степени разветвленности и сложности.

Алгоритм вычислений основан на том, что у входа регулируемой системы либо ее ветви поддерживается постоянное давление теплоносителя. Кроме того, внутри них отсутствуют клапаны с обратной связью (автоматические регуляторы перепада давления на стояках или приборных ветках, терморегуляторы), поэтому терморегуляторы при балансировке системы должны быть со свободно прикрученными колпачками.

По измерениям определяют:

• √ располагаемое давление в системе (либо ее части);
• √ расходы теплоносителя во всех регулирующих клапанах, включая общие клапаны, при предварительно установленной в положение 3 настройке, либо, для систем с небольшим располагаемым давлением, — в положение 1,5…2;
• √ перепад давления на каждом клапане в закрытом положении при предварительно установленной в положение 3 настройке остальных клапанов;
• √ температуру воды.

Перед началом вычислений прибором проверяют баланс между заданным количеством клапанов в схеме и количеством продиагностированных клапанов. Он показывает на упущенные измерения. В результате вычислений на дисплее по порядковому номеру указывается необходимое положение настройки всех клапанов, включая общий клапан.

Компьютерный метод является воплощением передовых технологий и сокращает время на наладку системы. Наладку и оптимизацию работы системы осуществляет один наладчик с многофункциональным прибором Danfoss PFM 5000 или Oventrop OV-DMC-2.