Всичко за статичното и автоматичното хидравлично балансиране

В рамките на една и съща отоплителна верига едновременното наличие на прекалено топли помещения и на слабо отоплени помещения е признак за широко разпространения проблем с небалансираността.
Независимо от истинската причина – неправилна хидравлична настройка, грешки при оразмеряването, нехомогенна изолация и т.н. – проблемът може да бъде отстранен чрез регулиране на т.нар. балансиращи кранове, стига те да са правилно разпределени и достатъчно достъпни.

Фигура № 1: Регулиращ Т-образен фитинг и обемно-дозиращ кран IMI Hydronic

Необходимото регулиране се състои в ограничаване на крановете на привилегированите антени, така че при намаляване на дебита им да се увеличи дебитът на неблагоприятно поставените антени.

Принципът на регулиране е лесен за разбиране, но прилагането му е много по-сложно. В настоящия доклад се разглежда при какви условия операцията по хидравличното балансиране ще протече правилно, особено при съществуващите инсталации.

Като цяло, разпределителната мрежа за отоплителна вода съществуваща може да бъде лесно балансирана само ако са предвидени балансиращи кранове достъпни, извън заетото помещение.
Ако инсталацията не е твърде стара, обикновено това е било предвидено от проектантските бюра при проектирането ѝ чрез монтирането на т.нар. 2-инчови кранове^-та нива за изравняване, разположени в мазетата, санитарните пространства, дори в стълбищните клетки и във всеки случай извън обитаваните помещения.

Фигура 2: Кранчета 2^-та ниво на балансиране

Системите, в които има само балансиращи кранове, монтирани на радиаторите, са трудни за балансиране, тъй като е много трудно да се организира едновременен достъп до всички помещения, ако те са заети.

В тази ситуация е необходимо разпределителната мрежа да бъде проучена от проектантско бюро или експерт по балансиране, за да се определят възможностите за монтаж на достъпни кранове от 2^-та ниво.
Трябва да се отбележи, че балансирането на веригата ще бъде толкова по-ефективно, колкото повече е броят на предавателите, «контролирани» от регулаторите на 2^-та Нивото ще бъде умерено, като оптималният брой ще бъде от 5 до 10 единици.

Като правило при съществуващите инсталации единствената настройка на 2^-та нивото на балансиране (и по-високите нива) е достатъчно за получаване на правилен резултат. Ако все пак останат отклонения при някои конкретни антени, винаги ще е възможно да се извърши допълнително балансиране на място. То ще може да се извърши правилно, тъй като съответната група предаватели предварително ще е била нормално захранвана благодарение на правилната настройка на нейния кран 2^-та ниво.

Ако се монтират балансиращи кранове с размер 2^-та Ако това ниво не е осъществимо, ще се наложи да се обмисли сложен план за достъп до всички помещения.
Тъй като все пак ще прибегнем до това скъпо решение, можем да се възползваме от възможността да проучим възможността за монтаж на термостатични кранове от последно поколение, които освен това могат да осигурят «динамично» балансиране, чиято полза ще разгледаме по-късно.

Фигура 3: Хидравлично-динамични термостатични кранове Danfoss

Накрая трябва да отбележим, че настройката на тези кранове, както и при всички балансиращи кранове, изисква прецизна първоначална хидравлична настройка.
Както ще видим по-нататък, ако балансирането се извършва чрез регулиране на дебитите, при липса на документация за съществуващите инсталации, за определянето им ще бъде необходима намесата на проектантско бюро.

 

На пазара съществуват едновременно три поколения балансиращи кранове.

1^епоха поколение: Статични и неволуметрични балансиращи кранове или клапани.
Тези кранове не позволяват измерване на дебита в системата.

Фигура 4: Необемни балансиращи кранове

Има два метода за настройването им:

• Хидравлично моделиране на разпределенията
• Унифициране на температурите на обратния поток на антените, които трябва да бъдат балансирани

Хидравличното моделиране на водоразпределителните мрежи изисква подробно проучване на мрежата (дължини на участъците, диаметри и др.), определяне на хидравличното поведение на монтираните кранове и изчисляване на дебитите, които трябва да се регулират на всеки клон.
При съществуващите инсталации събирането на всички тези данни е сложно, а произтичащите от това неточности ограничават шансовете за лесно постигане на добър резултат.

Когато инсталациите са оборудвани с кранове от този тип, най-доброто решение е да се пристъпи към уеднаквяване на температурите на връщащата се вода от клоновете, които трябва да бъдат балансирани.
Този нов метод ще бъде представен по-нататък.

2^-та поколение: Статични и обемни балансиращи кранове или клапани.
Тези кранове позволяват измерване на дебита в потока.

Фигура № 5: Обемни балансиращи кранове Овентроп и Comap

Има три метода за тяхното настройване:

• Хидравлично моделиране на разпределенията
• Регулиране и контрол на дебитите чрез измерване на място
• Уеднаквяване на температурите на връщащата се вода от клоновете, които трябва да бъдат балансирани

Ако отхвърлим първото решение, предвид трудностите, които то създава при съществуващите инсталации, трябва да се отбележи, че регулирането чрез настройка на дебитите също изисква участието на проектантско бюро за определяне на дебита, който трябва да се настрои за всяка антена, която трябва да се балансира.
При съществуващите инсталации най-простото решение остава да се пристъпи към уеднаквяване на температурите на връщащата се вода.

3^-та поколение: Динамичните балансиращи кранове или клапани
Това е най-новото поколение балансиращи кранове, предназначени за монтаж върху веригите с променлив дебит като например тези, оборудвани с термостатични кранове.

Трябва да се разграничат два вида кранове:

• Регулиращите кранове или клапани « регулатори на диференциалното налягане »

Фигура № 6: Регулатори на диференциалното налягане Honeywell и Danfoss

В разпределителна система, оборудвана с термостатични кранове (Rth), когато те се «затворят», разликата в налягането на подаване (DP) към клончето се увеличава. Това увеличение на DP противодейства на затварянето на Rth и води до увеличаване на дебита в източниците, чиито термостатични кранове все още не са се затворили.
В тази ситуация регулаторният кран за диференциално налягане регистрира повишението на диференциалното налягане и се «затваря», за да го възстанови.

Някои модели, като например тези на снимката по-горе, не са обемни и затова не позволяват измерване на регулираните дебити. Настройката им или контролът върху настройката им трябва да се извършва чрез измерване на температурите на връщания поток.

• 2^-та Видове динамични балансиращи кранове: Автоматичните балансиращи кранове (наричани още самобалансиращи се или независими от захранващото налягане, или PIBCV, или регулатори на дебита)

Фигура № 7: Т.нар. «автоматични» балансиращи кранове» IMI Hydronic

Тези кранове са проектирани така, че да позволяват настройката на един терминал като например нагревателна батерия на климатична камера или вентилаторно-конвекторна система.
Те могат да бъдат моторизирани, което позволява регулирането на агрегата при оптимални хидравлични работни условия.

Понякога се използват за балансиране на антени, състоящи се от няколко източника, оборудвани с двупосочни регулаторни клапани като например радиатори, оборудвани с термостатични кранове. Автоматичните балансиращи кранове заменят в този случай крановете за регулиране на диференциалното налягане, които обикновено се предвиждат за подобни случаи.

Тази ситуация не е била предвидена първоначално и не е посочена в техническите спецификации на производителите. Всъщност в този случай работата на автоматичния балансиращ кран не е напълно оптимална и при тези условия се доближава до тази на статичен балансиращ кран.

Можем да разгледаме този механизъм, като прочетем статията: «Автоматично балансиране: условията за успех»

В коментарите в края на тази статия ще бъде представена гледната точка на двама големи производители.
Така IMI – Hydronic уточнява:
«По отношение на монтажа на автоматични клапани (PIBCV, в случая регулатор на дебита) в мрежи с променлив дебит (например жилища, оборудвани с термостатични кранове), нашата позиция като експерти или специалисти в областта на хидравликата ни задължава да се изказваме по начин, който е технически безупречен. Въпреки че трябва да отбележим разпространението на монтажа на PIBCV на входа на жилищата, от етична гледна точка не можем да насърчаваме тази практика.»

По-прагматичен по същия въпрос, Овентроп посочва че дори и да има технически компромис по отношение на хидравликата, общото регулиране, постигнато с автоматични кранове, все пак е значително по-добро от това, постигнато със статични кранове и кранове за регулиране на налягането, тъй като последните, в повечето случаи, са слабо регулирани или изобщо не са регулирани.

Всъщност настройката на крановете за регулиране на диференциалното налягане често оставя да се желае, особено при моделите, които не са обемни. Ако не се работи чрез измерване на температурата на обратния поток, тяхната настройка може да се извърши само въз основа на хипотетичен разчет на загубата на налягане. Ако се желае балансирането да се извърши чрез измерване на дебита, е задължително да се изберат обемни модели, като няколко марки предлагат адаптивни обемни кранове.

Фигура № 6а: Обемна арматура, съчетана с арматура за регулиране на диференциалното налягане Овентроп

В заключение, нека отбележим, че не трябва да се бърка «монтажът на кранове» с «настройката на кранове», независимо от поколението на монтираните модели.

Както и при предишните поколения, динамичните балансиращи кранове трябва да бъдат подложени на строго първоначално регулиране. Това регулиране може да се извърши чрез симулация и/или измерване на дебита и/или измерване на температурите на връщания поток. Темата ще бъде разгледана по-подробно в следващия параграф.

При съществуващите инсталации за централно отопление, три методологии Днес се използват методи за първоначална настройка на балансиращите кранове.

• 1^епоха метод: Симулация на хидравличното поведение на мрежите

При съществуващите инсталации теоретично е възможно да се извършат необходимите измервания за оценка на дебитите и загубите на налягане в контурите, за да се определи чрез изчисления предварителната настройка на балансиращите кранове. Това обаче е трудна «ловна игра», освен ако не се използват схемите на разпределение, които рядко са на разположение.

Тази възможност, която е особено добре разработена от Г-н Пиер Фридман изисква възможност за последваща проверка на резултатите от всички извършени предварителни настройки – чрез измерване на дебитите или чрез измерване на температурите на връщащата се вода.

Този метод се отнася по-скоро за нови или сравнително нови инсталации, които все още не са засегнати от непредвидими замърсявания и за които са налице всички необходими данни за изчисление.
Тя може да се използва, по-специално, за определяне на разликите в налягането, които трябва да се настроят на крановете «регулатори на диференциално налягане», разполагащи с скали за настройка в единици налягане.
Резултатът от симулацията позволява да се извърши предварителна настройка на арматурата, след което на място да се проверят и коригират действително постигнатите дебити на водата или температурите на връщащата се вода.

• 2^-та метод: Изчисляване, регулиране и контрол на преносимите дебити

Методологията се състои в изчисляване и регулиране на дебитите, които трябва да се пренасят. Разбира се, тя изисква наличието на така наречените «обемни» арматури – статични или динамични, които позволяват измерването на дебитите.
Следователно тя не се прилага към необемни кранове като например обикновените регулиращи вентили, монтирани на изхода на радиаторите, но също така и в долната част на колонните тръби, и най-вече в обратния поток на контурите на подовото отопление.

Нека припомним също, че някои регулатори на диференциалното налягане не са обемни. Настройката им или контролът върху настройката им трябва да се извършва единствено чрез измерване на температурите на обратния поток.

При съществуващите инсталации, за да се определят дебитите, които трябва да се регулират, проектантското бюро трябва да извърши необходимите измервания за оценка на загубите, съответстващи на всяка от отоплителните антени, които трябва да бъдат обработени.
За целта той ще трябва да изчисли топлинните загуби на стандартните помещения и на специфичните помещения (под тераса, до фронтон и др.). След това, което често е много деликатно, той ще трябва правилно да ги разпредели към всяка от антените, които трябва да се настроят.

Регулирането на дебитите изисква използването на измервателен комплект, а ако крановете не са динамични – и прилагането на специална методика.
Един от тези методи може да бъде придобит на Eformation Xpair или на Симулатор.

Фигура № 9: Контрол на дебита Източник Овентроп и измервателен куфар IMI Hydronic

Ако крановете, които трябва да се регулират, са динамичен тип регулирането на дебитите може да се извърши по-лесно, без да се използва специален метод, освен проверката дали кранът, който е в най-неблагоприятно положение, разполага с достатъчно диференциално налягане на подаване.

При някои динамични кранове с градуиран дебит предварителната настройка може да се извърши без измерване, но това не трябва да ви освобождава от задължението да измерите окончателно получените дебити, след като всички кранове бъдат предварително настроени.
При моделите, които не разполагат с скала за дебит, по-специално при крановете за регулиране на диференциалното налягане, настройката на дебита не може да се извърши без действително измерване на дебита (ако освен това те са от обемния тип).

След като всички динамични кранове бъдат настроени или предварително настроени, ако са от обемния тип, едно задълбочено балансиране ще приключи с измерване на всички дебити в системата, за да се гарантира, че хидравличните взаимодействия между клоновете са били надлежно отстранени.
Нека припомним, че всъщност е достатъчно само няколко неблагоприятно разположени антени, за да се наложи претоварване на цялата останала част от разпределителната мрежа, а хидравличното поведение на веригите, особено на съществуващите, често крие много изненади.

• 3^-та метод: Измерване и уеднаквяване на температурите на връщащата се вода през отоплителния сезон

Това по-ново решение, известно като «метод EQUILOG», се състои в следното: при работеща отоплителна инсталация и стабилизирана температура на изходящата вода, измерване на температурата на връщащата се вода антените трябва да се балансират и да се уеднаквят така, че всички антени, които подлежат на настройка, да са «еднакво нагрети».

Макар и да изглежда «опростен», този метод е бил и продължава да бъде обект на съвсем естествена критика от страна на конкурентите му. По този въпрос може да се прочете «Хидравлично балансиране: новости за един прост метод». Може обаче да се отбележи, че в няколкостотин обекта до момента са били обработени над 80 000 жилищни единици при добри условия на рентабилност.

След балансиране температурите на връщане на антените, както и температурните разлики между подаване и връщане, ще бъдат сравними (*).

Фигура № 11: Уеднаквяване(*) на температурите на водата в отоплителния контур

(*) Когато хидравличната система позволява това, разбира се е възможно да се настроят различни температури на водата за всеки клон, за да се отчетат локалните изолационни мерки.
Въпреки това се наблюдава, че при сградите, които са били обект на цялостна термомодернизация (подмяна на всички прозорци и врати, изолация на всички външни вертикални стени), балансирането първоначален или последващ Постигането на равномерни температури на водата е достатъчно за получаване на добър резултат.
След това регулирането на отоплителната мощност може да се извърши чрез просто настройване на температурата на водата на изхода от котелното помещение (настройка на отоплителната крива).

Процесът, приложим за всички видове кранове, бе оптимизиран благодарение на постигнатия напредък в областта на инфрачервената термометрия и на изследванията, проведени от GMTI94 – GEFEn.
Може да се разгледа принципът му на Eformation Xpair или на Симулатор.

Основното предимство на тази методология е, че позволява да се избегнат всички изчисления на загубите или измервания на инсталациите в мрежи с нормални размери. Поради това тя е особено подходяща за съществуващи вериги, за които рядко има налични архивни данни.

Тази процедура, приложена експериментално през 2000-те години, е патентована във Франция, а наскоро и в 15 европейски държави.
Методът «EQUILOG» се прилага по-специално от « компанията MAPSEC »(*) за сметка на различни експлоатационни и монтажни дружества (Dalkia, Cofely-Soccram, Idex и др.).
(*) MAPSEC, ул. „де Пари“, 80, 93100 Монтрей, тел.: 01 48 59 06 05 – www.mapsec.fr

Фигура № 10: Контрол на температурата на водата Източник Mapsec

Накрая нека отбележим, че в статията, посветена на динамичните балансиращи кранове Както бе споменато в предходния параграф, инженерът, представляващ Oventrop, посочва това в коментарите в края на досието.
«За съществуващите инсталации балансирането чрез уеднаквяване на температурите на връщане също е, според мен, най-добрият метод, стига избраният температурен спад да е подходящ.“.
Въпреки всичко този метод отнема много време и се приема с неохота от специалистите по монтаж в жилищния сектор, когато трябва да се извършва ръчно.
»Има кранове, които правят това автоматично, но цената им е различна“

Всъщност балансирането чрез изравняване на температурите на връщане преди изискваше дълго време за изчакване на термичната стабилизация, но последните постижения позволяват днес да се преодолее това и продължителността на операциите стана много конкурентна.

Освен това би могло действително да се обмисли автоматичното осъществяване и поддържане във времето на балансиране чрез уеднаквяване на температурите на връщане. Но при настоящото състояние на технологията това би изисквало монтаж и електрозахранване на автоматични моторизирани балансиращи кранове, свързани с контролер или система за управление на сградата.
От икономическа гледна точка това засега е трудно осъществимо, поне що се отнася до съществуващите съоръжения.

Преди всичко трябва да се прави ясно разграничение между дейностите по отстраняване на утайката (когато е необходимо) и тези по монтажа на балансиращи кранове, от една страна, и самата първоначална настройка на крановете, от друга.

Всъщност, независимо от вида на крана, за фирма, занимаваща се с монтаж или почистване от утайки, е изкушаващо да включи в офертата си услугата по пускане в експлоатация, без винаги да е в състояние да определи всички нейни параметри.

Разбира се, може да си представим, че една и съща компания може да се заеме с цялостния процес на преструктуриране, но за това е необходимо тя да разполага с екипи, притежаващи много разнообразни практически и теоретични умения.

Като цяло, следователно, трябва да се проявява изключителна предпазливост при избора на фирма, която да извърши балансиране. Става дума за трудна техническа специалност, а случаите на незадоволителни резултати са многобройни, тъй като проверката на качеството на извършената работа е трудна за осъществяване.

Дори ако това би довело до допълнителни разходи, няма да се колебаем да разделим дейностите по такъв начин, че етапите на проучване и/или разработване да бъдат възложени на специалисти в съответната област.

Един добър начин за избор е да попитате по време на консултацията какъв метод ще бъде използван и да поискате да ви бъдат ясно посочени данните, които ще ви бъдат предоставени след операцията.
Всяка неяснота или колебание в отговорите по някоя от тези две точки без съмнение ще бъде признак за незадоволително представяне.

Ако фирмата работи на базата на измерване на дебита или хидравлична симулация, може да се поиска офертата да включва и окончателната отстъпка:

• Подробно изчисление на загубите съответстващ на всеки кран, който трябва да се обработи и което е довело до определянето на сумите, които трябва да бъдат изплатени. По този начин ще може да се гарантира, че посочените суми не са резултат от груби приблизителни оценки.
• От една решетка сертифицирана измерените дебити след като всички кранове са регулирани (а не само да се разчита на таблицата с теоретично предвидените дебити). По този начин ще може да се гарантира, че хидравличните взаимодействия между антените, които трябва да се настроят, са били действително взети под внимание и, ако е необходимо, да се провери това.

Ако фирмата работи чрез измерване на температурите на връщане, може да се поиска офертата да включва:

• Няколко съответни препоръки или, още по-добре, предоставяне на поне един подробен доклад за предишно изпълнена операция. По този начин ще може да се провери опитът на кандидата, тъй като, макар принципът на метода да е стар, той се владее напълно едва отскоро.
• Визуализация на графиката сертифициран, изчерпателен и подробен измерените температури на връщане, преди и след балансиране, като се посочат стабилизираните начални температури, при които са били извършени тези измервания. По този начин ще може да се гарантира качеството на извършената работа.

Не е лесно да се предвиди колко енергия ще се спести в резултат на операция по балансиране.
Всъщност, макар че при хипотезата за напълно успешно балансиране то може да се оцени въз основа на карта на първоначалните температури на околната среда, в действителност тя е много трудна за интерпретиране.
Във всеки случай, ако се избере този метод за оценка, трябва да се разчита на записи, направени през много студен период и при липса на каквито и да било безплатни източници на енергия (слънчева светлина, електрически уреди и т.н.), а не на моментни измервания.

Фиг. 15: Пример за запис на температурите в помещението, повлияни от безплатните притоци

Но още по-деликатен е въпросът с разположението на балансиращите кранове, които действително могат да бъдат регулирани. Всъщност при съществуващите отоплителни инсталации балансирането обикновено се извършва само върху достъпните кранове от 2^-та ниво (виж 2^-та §). Следователно, доколкото това 2^-та Това ниво е основен параметър за оценка на очакваната икономия на енергия.

В това отношение компанията MAPSEC използва така наречената методология REQUILOG което му позволява, въз основа на карта на измерените температури на връщащата се вода на нивото на крановете, които трябва да бъдат регулирани, да оцени степента на дисбаланса, който действително може да бъде отстранен.
Освен това, когато е възможно, операциите по балансиране, които му са възложени, се предшестват от диагностична операция, включваща тази оценка, което позволява на лицето, вземащо решението, да прецени по-добре дали е целесъобразно да се пристъпи към операцията или не.

Накрая нека отбележим, че икономията на енергия, постигната в резултат на операцията по балансиране, ще изисква последващо участие на техника, отговарящ за настройката на системата за регулиране.
Всъщност, ако в крайна сметка балансирането се състои в това да се приведат помещенията, които първоначално са били най-слабо отоплявани, до нивото на най-добре отопляваните, това не би било икономия на енергия…

Като цяло изглежда, че средната стойност на % на спестената енергия след пребалансиране на отоплителните разпределителни системи е от порядъка на 7%, при амортизационен период от порядъка на 2 до 3 години, ако в системата не се налага или се налага само минимална подмяна на крановете.

До декември 2014 г. тези дейности можеха да бъдат включени в схемата за сертификати за енергоспестяване с фиксиран процент на енергоспестяване от 10%.
Съответните формуляри BAR и BAT SE 04 в момента се преработват. Те се очаква да бъдат публикувани отново под други наименования в следващото министерско постановление, посветено на ЕИО.

И накрая, за да обобщим, едно е сигурно: операциите по балансиране като цяло са напълно рентабилни, ако се извършват с необходимото внимание.

Най-доброто доказателство за това е работата, извършена от отдела за балансиране на компанията „Далкия“ в Ил-де-Франс(*), създаден преди около десет години с цел прилагане на метода EQUILOG и ръководен понастоящем от г-н Кристоф Тилей.
В Xpair ще можете да прочетете отчет за една от неговите инициативи в статията «Операция по балансиране чрез изравняване на температурите на връщане».

(*) Dalkia Ile-de-France, Отдел „Балансиране“, 28 Boulevard de Pesaro, 92 751 NANTERRE CEDEX Тел.: 01 55 67 68 97

Стотиците операции по балансиране, извършени от тази служба, са били осъществени изключително в жилищни комплекси, управлявани от дружеството в рамките на договори от типа MF (договор с фиксирана цена) или MT (договор за поддържане на температура). При този вид договори, които все още не са широко разпространени, клиентът изплаща ежегодно на оператора фиксирана сума (или коригирана според DJU) в замяна на гаранция за оптимално отопление.

Следователно разходите за доставката на гориво се поемат изцяло от експлоатационното дружество. Затова основният му интерес е да ги намали, без да се нарушава нормалното отопление за клиента, тъй като всички реализирани икономии на енергия ще останат за него.

Този тип договор, разбира се, насърчава изпълнителя да управлява съоръжението по най-добрия възможен начин и да му предостави най-добрите си екипи. От екологична гледна точка ситуацията е оптимална.
От своя страна, без допълнителни разходи, клиентът получава гаранция за дълготрайно и добре регулирано отопление, както и гаранция, че в края на договорите, които обикновено са с продължителност 8 години, ще получи инсталация, поддържана в възможно най-добро състояние.

Следователно балансирането, извършено от отдела за балансиране на Dalkia IdF, е било финансирано със собствени средства и е било амортизирано за няколко години благодарение на постигнатите енергийни икономии.
Поддържането и развитието на тази услуга в продължение на 10 години е неоспоримо доказателство за добрата рентабилност на този вид дейности.

Намаляването на енергопотреблението на съществуващия ни парк от колективни отоплителни системи се основава на изолацията, правилното регулиране на горенето, управлението и балансирането.

Въпреки значителното си влияние върху настройката на регулирането и ефективността на кондензационните котли (и когенерационните инсталации), последната позиция досега беше слабото звено.

След много дълга пауза този проблем никога не е бил толкова актуален.

Последните постижения в областта на арматурата и технологичното усъвършенстване би трябвало да позволят по-ефективното използване на един от най-големите налични източници за енергоспестяване.