Всё о статической и автоматической гидравлической балансировке

На одном и том же отопительном контуре одновременное наличие слишком теплых и недостаточно отапливаемых помещений свидетельствует о широко распространенном нарушении баланса.
Независимо от истинной причины — неправильной настройки гидравлической системы, ошибок в расчетах, использования разнородных изоляционных материалов и т. д. — проблему можно устранить путем регулировки так называемых балансировочных кранов, при условии, что они правильно распределены и к ним обеспечен достаточный доступ.

Рисунок № 1: Регулирующий тройник и объемный кран IMI Hydronic

Необходимая регулировка заключается в том, чтобы ограничить расход на кранах приоритетных ветвей таким образом, чтобы при уменьшении расхода на них расход на не приоритетных ветвях увеличивался.

Таким образом, принцип регулировки легко понять, но его реализация гораздо сложнее. В данном материале подробно рассматривается, при каких условиях операция гидравлической балансировки пройдет успешно, особенно на существующих установках.

В целом, система распределения воды для отопления существующая может быть легко сбалансирована только в том случае, если предусмотрены балансировочные краны доступные, за пределами занимаемых помещений.
Если установка не слишком старая, то, как правило, при её проектировании проектными организациями предусматривается установка так называемых 2-х кранов^-я на уровне выравнивания, расположенные в подвалах, санитарных пустотах, а также в лестничных клетках и в любом случае за пределами занимаемых помещений.

Рисунок 2: Кранчики № 2^-я уровень балансировки

Контуры, в которых балансировочные краны установлены только на радиаторах, с трудом поддаются балансировке, поскольку одновременно обеспечить доступ ко всем помещениям очень сложно, если они заняты.

В данной ситуации следует поручить проектно-конструкторскому бюро или специалисту по гидравлической балансировке проанализировать распределительную систему, чтобы определить возможности установки доступных кранов 2^-я уровень.
Следует отметить, что балансировка цепи будет тем эффективнее, чем больше количество излучателей, «управляемых» регуляторами 2^-я Уровень будет умеренным, а оптимальное количество составит от 5 до 10 единиц.

Как правило, на существующих установках единственная регулировка 2^-я Уровень балансировки (и вышележащие уровни) достаточен для получения правильного результата. Если же на некоторых отдельных антеннах всё же останутся нарушения, всегда можно будет выехать на место и провести дополнительную балансировку. Её можно будет выполнить надлежащим образом, поскольку соответствующая группа передатчиков будет заранее нормально питаться благодаря правильной настройке её 2-го крана^-я уровень.

Если установка балансировочных кранов 2^-я Если это невозможно, придётся разработать сложный план доступа ко всем помещениям.
Раз уж мы решили воспользоваться этим дорогостоящим решением, можно было бы заодно изучить возможность установки термостатических смесителей последнего поколения, способных, к тому же, обеспечить «динамическую» балансировку, преимущества которой мы рассмотрим позднее.

Рисунок 3: Гидравлически динамические термостатические краны Danfoss

Наконец, следует отметить, что настройка этих клапанов, как и всех балансировочных клапанов, требует точной первоначальной гидравлической настройки.
Как мы увидим далее, если балансировка осуществляется путем регулирования расходов, то для их определения, в отсутствие документации по существующим установкам, потребуется привлечение проектно-конструкторского бюро.

 

На сегодняшний день используются три поколения балансировочных кранов.

1^эра Тип: Статические (необъемные) балансировочные краны или задвижки.
Эти краны не позволяют измерять расход в потоке.

Рисунок 4: Необъемные балансировочные краны

Существует два способа их настройки:

• Гидравлическое моделирование распределений
• Унификация температур обратного тока антенн, подлежащих балансировке

Гидравлическое моделирование распределительных сетей предполагает проведение детального обследования сети (длины участков, диаметры и т. д.), определение гидравлических характеристик установленных кранов и расчет расходов, которые необходимо установить на каждой ответвленной линии.
На существующих объектах собрать все эти данные довольно сложно, а связанные с этим неопределённости снижают шансы легко добиться хорошего результата.

Если оборудование оснащено кранами такого типа, лучшим решением будет действовать следующим образом: выравнивание температур обратного потока воды в подсистемах, подлежащих балансировке.
Этот недавно разработанный метод будет представлен ниже.

2^-я Тип: Статические и объемные балансировочные краны или задвижки.
Эти краны позволяют измерять расход в потоке.

Рисунок № 5: Объемные балансировочные краны Овентроп и Comap

Существует три способа их настройки:

• Гидравлическое моделирование распределений
• Регулирование и контроль расхода посредством измерения на месте
• Выравнивание температур обратного потока воды в подсистемах, подлежащих балансировке

Если отбросить первый вариант ввиду сложностей, которые он создает на существующих установках, следует отметить, что работа по регулировке расхода также требует привлечения проектно-конструкторского бюро для определения расхода, который необходимо настроить на каждой антенне, подлежащей балансировке.
На существующих установках самым простым решением по-прежнему является выравнивание температуры обратного потока воды.

3^-я Поколение: динамические балансировочные краны или задвижки
Эти балансировочные краны последнего поколения предназначены для установки на контуры с переменным расходом например, те, которые оснащены термостатическими смесителями.

Следует различать два типа смесителей:

• Смесители или балансировочные клапаны « регуляторы перепада давления »

Рисунок № 6: Клапаны регулирования перепада давления Honeywell и Danfoss

В системе, оснащенной термостатическими кранами (Rth), когда они «закрываются», разница давления подачи (DP) в отводе увеличивается. Это увеличение DP противодействует закрытию Rth и приводит к увеличению расхода в рассеивателях, термостатические краны которых ещё не закрылись.
В этой ситуации клапан регулирования перепада давления фиксирует увеличение перепада давления и «закрывается», чтобы восстановить его.

Некоторые модели, такие как те, что изображены на фотографии выше, не являются объемными и поэтому не позволяют измерять регулируемые расходы. Их настройка или контроль за настройкой должны осуществляться путем измерения температуры обратного потока.

• 2^-я Типы динамических балансировочных клапанов: автоматические балансировочные клапаны (также называемые самобалансирующимися или независимыми от давления подачи, или PIBCV, или регуляторами расхода)

Рисунок № 7: Так называемые «автоматические» балансировочные краны» IMI Hydronic

Эти смесители были разработаны для того, чтобы настройка одного конечного устройства например, нагревательный элемент воздухообрабатывающей установки или вентиляторного конвектора.
Они могут быть оснащены приводом, что позволяет регулировать работу агрегата с обеспечением оптимальных гидравлических условий эксплуатации.

Их иногда используют для балансировки антенн, состоящих из несколько распылителей, оснащенных 2-ходовыми регулирующими клапанами такие как радиаторы, оснащенные термостатическими кранами. В этом случае автоматические уравнительные краны заменяют краны регулирования перепада давления, которые обычно предусмотрены для данной ситуации.

Такая ситуация изначально не предусматривалась и не упоминается в технических характеристиках производителей. Действительно, в этом случае работа автоматического балансировочного клапана не является полностью оптимальной и напоминает работу статического балансировочного клапана.

Изучить этот механизм можно, ознакомившись со статьёй: «Автоматическая балансировка: условия успеха»

В комментариях в конце этой статьи приведена точка зрения двух крупных производителей.
Так, компания IMI – Hydronic уточняет:
«Что касается установки автоматических клапанов (PIBCV, в данном случае — регулятор расхода) в сетях с переменным расходом (например, в жилых помещениях, оборудованных термостатическими кранами), наша позиция как экспертов или специалистов-производителей в области гидравлики обязывает нас придерживаться технически безупречной позиции. Несмотря на то, что нельзя не отметить рост популярности установки PIBCV на входе в жилые помещения, с этической точки зрения мы не можем поощрять такую практику».»

Овентроп, высказываясь по этому же вопросу более прагматично, отмечает что даже если и приходится идти на технические компромиссы в гидравлике, общая настройка, достигаемая с помощью автоматических кранов, всё же намного лучше, чем та, которая достигается с помощью статических кранов и кранов-регуляторов давления, поскольку последние, как правило, настраиваются слабо или не настраиваются вовсе.

Действительно, настройка кранов, регулирующих перепад давления, зачастую оставляет желать лучшего, особенно в моделях, не являющихся объемными. Если не использовать измерения температуры обратного потока, их настройка может быть выполнена только на основе гипотетического расчета потерь давления. Если требуется выполнить балансировку путем измерения расхода, необходимо выбрать модели с объемным регулированием; несколько производителей предлагают адаптируемые клапаны с объемным регулированием.

Рисунок № 6-а: Объемный кран, оснащенный краном-регулятором перепада давления Овентроп

В заключение следует, прежде всего, отметить, что не следует путать «установку смесителей» и «регулировку смесителей», независимо от поколения установленных моделей.

Как и в случае с предыдущими поколениями, динамические балансировочные краны должны пройти тщательную начальную настройку. Эта настройка может осуществляться с помощью моделирования и/или измерений расхода и/или измерений температуры обратного потока. Этот вопрос будет подробнее рассмотрен в следующем разделе.

На существующих системах централизованного теплоснабжения, три методологии В настоящее время используются методы первоначальной настройки балансировочных кранов.

• 1^эра Метод: Моделирование гидравлических характеристик сетей

На существующих установках теоретически возможно провести измерения, необходимые для оценки расхода и потерь давления в контурах, чтобы на их основе расчетным путем определить предварительную настройку балансировочных кранов. Однако это сложная «поисковая задача», если только не использовать схемы распределения, которые редко бывают в наличии.

Эта возможность, особенно широко развитая Господин Пьер Фридманн требует возможности впоследствии проверить результаты всех выполненных предварительных настроек — либо путем измерения расхода, либо путем измерения температуры обратного потока воды.

Данный метод в основном применяется к новым или недавно построенным установкам, в которых пока не наблюдается непредвиденного загрязнения и по которым имеются все необходимые расчетные данные.
В частности, её можно использовать для определения перепадов давления, которые необходимо установить на кранах «регуляторах перепада давления», имеющих шкалу настройки в единицах давления.
Результаты моделирования позволяют выполнить предварительную настройку арматуры, после чего на месте проводится проверка и корректировка фактически достигаемых расходов воды или температур обратного потока.

• 2^-я Метод: Расчет, регулировка и контроль расхода транспортируемой среды

Методика заключается в расчете и регулировании расходов транспортируемой среды. Разумеется, для этого требуется наличие так называемых «объемных» арматурных узлов — статических или динамических, — позволяющих измерять расходы.
Поэтому она не применима к необъемные краны такие как простые регулирующие краны, установленные на выходе из радиаторов, а также у основания колонн и, прежде всего, на обратном трубопроводе контуров системы теплого пола.

Следует также напомнить, что некоторые клапаны регулирования перепада давления не являются объемными. Их настройка или проверка настройки должна осуществляться исключительно путем измерения температуры обратного потока.

На существующих объектах для определения требуемых расходов проектная организация должна провести необходимые измерения, позволяющие оценить потери тепла, приходящиеся на каждую из отопительных антенн, подлежащих реконструкции.
Для этого ему необходимо рассчитать теплопотери стандартных помещений и помещений особого типа (под террасой, у фронтона и т. п.). Затем, что зачастую представляет собой весьма сложную задачу, ему нужно будет правильно распределить эти потери между каждой из антенн, подлежащих настройке.

Для регулировки расхода необходимо использовать измерительный комплект, а если краны не являются динамическими, — применять специальную методику.
Один из этих методов можно приобрести на сайте Eformation Xpair или на Симулятор.

Рисунок № 9: Регулирование расхода. Источник Овентроп и измерительный чемоданчик IMI Hydronic

Если краны, которые необходимо отрегулировать, — это динамического типа Регулировка расхода может осуществляться проще, без применения каких-либо специальных методов, за исключением проверки того, что на кране с наихудшими условиями имеется достаточное перепадение давления в системе подачи.

На некоторых динамических кранах с градуировкой расхода предварительная настройка может производиться без измерения, однако это не освобождает от необходимости проведения окончательного измерения расходов после того, как все краны будут предварительно настроены.
На моделях, не имеющих шкалы регулировки расхода, в частности на кранах-регуляторах перепада давления, регулировка расхода невозможна без его фактического измерения (если они, кроме того, относятся к объемному типу).

После того как все динамические краны будут отрегулированы или предварительно настроены (если они относятся к объемному типу), полноценная балансировка завершится измерением всех расходов в системе, чтобы убедиться, что гидравлические взаимодействия между ветвями были должным образом учтены.
Напомним, что достаточно всего нескольких неэффективных антенн, чтобы пришлось перегружать всю остальную часть распределительной сети, а гидравлические характеристики контуров, особенно уже существующих, часто таят в себе немало сюрпризов.

• 3^-я Метод: Измерение и выравнивание температуры обратного потока воды в отопительный сезон

Это новейшее решение, известное как «метод EQUILOG», заключается в том, что при работающей системе отопления и стабилизированной температуре подачи теплоносителя необходимо: измерить температуру обратного потока воды антенны необходимо отрегулировать и выровнять таким образом, чтобы все антенны, подлежащие настройке, были «одинаково »горячими»».

Этот метод, кажущийся «упрощенным», был и остается предметом вполне естественной критики со стороны конкурентов. Об этом можно прочитать «Гидравлическая балансировка: нововведения в простом методе». Однако можно отметить, что на нескольких сотнях объектов на сегодняшний день таким образом было реконструировано более 80 000 жилых единиц с обеспечением надлежащей рентабельности.

После балансировки температуры обратного хода антенн и разницы между температурами в прямом и обратном ходах будут сопоставимыми (*).

Рисунок № 11: Выравнивание(*) температур воды в контуре отопления

(*) Если это позволяет система водоснабжения, конечно же, можно установить разные температуры воды на каждой ветке, чтобы учесть локальные меры по теплоизоляции.
Однако можно заметить, что в зданиях, в которых была проведена комплексная тепловая реконструкция (замена всех открывающихся элементов, утепление всех наружных вертикальных стен), балансировка первоначальный или последующий Достигается это за счет выравнивания температуры воды, чего вполне достаточно для получения хорошего результата.
Регулировка тепловой мощности может затем осуществляться путем простой настройки температуры воды на выходе из котельной (настройка режима нагрева).

Этот метод, применимый ко всем типам кранов, удалось оптимизировать благодаря достижениям в области инфракрасной термометрии и исследованиям, проведённым GMTI94 – GEFEn.
Его принцип работы можно изучить на Eformation Xpair или на Симулятор.

Главное преимущество данной методологии заключается в том, что она позволяет обойтись без каких-либо расчетов потерь или измерений параметров установки в сетях, спроектированных в соответствии со стандартными нормами. Благодаря этому она особенно подходит для существующих контуров, по которым редко имеются архивные данные.

Эта методика, впервые опробованная в 2000-х годах, была запатентована во Франции, а недавно — еще в 15 европейских странах.
Метод «EQUILOG» применяется, в частности, в « компания MAPSEC »(*) по заказу различных эксплуатационных и монтажных компаний (Dalkia, Cofely-Soccram, Idex и др.).
(*) MAPSEC, ул. де Пари, 80, 93100 Монтрей. Тел.: 01 48 59 06 05 – www.mapsec.fr

Рисунок № 10: Контроль температуры воды. Источник Mapsec

Наконец, следует отметить, что в статья, посвященная динамическим балансировочным кранам Как упоминалось в предыдущем параграфе, инженер, представляющий компанию Oventrop, указывает это в комментариях в конце документации.
«Что касается существующей системы, то, на мой взгляд, выравнивание давления путем выравнивания температур обратного потока также является лучшим методом, если выбранный перепад температур является правильным».
Тем не менее этот метод отнимает много времени и с трудом принимается монтажниками, специализирующимися на жилых помещениях, когда его приходится выполнять вручную.
»Есть смесители, которые делают это автоматически, но цена у них совсем другая»

Действительно, ранее выравнивание температур обратного потока требовало длительного ожидания стабилизации температур, однако последние достижения позволяют сегодня обойтись без этого, и продолжительность операций стала весьма конкурентоспособной.

Кроме того, действительно можно было бы рассмотреть возможность автоматического обеспечения и поддержания баланса за счет выравнивания температур обратного потока. Однако при нынешнем состоянии технологий это потребовало бы установки и подключения к электросети автоматических моторизованных балансировочных кранов, подключенных к ПЛК или системе управления зданием.
С экономической точки зрения это пока что вряд ли возможно, по крайней мере, на существующих объектах.

Прежде всего, необходимо чётко различать работы по удалению отложений (при необходимости) и работы по установке балансировочных кранов от самой первоначальной настройки этих кранов.

Действительно, независимо от типа крана, для компании, занимающейся монтажом или очисткой от накипи, заманчиво включить в свое предложение пункт о вводе в эксплуатацию, не всегда имея при этом возможность определить все его параметры.

Конечно, можно представить, что одна и та же компания сможет взять на себя всю операцию по восстановлению баланса, но для этого ей необходимо располагать командами, обладающими самыми разными практическими и теоретическими знаниями и навыками.

В целом, следовательно, следует проявлять крайнюю осторожность при выборе компании-кандидата для проведения работ по выравниванию. Речь идет о сложной технической специальности, и случаи некачественного выполнения работ встречаются довольно часто, поскольку проверить качество проделанной работы довольно сложно.

Даже если это повлечёт за собой дополнительные расходы, мы без колебаний разделим эти работы таким образом, чтобы этапы исследования и/или доработки выполнялись специалистами в данной области.

Хорошим способом выбора будет уточнить во время консультации, какой метод будет использоваться, и подробно выяснить, какие данные будут предоставлены по итогам операции.
Любая неясность или нерешительность в ответах по любому из этих двух вопросов, несомненно, станет признаком плохо подготовленного выступления.

Если компания работает на основе измерения расхода или гидравлического моделирования, можно будет попросить, чтобы в предложении была указана итоговая скидка:

• Подробный расчет потерь в соответствии с каждым краном, подлежащим обслуживанию и послужившие основой для определения расчетных расходов. Таким образом, можно будет убедиться, что целевые расходы не являются результатом приблизительных оценок.
• Из решетки сертифицированная измеренные расходы после того, как все краны будут отрегулированы (а не ограничиваться таблицей теоретически расчётных расходов). Таким образом, можно будет убедиться, что гидравлические взаимодействия между настраиваемыми антеннами действительно учтены, и при необходимости проверить это.

Если компания использует метод измерения температуры обратного потока, можно попросить, чтобы в предложении были указаны следующие пункты:

• Несколько соответствующих рекомендаций или, что ещё лучше, предоставление хотя бы одного подробного отчёта о ранее выполненной операции. Это позволит убедиться в опыте кандидата, поскольку, хотя принцип данного метода известен давно, его действительно освоили лишь недавно.
• Отображение графика сертифицированный, полный и подробный измеренных температур обратного потока, до и после балансировки, с указанием стабилизированных температур на входе, при которых были выполнены эти измерения. Таким образом можно будет убедиться в качестве выполненных работ.

Непросто предсказать, какую экономию энергии можно ожидать от процедуры балансировки.
Действительно, хотя в случае идеально выполненной балансировки её можно оценить на основе карты начальных температур окружающей среды, на самом деле эту карту очень сложно интерпретировать.
В любом случае, если выбрать этот метод оценки, следует опираться на записи, сделанные в период сильных морозов и при отсутствии каких-либо бесплатных источников энергии (солнечное излучение, электрооборудование и т. д.), а не на мгновенные измерения.

Рис. 15: Пример записи данных о температуре окружающей среды, искажённых вследствие бесплатного поступления тепла

Но ещё более сложной задачей является учёт расположения балансировочных кранов, которые действительно можно будет регулировать. Дело в том, что в существующих системах отопления балансировка, как правило, осуществляется только на кранах, доступных с двух сторон^-я уровень (см. 2^-я §). Соответственно, более или менее успешное внедрение этого 2^-я Этот показатель является ключевым параметром для оценки ожидаемой экономии энергии.

В этом вопросе компания MAPSEC применяет так называемую методологию REQUILOG которая позволяет ему на основе карты температур обратного потока воды, измеренных на уровне кранов, подлежащих регулировке, оценить степень дисбаланса, который действительно можно устранить.
Кроме того, когда это возможно, операциям по выравниванию, порученным ему, предшествует диагностическая операция, включающая данную оценку, что позволяет лицу, принимающему решение, более точно определить целесообразность проведения данной операции.

Наконец, следует отметить, что для обеспечения энергосбережения, достигаемого в результате балансировки, потребуется последующее участие технического специалиста, ответственного за настройку системы регулирования.
Ведь если в конечном итоге «выравнивание» будет заключаться в том, чтобы довести помещения, которые изначально отапливались хуже всего, до уровня тех, где отопление лучше всего, то это уже не будет экономией энергии…

В целом, судя по всему, средний показатель % экономии энергии после перенастройки системы распределения тепла составляет порядка 7%, а срок окупаемости — от 2 до 3 лет, если в контуре не требуется замена кранов или требуется лишь незначительная их замена.

До декабря 2014 года эти мероприятия могли включаться в программу «Сертификаты энергосбережения» с фиксированным коэффициентом энергосбережения, равным 10%.
Соответствующие формуляры BAR и BAT SE 04 в настоящее время находятся в процессе изменения. Они должны появиться под другими названиями в следующем министерском постановлении, посвящённом CEE.

В заключение можно с уверенностью сказать, что операции по выравниванию в целом являются абсолютно рентабельными, если они проводятся с соблюдением всех требований.

Лучшим тому подтверждением является работа, проделанная службой балансировки компании «Dalkia» в регионе Иль-де-Франс (*), созданной около десяти лет назад для внедрения метода EQUILOG и возглавляемой в настоящее время г-ном Кристофом Тиллаем.
На сайте Xpair можно будет прочитать отчет об одном из его проектов в статье «Операция по выравниванию путем уравнявания температур обратного потока».

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

Сотни операций по балансировке, выполненных этой службой, проводились исключительно в жилых комплексах, находящихся под управлением компании в рамках контрактов MF (фиксированная стоимость) или MT (температурный контракт). По данным типа контрактов, которые пока не получили широкого распространения, заказчик ежегодно выплачивает оператору фиксированную сумму (или сумму, скорректированную с учетом DJU) в обмен на гарантию оптимального отопления.

В таком случае расходы на поставку топлива полностью ложатся на плечи эксплуатирующей компании. Поэтому в ее интересах сократить эти расходы, не ухудшая при этом качества отопления для потребителя, поскольку вся экономия на энергозатратах останется ей.

Такой вид сделки, разумеется, стимулирует подрядчика к максимально эффективному управлению объектом и к задействованию на нем своих лучших бригад. С экологической точки зрения такая ситуация является оптимальной.
Со своей стороны, без каких-либо дополнительных затрат клиент получает гарантию надежного и правильно настроенного отопления, а также гарантию того, что по истечении срока действия контрактов (как правило, 8 лет) он получит обратно установку, обслуживание которой было на самом высоком уровне.

Таким образом, работы по балансировке, выполненные отделом «Балансировка» компании Dalkia IdF, были профинансированы за счет собственных средств и окупились за несколько лет за счет полученной экономии энергии.
Поддержание и развитие этой услуги на протяжении 10 лет является неоспоримым доказательством высокой рентабельности подобных операций.

Снижение энергопотребления нашего существующего парка систем централизованного теплоснабжения основано на теплоизоляции, правильной настройке процессов сгорания, регулировании и балансировке.

Несмотря на своё значительное влияние на настройку системы регулирования и КПД конденсационных котлов (и когенерационных установок), последний элемент до сих пор оставался слабым звеном.

После очень долгого перерыва эта проблема как никогда актуальна.

Недавние достижения в области арматуры и технологий должны позволить более эффективно использовать один из важнейших оставшихся источников энергосбережения.