Обеспечение жилых домов и общественных зданий теплом – одна из главнейших задач коммунальных служб городов и поселков. Современные системы теплоснабжения – эта сложные комплексы, включавшие поставщиков тепла (ТЭЦ или котельные), разветвлённую сеть магистральных трубопроводов , специальные распределительные теплопункты , от которых идут ответвления к конечным потребителям.
Однако, подающийся по трубам к зданиям теплоноситель не напрямую попадает во внутридомовую сеть и конечные точки теплообмена – радиаторы отопления. В любом доме имеется собственный тепловой узел, в котором производится соответствующая регулировка уровня давления и температуры воды. Здесь установлены специальные устройства, выполняющие эту задачу. В последнее время все чаще устанавливается современное электронное оборудование, которое позволяет в автоматическом режиме контролировать необходимые параметры и вносить соответствующие коррективы. Стоимость подобных комплексов – весьма высока, они напрямую зависят от стабильности электропитания, поэтому нередко эксплуатирующими жилой фонд организациямиотдается предпочтение старой проверенной схеме локальной регулировки температуры теплоносителя на входе в домовую сеть. И основным элементом подобной схемы является элеваторный узел системы отопления.
Цель настоящей статьи – дать понятие об устройстве и принципе работы самого элеватора, о его месте в системе и выполняемых им функциях. Кроме того, заинтересованные читатели получат урок по самостоятельному расчету этого узла.
Общие краткие сведения о системах теплоснабжения
Чтобы правильно понять важность элеваторного узла, наверное, необходимо для начала кратко рассмотреть, как же работают центральные системы теплоснабжения.
Источником тепловой энергии являются ТЭЦ или котельные, в которых осуществляется разогрев теплоносителя до нужной температуры за счёт использования того или иного вида топлива (уголь, нефтепродукты, природный газ и т.п .) Оттуда теплоноситель прокачивается по трубам к точкам потребления.
ТЭЦ или крупная котельная рассчитана на обеспечение теплом определенного района, порой – с очень немалой территорией. Системы трубопроводов получаются весьма протяжёнными и разветвленными . Как минимизировать потери тепла и равномерно распределить его по по требителям, так, чтобы, например, наиболее удаленные от ТЭЦ здания не испытывали недостаточности в нем ? Это достигается тщательной термоизоляцией тепловых магистралей и поддержанием в них определенного теплового режима.
На практике используется несколько теоретически рассчитанных и практически проверенных температурных режимов функционирования котельных, которые обеспечивают и передачу тепла на значительные расстояния без существенных потерь, и максимальную эффективность, и экономичность работы котельного оборудования. Так, к примеру, применяются режимы 150/70, 130/70, 95/70 (температура воды в магистрали подачи / температура в «обратке »). Выбор конкретного режима зависит от климатического пояса региона и от конкретного уровня текущей зимней температуры воздуха.
1 – Котельная или ТЭЦ.
2 – Потребители тепловой энергии.
3 – Магистраль подачи разогретого теплоносителя.
4 – Магистраль «обратки ».
5 и 6 – Ответвления от магистралей к зданиям – потребителям.
7 – внутридомовые тепловые распределительные узлы.
От магистралей подачи и «обратки » идут ответвления в каждое здание, подключенное к данной сети. Но вот здесь сразу возникают вопросы.
- Во-первых, разным объектам требуется различное количество тепла – не сравнить, к примеру, огромную жилую высотку и небольшое малоэтажное здание.
- Во-вторых, температура воды в магистрали не соответствует допустимым нормам для подачи непосредственно на теплообменные приборы. Как видно из приведенных режимов, температура очень часто даже превышает точку кипения, и вода поддерживается в жидком агрегатном состоянии только лишь за счет высокого давления и герметичности системы.
Использование столь критичных температур в отапливаемых помещениях – недопустимо. И дело не только в избыточности поступления тепловой энергии – это чрезвычайно опасно. Любое прикосновение к разогретым до такого уровня батареям вызовет сильный ожог тканей, а в случае даже небольшой разгерметизации теплоноситель мгновенно превращается в горячий пар, что может повлечь очень серьезные последствия.
Правильный выбор радиаторов отопления – чрезвычайно важен!
Не все радиаторы отопления одинаковы. Дело не только и не столько в материале изготовления и внешнем виде. Они могут значительно различаться своими эксплуатационными характеристиками, адаптацией к той или иной системе отопления.
Как правильно подойти к
Таким образом, на локальном тепловом узле дома необходимо снизить температуру и давление до расчетных эксплуатационных уровней, обеспечив при этом требуемый отбор тепла, достаточный для нужд отопления конкретного здания. Эту роль выполняет специальное теплотехническое оборудование. Как уже говорилось, это могут быть современные автоматизированные комплексы, но очень часто отдается предпочтение проверенной схеме элеваторного узла.
Если заглянуть на тепловой распределительный пункт зд ания (чаще всего они располагаются в подвале, в точке входа магистральных тепловых сетей), то можно увидеть узел, в котором явно видна перемычка между трубами подачи и «обратки ». Именно здесь и стоит сам элеватор, об устройстве и принципе работы будет рассказано ниже.
Как устроен и работает элеватор отопления
Внешне сам элеватор топления представляет собой чугунную или стальную конструкцию, снабженную тремя фланцами для врезки в систему.
Посмотрим на его строение внутри.
Перегретая вода из тепловой магистрали попадает во входной патрубок элеватора (поз. 1). Перемещаясь под давлением вперед , она проходит через узкое сопло (поз. 2). Резкое повышение скорости потока на выходе из сопла приводит к эффекту инжекции - в приемной камере (поз. 3) создается зона разряжения. В эту область пониженного давления по законам термодинамики и гидравлики буквально «засасывается» вода из патрубка (поз. 4), подключенного к трубе «обратки ». В результате в смесительной горловине элеватора (поз. 5) происходит перемешивание горячего и охлажденного потоков, вода получает необходимую для внутренней сети температуру, снижается давление до безопасного для теплообменных приборов уровня, а затем теплоноситель через диффузор (поз. 6) попадает в систему внутренней разводки.
Помимо понижения температуры, инжектор выполняет роль своеобразного насоса – он создае т т ребуемый напор воды, который необходим для обеспечения ее циркуляции во внутридомовой разводке, с преодолением гидравлического сопротивления системы.
Как видно, система чрезвычайно проста, но очень эффективна, что и обуславливает ее широкое применение даже в условиях конкуренции с современным высокотехнологичным оборудованием.
Безусловно, элеватор нуждается в определенной обвязке. Примерная схема элеваторного узла приведена на схеме:
Разогретая вода из тепловой магистрали поступает по трубе подачи (поз. 1), и возвращается в нее по трубе обратки (поз. 2). От магистральных труб внутридомовая система может отключаться с помощью задвижек (поз. 3). Вся сборка отдельных деталей и устройств осуществляется с применением фланцевых соединений (поз. 4 ).
Регулировочное оборудование весьма чувствительно к чистоте теплоносителя, поэтому на входе и выходе из системы монтируются фильтры грязевики (поз. 5), прямого или «косого» типа. В них оседают т вердые нерастворимые включения и грязь, попавшая в полость труб. Периодически проводится очистка грязевиков от собранных осадков.
Фильтры-«грязевики», прямого (снизу) и «косого» типа
На определенных участках узла установлены контрольно-измерительные приборы. Это манометры (поз. 6), позволяющие контролировать уровень давления жидкости в трубах. Если на входе давление может достигать 12 атмосфер, то уже на выходе из элеваторного узла оно значительно ниже, и зависит от этажности здания и количества точек теплообмена в нем .
Обязательно стоят термодатчики – термометры (поз. 7), контролирующие уровень температуры теплоносителя: на входе их централи – t ц , входе во внутридомовую систему – t с , на «обратках » системы и централи – t ос и t оц .
Далее, установлен сам элеватор (поз. 8). Правила его монтажа требуют обязательного наличия прямого участка трубопровода не менее 250 мм. Одним, входным патрубком он через фланец соединен к подающей трубе из централи, противоположным – к трубе внутридомовой разводки (поз. 11). Нижний патрубок с фланцем подключен через перемычку (поз. 9) к трубе «отбратки » (поз. 12).
Для проведения профилактических или аварийно-ремонтных работ предусматриваются задвижки (поз. 10), полностью отключающие элеваторный узел от внутридомовой сети. На схеме не показаны, но на практике обязательно присутствуют специальные элементы для дренирования – слива воды из внутридомовой системы при возникновении такой необходимости.
Безусловно, схема дана в очень упрощенном виде, но она в полной мере отражает базовое устройство элеваторного узла. Широкими стрелками показаны направления потоков теплоносителя с разными уровнями температур.
Бесспорными преимуществами использования элеваторного узла для регулировки температуры и давления теплоносителя являются:
- Простота конструкции при безотказности в эксплуатации.
- Невысокая стоимость комплектующих и их монтажа.
- Полная энергонезависимость подобного оборудования.
- Использование элеваторных узлов и приборов учета тепла позволяют достичь экономии в расходе потребленного теплоносителя до 30%.
Есть, конечно, и весьма значимые недостатки:
- Каждой системе требуется индивидуальный расчет для подбора требуемого элеватора.
- Необходимость обязательного перепада давления на входе и выходе.
- Невозможность точных плавных регулировок при текущем изменении параметров системы.
Последний недостаток – достаточно условен, так как на практике часто применяются элеваторы, в которых предусмотрена возможность изменения его рабочих характеристик.
Для этого в приемной камере с соплом (поз. 1) установлена специальная игла – конусовидный стержень (поз. 2), который уменьшает сечение сопла. Этот стержень в блоке кинематики (поз . 3) через реечную зубчатую передачу (поз . 4 — 5) связан с регулировочным валом (поз . 6). Вращение вала вызывает перемещение конуса в полости сопла, увеличивая или уменьшая просвет для прохода жидкости. Соответственно, меняются и рабочие параметры всего элеваторного узла.
В зависимости от уровня автоматизации системы, могут применяться различные типы регулируемых элеваторов.
Так, передача вращения может осуществляться вручную – ответственный специалист отслеживает показания контрольно-измерительных приборов и вносит коррективы в работу системы, ориентируясь на на несенную около маховика (рукоятки) шкалу.
Другой вариант – когда элеваторный узел завязан на электронную систему контроля и управления. Показания снимаются в автоматическом режиме, блок управления вырабатывают сигналы для передачи их на сервоприводы, через которых вращение передается на кинематический механизм регулируемого элеватора.
Что нужно знать о теплоносителях?
В системах отопления, особенно — в автономных, в качестве теплоносителя может использоваться не только вода.
Какими качествами должен обладать , и как правильно его выбрать — в специальной публикации портала.
Расчет и подбор элеватора системы отопления
Как уже говорилось, для каждого здания требуется определенное количеств тепловой энергии. Это означает что необходим определенный расчёт элеватора, исходя из заданных условий эксплуатации системы.
К исходным данным можно отнести:
- Значения температуры:
— на входе их тепловой централи;
— в «обратке» тепловой централи;
— рабочее значение для внутридомовой системы отопления;
— в обратной трубе системы.
- Общее количество тепла, потребное для отопления конкретного дома.
- Параметры, характеризующие особенности внутридомовой разводки отопления.
Порядок расчета элеватора установлен специальным документом – «Сводом правил по проектированию Минстроя РФ», СП 41-101-95, касающимся именно проектирования тепловых пунктов. В этом нормативном руководстве приведены формулы расчета , но они – достаточно «тяжеловесные», и приводить их в статье – нет особой необходимости.
Те читатели, которых мало интересуют вопросы расчета , могут смело пропустить этот раздел статьи. А тем, кто желает самостоятельно рассчитать элеваторный узел, можно порекомендовать потратить 10 ÷ 15 минут времени, чтобы создать собственный калькулятор, основанный на формулах СП, позволяющий проводить точные подсчеты буквально за считаные секунды.
Создание калькулятора для расчета
Для работы потребуется обычное приложение Excel, которое есть, наверное, у каждого пользователя – оно входит в базовый пакет программ MicrosoftOffice. Составление калькулятора не представит особого труда даже для тех пользователей, которые никогда не сталкивались с вопросами элементарного программирования.
Рассмотрим пошагово:
(если часть текста в таблице выходит за рамки, то внизу есть «движок» для горизонтальной прокрутки)
| Иллюстрация | Краткое описание выполняемой операции |
|---|---|
 | Откройте новый файл (книгу) в приложении Excel пакета Microsoft Office. В ячейке А1 наберите текст «Калькулятор для расчета элеватора системы отопления». Ниже, в ячейке А2 набираем «Исходные данные». Надписи можно "поднять", изменяя жирность, размер или цвет шрифта. |
 | Ниже расположатся строки с ячейками для ввода исходных данных, на основании которых и будет проводиться расчет элеватора. Заполняем текстом ячейки с А3 по А7 : А3 – «Температура теплоносителя, градусы С:» А4 – «в подающей трубе тепловой централи» А5 – «в обратке тепловой централи» А6 – «необходимая для внутридомовой системы отопления» А7 – «в обратке системы отопления» |
 | Для наглядности можно пропустить строку, а ниже, в ячейку А9 вносим текст «Необходимое количество тепла для системы отопления, кВт» |
 | Пропускаем еще строку, и в ячейку А11
впечатываем «Коэффициент сопротивления системы отопления дома, м». Чтобы текст из столбца А не находил на столбец В , куда будут в дальнейшем вноситься данные, столбец А можно раздвинуть на необходимую ширину (показано стрелкой). |
 | Область ввода данных, от А2-В2 до А11-В11 можно выделить и сделать заливку цветом. Так она будет отличаться от другой области, где будут выдаваться результаты вычислений. |
 | Пропускаем еще одну строку и вводим в ячейку А13
«Результаты расчета:» Можно выделить текст другим цветом. |
 | Далее, начинается самый ответственный этап. Помимо ввода текста в ячейки столбца А
, в рядом стоящие ячейки столбца В
вписываются формулы, в соответствии с которыми и будут проводиться расчеты. Формулы следует переносить в точности, как это будет указано, безо всяких лишних пробелов. Важно: формула вводится в русской раскладке клавиатуры, за исключением имен ячеек – они вводятся исключительно в латинской раскладке. Для того, чтобы не ошибиться с этим, в приведенных примерах формул имена ячеек будут выделены жирным шрифтом. Итак, в ячейке А14 набираем текст «Температурный перепад тепловой централи, градусов С». в ячейку В14 вносим следующее выражение =(B4 -B5 ) И осуществлять ввод, и контролировать его правильность удобнее в строке формул (зеленая стрелка). Пусть вас не смущает то, что в ячейке В14 сразу появилось какое-то значение (в данном случае «0», синяя стрелка), просто программа сразу отрабатывает формулу, опираясь пока на пустые ячейки ввода. |
 | Заполняем следующую строку. В ячейке А15 – текст «Температурный перепад системы отопления, градусов С», а в ячейке В15 – формула =(B6 -B7 ) |
 | Следующая строка. В ячейке А16
– текст: «Необходимая производительность системы отопления, куб.м/час». Ячейка В16 должна содержать следующую формулу: =(3600*B9 )/(4,19*970*B14 ) Появится сообщение об ошибке, «деление на ноль» - не обращаем внимания, это просто оттого, что не внесены исходные данные. |
 | Идем ниже. В ячейке А17
– текст: «Коэффициент смешения элеватора». Рядом, в ячейке В17 – формула: =(B4 -B6 )/(B6 -B7 ) |
 | Далее, ячейка А18
– «Минимальный напор теплоносителя перед элеватором, м». Формула в ячейке В18 : =1,4*B11 *(СТЕПЕНЬ((1+B17 );2)) Не сбейтесь с количеством скобок – это важно |
 | Следующая строка. В ячейке А19
текст: «Диаметр горловины элеватора, мм». Формула в ячейке В18 следующая: =8,5*СТЕПЕНЬ((СТЕПЕНЬ(B16 ;2)*СТЕПЕНЬ(1+B17 ;2))/B11 ;0,25) |
 | И последняя строка расчётов. В ячейке А20 вводится текст «Диаметр сопла элеватора, мм». В ячейке В20 – формула: =9,6*СТЕПЕНЬ(СТЕПЕНЬ(B16 ;2)/B18 ;0,25) |
 | По сути, калькулятор готов. Можно только его несколько «модернизировать, чтобы он был удобнее в работе, и не было риска случайно удалить формулу. Для начала, выделим область от А13-В13 до А20-В20 , и зальем ее другим цветом. Кнопка заливки показана стрелкой. |
 | Теперь выделяем общую область с А2-В2
по А20-В20
. В выпадающем меню «границы» (показано стрелкой) выбираем пункт «все границы» . Наша таблица получает стройное обрамление линиями. |
 | Теперь нужно сделать так, чтобы значения вручную можно было ввести только лишь в те ячейки, которые для этого предназначены (чтобы не стереть или не нарушить случайно формулы). Выделяем диапазон ячеек от В4 до В11 (красные стрелки). Заходим в меню «формат» (зеленая стрелка) и выбираем пункт «формат ячеек» (синяя стрелка). |
 | В открывшемся окне выбираем последнюю вкладку – «защита» и в окошке «защищаемая ячейка» убираем галочку. |
 | Теперь вновь идем в меню «формат» , и выбираем в нем пункт «защитить лист» . |
 | Появится небольшое окошко, в котором останется всего лишь нажать кнопку «ОК»
. Предложение ввести пароль просто игнорируем – в нашем документе такая степень защиты не нужна. Теперь можно быть уверенным, что никакого сбоя не будет – для изменения открыты только лишь ячейки в столбце В в области ввода значений. При попытке внести хоть что-нибудь в любые другие ячейки появится окно с предупреждением о невозможности такой операции. |
 | Калькулятор готов. Осталось лишь сохранить файл. – и он всегда будет готов к проведению расчета. |
Провести подсчет в созданном приложении – не составляет никакого труда. Достаточно лишь заполнить известными значениями область ввода – дальше программа все рассчитает в автоматическом режиме.
- Температуру подачи и «обратки» в тепловой централи можно узнать в ближайшем к дому теплопункте (котельной).
- Требуемая температура теплоносителя во внутридомовой системе в большей мере зависит от того, какие теплообменные приборы установлены в квартирах.
- Температура в трубе «обратки» системы чаще всего принимается равной аналогичному показателю в централи.
- Потребность дома в общем притоке тепловой энергии зависит от количества квартир, точек теплообмена (радиаторов), особенностей здания – степени его утепленности , объема помещений, количества общих теплопотерь и т.п . Обычно эти данные рассчитываются заблаговременно еще на стадии проектирования дома или при проведении реконструкции системы его отопления.
- Коэффициент сопротивления внутреннего контура отопления дома рассчитывается по отдельным формулам, с учетом особенностей системы. Однако, не будет большой ошибкой взять и усредненные значения, приведенные в таблице ниже:
| Типы многоквартирных жилых домов | Значение коэффициента, м |
|---|---|
| Многоквартирные дома старой постройки, с контурами отопления из стальных труб, без регуляторов температуры и расхода теплоносителя на стояках и радиаторах. | 1 |
| Дома, введенные в эксплуатацию или в которых проведен капитальный ремонт в период до 2012 года, с установкой полипропиленовых труб на систему отопления, без регуляторов температуры и расхода теплоносителя на стояках и радиаторах | 3 ÷ 4 |
| Дома, введенные в эксплуатацию либо после капитального ремонта в период после 2012 года, с установкой полипропиленовых труб на систему отопления, без регуляторов температуры и расхода теплоносителя на стояках и радиаторах. | 2 |
| То же самое, но с установленными приборами регулировки температуры и расхода теплоносителя на стояках и радиаторах | 4 ÷ 6 |
Проведение расчетов и подбор нужной модели элеватора
Попробуем калькулятор в действии.
Допустим, что температура в подающей трубе тепловой централи – 135, а в обратной – 70 °С . Планируется поддерживать в системе отопления дома температуру в 85 ° С , на выходе – 70 °С . Для качественного обогрева всех помещений необходима тепловая мощность в 80 кВт. По таблице определено, что коэффициент сопротивления равен «1».
Подставляем эти значения в соответствующие строки калькулятора, и сразу же получаем необходимые результаты:
В итоге имеем данные для подбора нужной модели элеватора и условия для его корректной работы. Так, получена требуемая производительность системы – количество теплоносителя, прокачиваемого в единицу времени, минимальный напор водяного столба. И самые основные величины – это диаметры сопла элеватора и его горловины (смесительной камеры).
Диаметр сопла принято округлять до сотых долей миллиметра в меньшую сторону (в данном случае – 4,4 мм). Минимальное значение диаметра должно быть 3 мм – в противном случае сопло просто будет быстро забиваться.
Калькулятор позволяет и «поиграть» значениями, то есть посмотреть, как они будут изменяться при изменении исходных параметров. Например, если температура в теплоцентрали понижена, скажем, до 110 градусов, то это повлечет и другие параметры узла.
Как видно, диаметр сопла элеватора уже составляет 7,2 мм.
Это дает возможность выбора устройства с наиболее приемлемыми параметрами, с определенным диапазоном регулировок, или же комплекта сменных сопел для конкретной модели.
Имея рассчитанные данные, уже можно обратиться к таблицам предприятий-изготовителей подобного оборудования для выбора требуемого варианта исполнения.
Обычно в этих таблицах, помимо рассчитанных величин, приводятся и другие параметры изделия – его габариты, размеры фланцев, масса и пр .
Для примера – водоструйные стальные элеваторы серии 40с10бк :
Фланцы: 1 – на входе, 1— 1 – на врезке трубы из «обратки» , 1— 2 – на выходе.
2 – входной патрубок.
3 – съемное сопло.
4 – приемная камера.
5 – смесительная горловина.
7 – диффузор.
Основные параметры сведены в таблицу – для удобства выбора:
| Номер элеватора | Размеры, мм | Масса, кг | Примерный расход воды из сети, т/ч |
|||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| dc | dг | D | D1 | D2 | l | L1 | L | |||
| 1 | 3 | 15 | 110 | 125 | 125 | 90 | 110 | 425 | 9,1 | 0,5-1 |
| 2 | 4 | 20 | 110 | 125 | 125 | 90 | 110 | 425 | 9,5 | 1-2 |
| 3 | 5 | 25 | 125 | 160 | 160 | 135 | 155 | 626 | 16,0 | 1-3 |
| 4 | 5 | 30 | 125 | 160 | 160 | 135 | 155 | 626 | 15,0 | 3-5 |
| 5 | 5 | 35 | 125 | 160 | 160 | 135 | 155 | 626 | 14,5 | 5-10 |
| 6 | 10 | 47 | 160 | 180 | 180 | 180 | 175 | 720 | 25 | 10-15 |
| 7 | 10 | 59 | 160 | 180 | 180 | 180 | 175 | 720 | 34 | 15-25 |
При этом производитель допускает самостоятельную замену сопла с нужным диаметром в определенном диапазоне:
| Модель элеватора, № | Возможный диапазон смены сопла, Ø мм |
|---|---|
| №1 | min 3 мм, max 6 мм |
| №2 | min 4 мм, max 9 мм |
| №3 | min 6 мм, max 10 мм |
| №4 | min 7 мм, max 12 мм |
| №5 | min 9 мм, max 14 мм |
| №6 | min 10 мм, max 18 мм |
| №7 | min 21 мм, max 25 мм |
Подобрать требуемую модель, имея на руках результаты расчета – не представит особого труда.
При монтаже элеватора или при проведении профилактических работ следует обязательно учитывать, что от правильности установки и целостности деталей напрямую зависит эффективность работы узла.
Так, конус сопла (стакан) должен быть установлен строго соосно с камерой смешения (горловиной ). Сам стакан в посадочное гнездо элеватора должен входить свободно, чтобы была возможность его извлечения для ревизии или замены.
При проведении ревизий следует обращать особое внимание на состояние поверхностей отделов элеватора. Даже наличие фильтров не исключает абразивного воздействия жидкости, плюс к этому никуда не деться от эрозийных процессов и коррозии. Сам рабочий конус должен иметь отполированную внутреннюю поверхность, ровные, неизношенные края сопла. При необходимости производится его замена на новую деталь.
Несоблюдение таких требований влечет снижение КПД узла и падение давления, необходимого для циркуляции теплоносителя во внутридомовой разводке отопления. Кроме того, износ сопла, его загрязнение или слишком большой диаметр (существенно выше расчётного), приведут к появлению сильных гидравлических шумов, которые по трубам отопления будут передаваться в жилые помещения здания.
Конечно, система отопления дома с простейшим элеваторным узлом – далеко не образец совершенства. Она весьма тяжело поддается регулировке, которая требует разборки узла и замены инжекторного сопла. Поэтому оптимальным вариантом видится, все же, модернизация с установкой регулируемых элеваторов, позволяющих изменять параметры смешения теплоносителя в определенном диапазоне.
А как регулировать температуру в квартире?
Температура теплоносителя во внутридомовой сети может быть избыточна для отдельно взятой квартиры, например, если в ней используются «теплые полы». Значит, потребуется установка собственного оборудования, которое поможет поддерживать степень нагрева на нужном уровне.
Варианты, как – в специальной статье нашего портала.
И напоследок – видео с компьютерной визуализацией устройства и принципа действия элеватора отопления:
Видео: устройство и работа элеватора отопления
Виды элеваторов отопления
Как ни странно, но об элеваторах отопления знают даже не все сантехники, обслуживающие многоэтажные дома. В лучшем случае, они имеют представление о том, что этот прибор устанавливается в системе. Но как он устроен и какую функцию выполняет, известно далеко не всем, не говоря уже о простых людях.
Поэтому давайте ликвидируем подобный пробел в знаниях об отопительных системах и разберем это устройство подробнее.
Что такое элеватор?
Если говорить простым языком, то элеватор - это специальное устройство, относящееся к отопительному оборудованию и выполняющее функцию инжекционного или водоструйного насоса. Ни больше, ни меньше.
Его основная задача - повысить давление внутри отопительной системы. То есть, увеличить прокачку теплоносителя по сети, что приведет к росту его объема. Чтобы было понятнее, приведем простой пример. Из подающего водопровода забирается 5-6 кубометров воды в качестве теплоносителя, а в систему, где расположены квартиры дома, попадает 12-13 кубометров.
Как такое возможно? И за счет чего происходит увеличение объема теплоносителя? Данный феномен основан на некоторых законах физики. Начнем с того, что если в системе отопления установлен элеватор, значит, эта система подключена к центральным сетям отопления, по которым горячая вода движется под давлением из большой котельной или ТЭЦ.
Так вот температура воды внутри трубопровода, особенно в сильные холода, достигает +150 С. Но разве это может быть? Ведь температура кипения воды +100 С. Вот тут-то и вступает в силу один из законов физики. При такой температуре вода закипает, если она находится в открытой емкости, где отсутствует какое-либо давление. Но в трубопроводе вода движется под давлением, которое создается работой подающих насосов. Поэтому она и не закипает.
- Во-первых, чугун не любит больших перепадов температур. И если в квартирах установлены чугунные радиаторы, они могут выйти из строя. Хорошо, если они просто дадут течь. Но их может разорвать, поскольку под действием высоких температур чугун становится хрупким, как стекло.
- Во-вторых, при такой температуре металлических элементов отопления не составит большого труда получить ожог.
- В-третьих, для обвязки отопительных приборов сейчас часто используют пластиковые трубы. А максимально, что они смогут выдержать, это температура +90 С (к тому же при таких цифрах производители гарантируют 1 год эксплуатации). Значит, они просто расплавятся.
Поэтому теплоноситель необходимо остудить. Вот здесь и потребуется элеватор.
Для чего служит элеваторный узел
Схема присоединения элеваторного узла
Вот мы и подошли к вопросу о том, для чего нужны элеваторы в системе отопления?
Эти приборы предназначены для того, чтобы понизить температуру подводимой воды до необходимой. И уже охлажденная она подается в систему отопления квартир. То есть, в элеваторе происходит охлаждение теплоносителя. Каким образом?
Все достаточно просто. Это устройство состоит из камеры, где происходит смешение горячей перегретой воды и воды, поступающей из обратного контура отопительной системы. То есть, смешиваются теплоноситель из котельной с теплоносителем из обратки этого же дома. Так можно, не забирая много горячей воды, получить нужный объем теплоносителя необходимой температуры.
Теряем ли мы температуру? Да, теряем, и здесь нельзя отрицать очевидное. Но теплоноситель подается через сопло, которое намного меньше диаметра трубы, поставляющей в дом горячую воду. Скорость в этом сопле настолько большая за счет давления внутри трубопровода, что теплоноситель очень быстро распределяется по всем стоякам. Поэтому независимо от того, где расположена квартира, близко или далеко от распределительного узла, температура в отопительных приборах будет одинаковой. Равномерное распределение, таким образом, обеспечивается на все 100%.
А знаете, что иногда делают сантехники-всезнайки? Они убирают сопло и устанавливают металлические заслонки, тем самым стараясь регулировать вручную скорость подачи теплоносителя. Хорошо, если устанавливают. А в некоторых домах заслонки вообще отсутствуют, и тогда начинаются проблемы.
В квартирах, расположенных ближе к элеваторному узлу, будет климат Африки. Здесь даже в самые лютые морозы всегда открыты форточки. А в дальних квартирах, особенно угловых, люди ходят в валенках и включают электрические отопительные приборы или газовую плитку. Они ругают все на свете, не подозревая, что в этом виноваты компании, обслуживающие их дом. Вот вам результат незнания и простой некомпетентности.
Как же работает элеватор?
Принцип работы элеватора
Принцип работы элеватора
Элеваторный узел представляет собой достаточно объемную емкость, чем-то похожую на горшок. Но это не сам элеватор, хотя его так и называют. Это целый узел, в состав которого также входят:
- Грязеуловители - ведь вода из трубы поступает не совсем чистая.
- Сетчато-магнитные фильтры - узел должен обеспечить определенную чистоту теплоносителя, чтобы не забивались батареи и трубы.
Очистившись, горячая вода поступает через сопло в камеру смешения. Здесь она движется с большой скоростью, в результате чего подсасывается вода из обратного контура, который присоединен к камере смешения сбоку. Процесс подсасывания, или инжекции, происходит самопроизвольно. Теперь понятно, что изменяя диаметр сопла, можно регулировать и объем подаваемого теплоносителя, и его температуру на выходе из элеватора.
Как вы понимаете, для системы отопления элеватор - это насос и смеситель одновременно. И что важно - никакой электроэнергии.
Есть еще один момент, на который специалисты обращают внимание - это соотношение напора внутри подающего трубопровода и сопротивление элеватора. Этот показатель должен быть равен 7:1. Только такое соотношение обеспечивает эффективность работы всей системы.
Но это еще не все, что касается эффективности. Обратите внимание на тот факт, что давление внутри системы - а это подающий контур и обратный - должно быть одинаковым. Допустимо, если в обратке оно будет немного меньше. Но если разница существенна, например, в подающем трубопроводе 5,0 кгс/см2, а в обратке ниже 4,3 кгс/см2, это означает, что трубопроводная система и отопительные приборы забиты грязью.
Схема включения регулируемого элеватора водоструйного типа
Возможна и другая причина - при проведении капитального ремонта были изменены диаметры труб в меньшую сторону. То есть, подрядчик таким образом сэкономил.
Можно ли регулировать температуру теплоносителя? Можно, и для этого лучше использовать регулируемый элеватор водоструйного типа.
В конструкции такого прибора установлено сопло, диаметр которого можно изменять. Иногда диапазон регулировки, и это относится больше к зарубежным аналогам, достаточно большой, что не так уж и необходимо. Отечественные элеваторы имеют сдвиг диапазона меньше, но, как показала практика, этого достаточно на все случаи жизни.
Правда, регулируемые элеваторы редко устанавливают в жилых зданиях. Намного эффективнее их монтаж в общественных или производственных помещениях. С их помощью можно сэкономить расходы на отопление до 25% только за счет того, что они позволяют снижать температуру в ночное время, а также в выходные и праздничные дни.
Отопительная система считается ключевой составляющей комфортного обитания человека в квартире или частном доме. При этом в зависимости от категории жилплощади используют тот или иной тип отопления. В частных домовладениях чаще всего используют автономные устройства. В многоквартирных строениях монтируют централизованную теплосеть, в которой в большинстве случаев используется элеваторный узел.
О существовании элеваторного узла в тепловой системе не догадываются даже многие сантехники, занимающиеся обслуживанием многоквартирных домов, не говоря уже об его устройстве и предназначении. Поэтому для ликвидации пробела в познаниях отопительной сферы нужно разбираться в том, что такое элеватор.
Тепловая схема отопления с элеваторным узлом
Под элеваторным узлом отопительной системы подразумевается специальная конструкция, выполняющая функции инжектора или струйного насоса . Основной задачей схемы с таким устройством является повышение давления внутри системы отопления. То есть улучшение циркуляции жидкости по трубам и радиаторам за счёт увеличения объёма теплоносителя.
Повышение давления в схеме теплового узла основано на стандартных физических законах. При этом если в отопительной системе обнаружен элеваторный узел, то такое отопление имеет подключение к центральной магистрали, по которой под давлением подаётся нагретый теплоноситель из общей котельной.
При сильных морозах температурные показатели внутри основной магистрали подачи тепла могут достигать +150° C . Но это невозможно физически, так как при такой температуре вода превращается в пар. Однако превращение жидкости из одного состояния в другое под воздействием высоких температур, возможно в открытых ёмкостях без какого-либо давления. Но в отопительных трубах теплоноситель циркулирует под давлением, нагнетаемым с помощью циркуляционных насосов, что не позволяет ему превращаться в пар.
Наверняка каждому понятно, что температурные показатели свыше 100° C считаются слишком высокими и подавать такую воду в жилое помещение нельзя по ряду определённых причин.
Поэтому перед подачей теплоносителя непосредственно в квартиру его необходимо остудить . Именно для этого и был изобретён элеватор. На сегодняшний день элеваторный узел в схеме тепловой системы является её неотъемлемой частью. Это было обусловлено его высокой устойчивостью функционирования при любых температурных изменениях в тепловой сети.
Конструктивные особенности элеватора
В данное оборудование входят следующие конструктивные элементы: элеватор струйного типа, разжижающая камера и специальное сопло . Но помимо самого элеваторного узла нужно выполнить его обвязку суть, которой заключается в монтаже запорной арматуры, манометра давления и термометра.
На сегодняшний день популярностью пользуются устройства, с электрическим приводом регулировки сопла, благодаря чему появляется возможность автоматического изменения расхода теплоносителя в системе отопления многоквартирных домов.
Принцип работы узла элеватора основан на перемешивании горячего и остывшего теплоносителей. В элеваторной камере перегретая жидкость, протекающая по основной магистрали, смешивается с уже остывшим теплоносителем, который возвращается из радиаторов. Проще говоря, вода из обратного контура смешивается с перегретым теплоносителем . При этом элеватором выполняется сразу несколько функций:
Положительной стороной элеваторного узла системы отопления даже учитывая простоту конструкции, является его высокая эффективность. Также к положительным качествам такого элемента можно зачислить сравнительно невысокую стоимость прибора. Плюс ко всему ему не нужно подключение в сеть переменного тока. Естественно, у элеватора есть и недостатки:
- продуктивная работа элеваторного узла может быть гарантированна только при точном расчёте каждой его составляющей;
- перепад давления между основной и обратной магистралью не должен превышать 2 Бар;
- отсутствие регулировки температурного режима на выходе.
Такое устройство получило широкое распространение, в тепломагистралях многоквартирных строений благодаря своей эффективности работы при резких перепадах тепловых и гидравлических режимов в отопительной системе.
Распространённые поломки элеваторного узла
Основные неисправности элеватора отопительной системы могут быть вызваны выходом из строя самого прибора из-за засорения или увеличения внутреннего диаметра сопла. Также причиной поломки может быть засорение грязевика , поломка запорной арматуры и сбой настройки регулятора.
Определить поломку элеваторного узла системы отопления можно по перепаду температурного режима до и после прибора. При обнаружении сильного перепада можно констатировать поломку элеватора из-за засорения или увеличения сопла в диаметре. Но вне зависимости от поломки диагностика проводится сертифицированными специалистами. При засорении элеваторного узла выполняется его прочистка.
Если увеличился первоначальный диаметр из-за коррозии, то произойдёт полная разбалансировка всей отопительной системы. При этом радиаторы в помещениях на верхнем этаже не будут получать тепловую энергию в полном объёме, а батареи в нижних квартирах будут сильно перегреваться. Для устранения проблемы выполняется замена сопла на новый аналог с необходимым диаметром.
Выявить засорение грязевиков в элеваторном узле отопления можно благодаря изменению показаний датчиков давления, расположенных непосредственно до и после устройства. Для удаления загрязнений в тепловой системе выполняется их сброс с помощью крана, расположенного в нижней части грязевика. Если такие действия не дают положительных результатов, то выполняется демонтаж и механическая чистка прибора.
Альтернативный вариант тепловой схемы
Благодаря новым технологиям, которые нашли своё применение и в схеме отопления многоквартирных зданий появилась возможность замены элеватора более совершенным устройством. Автоматизированная система
управления отоплением – полноценная альтернатива стандартному элеваторному узлу. Но стоимость такого устройства намного выше, хотя его использование более экономично.
Основным предназначением автоматизированного узла является управление температурным режимом и расходом теплоносителя внутри отопительной системы в зависимости от температуры за её пределами. Для работы такого узла обязательно наличие источника электроэнергии достаточно большой мощности. Но, несмотря на все инновации в сфере отопительных технологий элеваторный узел по-прежнему пользуется популярностях в коммунальных организациях.
На сегодняшний день популярностью пользуются элеваторы в системе отопления с электрическим приводом регулировки . Помимо этого появляется возможность контроля расхода теплоносителя без вмешательства со стороны человека. Из-за того, что такое оборудование обладает неопровержимыми преимуществами, нет никаких предпосылок, что в ближайшее время коммунальные предприятия будут производить его замену.
Обеспечить в квартирах многоэтажных домов оптимальную температуру в зимнее время можно только путем подачи в радиаторы горячего теплоносителя. Нагрев воды до рабочих показателей осуществляется с помощью специального теплового узла – элеватора, установленного в подвальном помещении дома или в котельной. О том, что это за приспособление и как оно функционирует, расскажем далее в статье.
Как работает элеваторный узел
Прежде чем разбираться с устройством элеваторного узла, отметим, что данный механизм предназначен для соединения конечных потребителей тепла с тепловыми сетями. По конструкции тепловой элеваторный узел представляет собой своего рода насос, который входит в систему отопления наряду с запорными элементами и измерителями давления.
Элеваторный узел отопления выполняет несколько функций. В первую очередь, он перераспределяет давление внутри системы отопления, чтобы вода конечным потребителям в радиаторы поставлялась с заданной температурой. При прохождении по трубопроводам от котельной до квартир, количество теплоносителя в контуре возрастает практически вдвое. Это возможно только, если есть запас воды в отдельном герметичном сосуде.
Как правило, из котельной подается теплоноситель, температура которого достигает 105-150 ℃. Такие высокие показатели недопустимы для бытовых целей с точки зрения безопасности. Максимальная температура воды в контуре согласно нормативным документам не может превышать 95 ℃.
Примечательно, что в СанПин в настоящее время установлен норматив температуры теплоносителя в пределах 60 ℃. Однако с целью экономии ресурсов активно обсуждают предложение снизить этот норматив до 50 ℃. Согласно экспертному заключению разница не будет ощутима для потребителя, а в целях дезинфекции теплоносителя ее каждые сутки нужно будет прогревать до 70 ℃. Тем не менее, данные изменения в СанПин еще не приняты, поскольку нет однозначного мнения насчет рациональности и эффективности такого решения.
Схема элеваторного узла отопления позволяет привести температуру теплоносителя в системе до нормативных показателей.
Этот узел позволяет избежать следующих последствий:
- слишком горячие батареи при неосторожном обращении могут привести к ожогам кожных покровов;
- не все отопительные трубы рассчитаны на длительное воздействие высокой температуры под давлением – такие экстремальные условия могут привести к преждевременному их выходу из строя;
- если разводка выполнена из металлопластиковых или полипропиленовых труб, она не рассчитана на циркуляцию горячего теплоносителя.
Преимущества элеватора
Некоторые пользователи утверждают, что схема элеватора является нерациональный, и намного проще было бы подавать потребителям теплоноситель меньшей температуры. В действительности же такой подход предусматривает увеличение диаметра магистральных трубопроводов для подачи более холодной воды, что приводит к дополнительным расходам.
Выходит, что качественная схема теплового отопительного узла дает возможность смешивать с подающим объемом воды долю воды из обратки, которая уже успела остыть. Несмотря на то, что отдельные источники элеваторных узлов отопительных систем относятся к старым гидравлическим агрегатам, по факту они являются эффективными в работе. Имеются и более новые агрегаты, пришедшие на замену схем элеваторного узла.
К ним относятся следующие типы оборудования:
- теплообменник пластинчатого типа;
- смеситель, оснащенный трехходовым клапаном.
Как работает элеватор
Изучая схему элеваторного узла системы отопления, а именно то, что он собой представляет и как функционирует, нельзя не отметить схожесть готовой конструкции с водяными насосами. При этом для работы не требуется получение энергии из иных систем, а надежность можно будет наблюдать в конкретных ситуациях.
Основная часть приспособления с внешней стороны похожа на гидравлический тройник, установленный на обратке. Через простой тройник теплоноситель спокойно попадал бы в обратку, минуя радиаторы. Такая схема теплоузла была бы нецелесообразной.
В обычной схеме элеваторного узла отопительной системы имеются такие детали:
- Предварительная камера и подающая труба с установленным на конце соплом определенного сечения. Через нее подается теплоноситель из обратной ветки.
- На выходе встроен диффузор. Он предназначен для передачи воды к потребителям.
На данный момент можно встретить узлы, где сечение сопла корректируется электроприводом. Благодаря этому можно автоматически подстраивать приемлемую температуру теплоносителя.
Подбор схемы узла отопления с электроприводом делается исходя из того, чтобы можно было изменять коэффициент смешения теплоносителя в пределах 2-5 единиц. Этого нельзя будет добиться в элеваторах, в которых сечении сопла нельзя изменять. Получается, что системы с регулируемым соплом дают возможность в значительной степени сократить средства на отопление, что очень актуально в домах с центральными счетчиками.
Принцип работы схемы теплового узла
Рассмотрим принципиальную схему элеваторного узла – то есть схему его работы:
- горячий теплоноситель подается из котельной по магистральному трубопроводу к входу в сопло;
- перемещаясь по трубам небольшого сечения, вода постепенно набирает скорость;
- при этом образуется несколько разряженная область;
- образовавшийся вакуум начинает подсос воды из обратки;
- однородные турбулентные потоки сквозь диффузор поступают к выходу.
Если в системе отопления применяется схема теплового узла многоквартирного дома, то ее эффективную работу можно обеспечить только при условии, что рабочее давление между подающим и обратным потоками будет больше расчетного гидросопротивления.
Немного о недостатках
Несмотря на то, что тепловой узел имеет много преимуществ, есть у него и один существенный недостаток. Дело в том, то элеватором невозможно регулировать температуру выходящего теплоносителя. Если измерение температуры воды в обратном трубопроводе показывает, что она слишком горячая, необходимо будет ее понизить. Осуществить такую задачу можно только путем уменьшения диаметра сопла, однако, это не всегда возможно ввиду конструкционных особенностей.
Иногда тепловой узел оборудуют электроприводом, с помощью которого удается подкорректировать диаметр сопла. Он приводит в движение основную деталь конструкции – дроссельную иголку в виде конуса. Эта игла перемещается на заданное расстояние в отверстие по внутреннему сечению сопла. Глубина перемещения позволяет изменять диаметр сопла и тем самым контролировать температуру теплоносителя.
На валу может быть установлен как привод ручного типа в виде рукоятки, так и электрический дистанционно управляемый двигатель.
Стоит отметить, что установка такого своеобразного регулятора температуры позволяет модернизировать общую систему отопления с тепловым узлом без существенных финансовых вливаний.
Вероятные неполадки
Как правило, большинство неполадок в элеваторном узле возникает по следующим причинам:
- образование засора в оборудовании;
- изменения в диаметре сопла в результате эксплуатации оборудования – увеличение сечения усложняет регулировку температуры;
- засоры в грязевиках;
- выход из строя запорной арматуры;
- поломки регуляторов.
В большинстве случаев выяснить причину неполадок достаточно просто, поскольку они сразу отражаются на температуре воды в контуре. Если перепады и отклонения температуры от нормативов незначительны, что, вероятно, имеет место зазор или же сечение сопла несколько увеличилось.
Перепад в температурных показателях более 5 ℃ свидетельствует о наличии проблемы, решить которые могут только специалисты после проведения диагностики.
Если в результате окисления от постоянного контакта с водой или непроизвольного сверления возрастает сечение сопла, нарушается балансировка всей системы. Такой изъян нужно как можно быстрее исправить.
Стоит отметить, что в целях экономии финансов и использования отопления более эффективно, на тепловых узлах могут устанавливать электросчетчики. А приборы учета горячей воды и тепла дают возможность дополнительно снизить расходы на коммунальные платежи.
