Дарим подарок за видео с монтажом или сервисным обслуживанием инженерных систем

4-ходовые клапаны в схемах с твердотопливными котлами

С. Дейнеко
Значительное подорожание газа для населения привело в нашей стране к возрастанию популярности твердотопливных котлов. В то же время схемы обвязки и регулирования этих теплогенераторов имеют некоторые существенные особенности, связанные с характером работы. Без их учета невозможно добиться эффективной работы оборудования и системы в целом.
Когда достаточно 3-ходового?

В случае эксплуатации систем с газовыми котлами для регулирования температуры теплоносителя в прямом и обратном трубопроводах систем отопления, как правило, достаточно трехходового смесительного клапана, установленного на подающей линии. Принцип его работы заключается в подмесе теплоносителя из обратной линии в подающую для поддержания необходимой температуры в системе отопления. При этом показания от температурных датчиков передаются на контроллер, который, в свою очередь, и регулирует положение трехходового клапана с помощью электрического привода.

Трехходовые клапаны могут быть с различными управляющими сигналами, двух и трехпозиционные или с аналоговым управлением. В первом случае клапан имеет всего два крайних положения: он либо полностью открыт (при этом вся вода от источника тепла попадает в систему), либо закрыт (вся вода из системы подается обратно в систему). Недостаток такого двухпозиционного регулирования – отсутствие возможности удерживать промежуточное положение клапана для более точной и постоянной регулировки температуры теплоносителя. Это, в свою очередь, не позволяет подавать теплоноситель в систему отопления со стабильной температурой. В этом случае, температура в системе отопления постоянно изменяется, что приводит к перегреву, либо к недогреву. Эффективность смешения теплоносителя с различными температурами при этом зависит от многих факторов, таких как диаметр трубопровода, скорость потока, местные сопротивления и т.п.

С технической точки зрения для систем управления более целесообразно применять электрический привод, позволяющий осуществлять трехпозиционное регулирование. Благодаря этому возможно удерживать некое промежуточное положение клапана. Нюанс заключается в том, что при этом отопительный контур (с котлом) работает с переменным расходом. Постоянный расход наблюдается только на участке от смесительного клапана в систему, и из системы – до смесительной перемычки. При этом в контуре котла температура теплоносителя изменяется в зависимости от положения смесительного клапана.

Если в системе используется современный газовый котел с модуляционной горелкой, то его автоматика соответственно (при возрастании температуры теплоносителя в подающей линии) плавно снижает мощность горелки. Снижение интенсивности горения происходит вплоть до отключения котла. После чего некоторое определенное время продолжает работать котловой насос, что предохраняет теплогенератор от перегрева. При запросе на тепло от датчиков температуры системы отопления, автоматика котла включает насос, затем горелку, и теплогенератор плавно набирает мощность. Частота включений и отключений котла зависит от требуемой температуры теплоносителя, настроек котла или контроллера, мощности системы и самого котла, и т.д.

Регулирование в «твердотопливниках»

В случае использования твердотопливного котла такое регулирование сложно осуществить по причине неравномерности параметров процесса горения. Это связано с тем, что в твердотопливных котлах, в отличие от газовых, есть необходимость периодической загрузки камеры сгорания топливом. Эффективнее всего организована подача топлива в пеллетных котлах. В них возможно равномерно подавать транспортером пеллеты и регулировать подачу воздуха дутьевым вентилятором. Однако доля рынка подобных котлов, по причине их высокой стоимости, невелика.

Учитывая же неравномерность подачи топлива в обычных твердотопливных котлах, а также неоднородность качества и свойств топлива, организовать регулировку в таких системах довольно сложно. При этом влиять на процесс горения возможно с помощью заслонки на подающем воздух канале: при необходимости интенсификации процесса горения заслонка открывается или наоборот (рис. 1).

Ris_1_4 Рис. 1. Регулятор твердотопливного котла FR124 (Honeywell) – типовая схема установки

Это позволяет несколько автоматизировать управление, однако не дает возможности постоянно поддерживать определенную температуру на входе в котел (что необходимо для безопасности и долговечности работы теплогенератора). Ведь при больших перепадах температур существует вероятность образования конденсата с последующей коррозией теплобменника, увеличивается также интенсивность накипеобразования. В случае использования чугунного теплообменника возможно появление трещин в секциях теплообменника. Кроме того, увеличивается напряжение на соединениях деталей котлов, в первую очередь, на стыках и вдоль сварных швов.

Поэтому для безопасности работы и долговечности оборудования, а также достижения необходимого уровня комфорта, для разделения отопительного и котлового контуров применяют четырехходовые клапаны. На рис. 2 представлена типовая схема с использованием твердотопливного котла и бака-аккумулятора ГВС (один выход из котла, после которого теплоноситель распределяется на подогрев горячей воды и систему отопления). Разделение котлового контура и контура системы отопления осуществляется с помощью 4-ходового клапана, который позволяет достичь постоянной циркуляции в котловом и, одновременно, в контуре системы отопления.Ris_2_4

Рис. 2. Схема монтажа твердотопливного котла к системе отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя и 4-ходовым клапаном:

1 – котел; 2 – блок автоматики управления котлом; 3 – датчик температуры теплоносителя; 4 – комнатный термостат; 5 – циркуляционный насос; 6 – потребитель тепла; 7 – дифференциальный клапан; 8 – четырехходовой смесительный клапан; 9 – расширительный бак; 10 – бойлер ГВС; 11 – насос бойлера; 12 – запорная арматура; 13 – фильтр

При этом, дополнительно к крайним положениям, в средней позиции 50% теплоносителя идет в систему отопления, смешиваясь с 50% теплоносителя, возвращающегося из системы отопления, а оставшаяся часть – возвращается обратно в котел, смешиваясь с оставшейся частью теплоносителя из системы отопления. Возможно также поддерживать, в отличие от регулирования с 3­ходовыми клапанами, константу разделения потоков и в других строго определенных пропорциях. Например, 30% теплоносителя – в котловом контуре, 70% – в систему отопления. Или любое другое соотношение (рис. 3).

Ris_3_4 Рис. 3. Положения 4-ходового клапана

Такое постоянство расхода очень важно для твердотопливного котла, поскольку, как мы уже отмечали выше, при его применении не такие широкие возможности влиять на интенсивность процесса горения, как в газовых котлах. Применение же автоматического регулятора тяги позволяет регулировать температуру только на выходе из котла, но не на обратной линии.

Особенности применения клапанов

На 4-ходовый клапан устанавливается электрический привод, управляемый контроллером, который, в свою очередь, работает по сигналам от датчиков температуры. Такой привод позволяет клапану находиться в любом положении, тем самым осуществляя точное поддержание заданных температур. Четырехходовые клапаны позволяют также совместное использование в котельной несколь ких источников тепла, работающих на различных видах топлива. Например, в настоящее время нередко можно встретить комбинацию твердотопливного и газового котлов (рис. 4) или твердотопливного и электрического котлов. При этом газовый котел может использоваться как резервный. В случае же постоянного использования нескольких источников тепла, (например совместное использование газового, электрического, твердотопливного котлов и гелиоустановки) необходимо, чтобы все источники тепла работали на бак-аккумулятор (буферная емкость), из которого будет осуществляться отбор теплоносителя на систему отопления и ГВС.Ris_4_4

Рис. 4. Принципиальная схема работы котлов на различных видах топлива с применением четырехходового клапана:

ТК – твердотопливный котел; ГК – газовый котел; 1 – четырехходовой клапан; 2 – датчик температуры; 3 – котловые насосы; 4 – потребитель тепла; 5 – циркуляционный насос; 6 – контроллер

Представленные на украинском рынке 4-ходовые клапаны для систем отопления, как правило, из чугуна с хромированными внутренними поверхностями. Их диаметры – от 20 до 150 мм. Подобные клапаны предлагают компании Afriso (Германия), ESBE (Швеция), Honeywell (США), Oventrop (Германия) и др.

К примеру, компактные 4-ходовые смесительные клапаны серии V5442A (рис. 5), производимые компанией Honeywell, предназначены для систем, в которых в качестве теплоносителя используется вода или жидкости, с содержанием гликоля до 50%. Они рассчитаны на эксплуатацию при температурах 2...110 °С и рабочем давлении до 6 бар. Клапаны выпускаются с размерами присоединения 20, 25 и 32 мм. Соответственно, значения коэффициента Kvs – от 4 до 16 м3 /ч. Клапаны рассчитаны на работу совместно с электроприводами. Для более мощных систем используется фланцевая серия клапанов ZR…FA. Монтаж 4-ходовых клапанов не вызывает сложностей и предусматривает множество вариантов реализации (рис. 6).


Ris_5_4

Рис. 5. Четырехходовые клапаны V5442A и ZR…FA (Honeywell)

Ris_6_4

Рис. 6. Варианты присоединения 4-ходового клапана

Резюме

Таким образом, можно утверждать, что применение 4-ходовых клапанов практически идеально подходит для использования совместно с твердотопливными котлами, ведь они позволяют реализовать больше возможностей регулирования, чем при использовании 3-ходовых клапанов.

Применение механических термосмесительных клапанов (рис. 7) не решает задач по управлению температурами в системе и совместного использования нескольких источников тепла, а лишь позволяет поддерживать предварительно установленную постоянную температуру теплоносителя на входе в котел, без учета условий работы котла и самой системы.Ris_7_4

Рис. 7. Применение термосмесительного клапана для поддержания постоянной температуры на входе в котел

Также использование термосмесительных клапанов больших диаметров экономически нецелесообразно, т. к. их стоимость существенно выше, чем стоимость системы с применением четырехходового клапана. На данный момент стоимость полностью автоматизированного управления с применением четырехходового клапана, на системы мощностью до 80 кВт, находится в диапазоне 400–800 евро. Срок окупаемости такой системы 3–5 лет.



Оставьте комментарий