Насоси «Грундфос»

Анализ и оптимизация схемных решений

Д. Лейнов

Тщательный анализ некоторых работоспособных схемных решений позволяет найти более оптимальные варианты реализации с точки зрения улучшения эксплуатационных и ценовых параметров, а также показателей энергоэффективности

Рассмотрим типичную ситуацию – заказчик обратился в компанию с подобным запросом. Специалисты предложили работоспособное решение, основанное на каталоге типовых схем, однако оно не вполне учитывает индивидуальные особенности на объекте. Тщательный анализ поможет избежать типичных ошибок, оптимизировать предлагаемое решение и получить, в итоге, более выгодную схему для клиента.

Рассмотрим предложенную схему в целом (см. рис 1).

Изображение схема по отоплению и ГВС дома Рис. 1. Общее схемное решение

Контур ТН

Первое, что бросается в глаза – отсутствие в схеме теплового насоса расширителя (компенсатора объёма) в контуре пропилен-гликоля (см. рис. 2).

Изображение ошибка подключения теплового насоса Рис. 2. Контур ТН без компенсатора объема пропиленгликоля

С одной стороны, температурный градиент теплоносителя (самая маленькая температура зимой и самая большая – летом) невысок. Но, с другой стороны – постоянные скачки давления теплоносителя приведут к развитию микротрещин и к возникновению течей в поковках и дополнительному износу насосного оборудования, которое наверняка (при таком режиме эксплуатации) будет попадать в кавитационные режимы работы. То есть, это «мина замедленного действия». Кроме того, невозможно с уверенностью гарантировать, что теплообменник «фреон-вода» не даст протечек в контур фреона. Наверняка любому специалисту известно, что будет, если во фреоновый контур попадёт вода. Даже самое минимальное количество. Наличие в контуре ТН бака-расширителя пропилен-гликоля повышает эксплуатационную надежность.

Контур ГВС

Система приготовления горячей воды, см. рис. 3, также не лишена недостатков.

Изображение схема горячего водоснабжения в доме Рис. 3. Контур ГВС

Здесь газовый двухконтурный котёл включен в схему рециркуляции последовательно. Обычно считается, что во всех котлах, где есть контур ГВС, присутствует приоритет ГВС. То есть, первостепенная задача котла – подготовить горячую воду для санитарных потребностей заказчика. Очевидно в этом котле также присутствует данная функция. Включение функции ГВС (в большинстве случаев) осуществляет реле протока, которое и сообщает автоматике котла, что появился запрос на ГВС, и что надо переключить свой внутренний контур на исполнение именно этой функции. На данной же схеме видно, что запрос на ГВС будет существовать всегда, когда будет включен насос рециркуляции горячего водоснабжения. То есть у котла будет постоянный запрос на работу ГВС.

Проанализируем оборудование данной системы. Комбинированный бак здесь – это бак косвенного нагрева. То есть там присутствует внешняя обечайка из чёрного металла, обработанная антикоррозионным покрытием и рассчитанная на котловую воду. Именно, не на питьевую, а на котловую – то есть, техническую, умягченную, которая работает в закрытом контуре, и количество коррозионных веществ в ней строго ограничено. Если же это открытый контур, то необходима специальная водоочистка и водоподготовка. В анализируемой схеме водоочистка имеется на входе, но это обыкновенная система химической водоочистки, так сказать – бытовая. Она не в состоянии выдержать «технические» параметры воды. Да и нельзя применять техническую воду для бытовых нужд. Для приготовления ГВС (питьевой воды) в баке производителем применяется гофрированный трубчатый теплообменник из нержавеющей стали, который автором схемы применяется для подогрева «питьевой» воды в баке, на самом деле, не приспособленном для этой цели (верхний теплообменник на комбинированном баке).

Рассмотрим подробнее температурные режимы работы этого участка схемы. Основной источник для ГВС здесь – тепловой насос. На схеме видно, что тепловой насос имеет отдельный контур ГВС. То есть, можем предположить, что он будет давать нагрев теплоносителя свыше 60°С. Перепад температуры на трубчатом теплообменнике – 10°С. Таким образом, вода будет нагреваться до 50°С. Сомнительно полагать, что нагрев до таких температур от ТН будет эффективен. Очевидно, что здесь предусмотрен газовый котёл именно для догрева. То есть, газовый котёл в режиме ГВС (не самом экономичном), будет работать параллельно с тепловым насосом, работающим на режим ГВС (тоже с не самым высоким СОР). Это не самое эффективное решение. Такие режимы не рекомендуется использовать самим производителем оборудования. В предложенной схеме включение котла гарантированно состоится не просто по сигналу реле протока, но ещё и по температурному графику. Если такое решение было продиктовано желанием снизить перепад температур на газовом котле, то это маловероятно (снижение комфорта), но возможно. Однако, в этом случае «тактование» котла (частый запуск по сигналу реле протока и выключение по достижении заданной температуры) – гарантировано. Не говоря уже о том, что данный котел в принципе не будет работать на систему отопления.

Контур твердотопливного котла

Рассмотрим подробнее ту часть схемы, где установлен твердотопливный котёл (см. рис. 4).

Изображение обвязка твердотопливного котла Рис. 4. Контур твердотопливного котла

Первое, что бросается в глаза – это участок схемы вверху контура твердотопливного котла (см. рис.5).

Изображение участок схемы обвязки твердотопливного котла Рис. 5. Участок схемы контура твердотопливного котла

На схеме данный участок приведен без уточняющих надписей, но вполне логично предположить, что этот элемент призван не допустить перегрева котла путем подачи в котловой контур холодной воды со сливом нагретой воды в канализацию. Однако даже для этой цели данный участок излишен. Наличие автоматики пеллетной горелки и наличие буферизации – вполне достаточная защита от перегрева.

«Пассивное охлаждение»

Также в схеме предусмотрен контур «пассивного охлаждения», (см. рис. 6).

Изображение схема пассивного охлаждения в доме Рис. 6. Контур «пассивного охлаждения»

В качестве распределителя холода в помещении в данной схеме используется система фэнкойлов. Стандартный температурный режим такой системы + 7 ÷ 12°С. Температура скважины в тот период, когда будет необходимо использовать охлаждение, составит ничуть не меньше + 10°С. При наличии двух теплообменников «пассивное охлаждение» с таким температурным режимом недостижимо. Теоретически, конечно, можно перейти на более высокую температуру теплоносителя в фэнкойле, но для этого в доме понадобится прокладка трубопроводов большего диаметра (для больших расходов теплоносителя). Однако отдачи по холоду теплообменника в самом фэнкойле для обеспечения такого «особого» режима охлаждения будет недостаточно.

Анализ схемы показал, что, пожалуй, единственным элементом, не вызвавшим никаких нареканий в данной общей схеме (рис. 1) – это система подключения солнечных коллекторов. Здесь все правильно.

Режимы работы системы

Проанализируем режимы работы системы по данной общей схеме, рис. 1.

Переход от кондиционирования к отоплению. В буферной бочке ТТК (твердотопливного котла) температура должна быть около + 12 ÷ 15°С. Такие значения возникают потому, что при выключенном циркуляционном насосе в активном контуре теплового насоса (когда насос штатно выключен) и в работающем насосе на отходящей линии гребенки, теплоноситель не может не циркулировать через этот буфер. То есть вполне логично предположить, что температура в этом буфере будет именно такой. А если учесть, что вполне возможен режим работы только одного насоса на гребенке (фэнкойлы), который по производительности меньше циркуляционного насоса на тепловом насосе (далее ТН), то с большой долей вероятности можно сказать, что буферная емкость будет иметь температурный режим около + 7°С. (Для анализа приняты стандартные температурные режимы работы ТН для данного случая).

Итак, ТН начинает сначала греть буферную ёмкость. При этом, допустим, что резко похолодало, погода ухудшилась, и в этот момент пропадает внешнее электрическое питание, после чего запускается резервный дизель-генератор, который по своей нагрузке не рассчитан на питание ТН. Газовый котел, как было указано ранее, в системе по данной схеме работает исключительно на ГВС, и помочь системе отопления в данном случае не сможет. Вся надежда на работу ТТК. Его запускает собственная автоматика. ТТК на входе в свой термосмесительный узел начинает получать воду с температурой около +10°С. В этом случае ТТК выйдет на режим очень не скоро. Тонна воды при эффективности в начале разгона около 10% мощности (т. е. около 5 кВт) нагреется с +10 до +60 °С за каких-то 11,6 часа. Конечно, при увеличении температуры на входе в термосмесительный узел будет увеличиваться и мощность котла. Но одновременно будет происходить и отбор теплоносителя со стороны системы отопления (то есть дополнительное охлаждение бочки). Для более корректного сравнения разнонаправленных процессов необходимо провести тщательное математическое моделирование динамики тепловых балансов поступления и расходования, для чего потребуются дополнительные данные.

Таким образом, можно четко констатировать тот факт, что предлагаемая система не рассчитана на жесткие переходные режимы и схемно не защищена от сохранения работоспособности по теплу в результате сбоев питания. Обратный переход – от тепла к холоду – тоже потребует значительных дополнительных затрат для работы ТН.

Обвязка ТН

Теперь перейдём к анализу обвязки ТН (см. рис. 7), а особенно области, выделенной желтым.

Изображение трубная обвязка теплового насоса Рис. 7. Участок трубной обвязки ТН

На схеме, которая была представлена для анализа, в этой точке нет значка со значением огибания линии. То есть предполагается, что в данной точке линии соединяются. В таком случае схема неработоспособна.

Если же эти две линии не пересекаются (то есть это просто грубая ошибка в чертеже), то возможны разные режимы функционирования, которые не соответствуют работе системы, которая оплачивается заказчиком.

Данный схемотехнический анализ нацелен на то, чтобы инженеры тщательнее и вдумчиво прорабатывали предлагаемые ими схемные решения на «нестандартных» объектах, чтобы избежать нежелательных последствий.

Схемотехнические ошибки приводят к материальным и денежным перерасходам во время переделки уже выполненной работы, и, иногда, к выплате существенных сумм компенсаций, в том числе в результате судебных разбирательств по искам за некачественную работу. Это особенно важно, когда схема разрабатывается инженерной фирмой, а ее монтаж и реализация выполняется другой компанией. Подобные ошибки негативно сказываются на профессиональном реноме исполнителя в глазах заказчика и могут существенно и надолго сказаться на успешности профессиональной карьеры исполнителя. Автор готов обсудить положения данной статьи с профессионалами-схемотехниками на страницах медиа-приложения к журналу AW-Therm.

Читайте статьи и новости в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь на YouTube-канал.

Просмотрено: 1 154

Вас может заинтересовать:



Оставьте комментарий

Telegram