Рабочие характеристики

Рабочие характеристики — совокупность параметров, определяю­щих надежную и точную работу терморегулятора на протяжении длительного срока эксплуатации.

Основной гидравлической характеристикой терморегулятора явля­ется номинальная пропускная способность Kv. Гидравлическая суть этого параметра рассмотрена в п. р. 3.2. Номинальную пропускную способ­ность терморегулятора определяют при начальном промежуточном рас­положении затвора клапана на высоте Hv от седла, что показано на рис. 4.11,а. Такое состояние терморегулятора является расчетным при проектировании системы обеспечения микроклимата, однако оно не учитывает того, что терморегулятор устанавливают на теплообменный прибор с завышенной поверхностью теплообмена для обеспечения авторитета теплоты в помещении (см. п. р. 6.3). Если рассматривать работу терморегулятора с учетом такого подхода, то при расчетной

А б в г Рис. 4.11. Взаимосвязь пропускной способности терморегулятора

Без предварительной настройки от высоты подъема затвора клапана: а — затвор клапана в расчетном положении; б — затвор клапана при расчетных температурных условиях в рабочем положении; в — клапан полностью открыт; г — клапан закрыт; 1 — регулятор; 2 — сильфон; 3 — термостати­ческий клапан; 4 — шток; 5 — затвор

Температуре внутреннего и наружного воздуха расчетные гидравличес­кие параметры системы не совпадают с реальными. Расход теплоносите­ля через клапан будет меньше от номинального расхода, а затвор клапа­на будет расположен на высоте (рис. 4.11,6), которая ниже расчетной Hv.

При понижении температуры воздуха в помещении затвор клапана поднимается, его максимальное положение характеризуется высотой hvs (рис. 4.11,в). С увеличением температуры воздуха в помещении выше зоны пропорциональности (подробнее см. далее) затвор клапана опус­кается, пока не перекроет проход теплоносителю (рис. 4.11,г). Таким образом, реальное гидравлическое состояние системы с терморегулято­рами никогда не соответствует расчетным условиям.

Полностью открытый клапан пропускает максимально возмож­ный поток теплоносителя, которому соответствует параметр Kvs. Дан­ная величина потока теплоносителя возникает в процессе эксплуата­ции системы при недостаточном количестве теплоты (в системах охлаждения — холода), получаемой от теплообменного прибора для до­стижения заданной на регуляторе температуры воздуха в помещении. Для терморегуляторов данный параметр не применяют в гидравличес­ких расчетах. В то же время для другой арматуры, например, шаровых кранов, этот параметр является расчетным.

Характеристическая пропускная способность Kvs — величина, размер которой отображает объем воды в м3 плотностью 1000 кг/м3, проходящей через полностью открытый термостатический клапан за час при перепаде давления на нем 105 Па (1 бар).

Движение затвора клапана с максимально открытого в максималь­но закрытое положение вызывает гидравлическое перераспределение потоков теплоносителя во всех циркуляционных кольцах, что приводит к изменению перепада давления и расхода теплоносителя в системе.

Рис. 4.12. Взаимосвязь пропускной способности терморегулятора с предварительной настройкой от положения дросселя: А — минимальное открытие лросселя (настройка 1); б — срел — нее открытие лросселя (настройка 4.5); в — максимальное открытие лросселя (настройка N); 1…5-см. обозначения к рис. 4.11; 6- лроссель

Для уменьшения негативного воздействия этого перераспределения в двухтрубных системах применяют терморегуляторы с повышенным ги­дравлическим сопротивлением и дросселем для увязки гидравлических колец (подробнее см. в п. п. 4.2.4.4). Каждому положению дросселя соот­ветствует номинальная пропускная способность терморегулятора.

Номинальная пропускная способность Kv — величина, размер кото­рой отображает объем воды в м3 плотностью 1000 кг/м3, проходящей через термостатический клапан за час при перепаде давления на нем 105 Па (1 бар) и г-той настройке дросселя. Этот параметр характеризует термостатические клапаны с предварительной настройкой. Он также имеет видоизменение при максимальном открытии терморегулятора, т. к. перемещение затвора клапана аналогично пояснению к рис. 4.11. Отличием является то, что на пропускную способность дополнительно влияет настройка дросселя (рис. 4.12). Для терморегуляторов типа RTD-N, RA-C, RA-N, FHV-A она изменяется от 1 до 7 с шагом 0,5 и до N. Буквой N обозначено положение дросселя при максимально открытом дросселирующем отверстии/тах. Цифрой 1 — при минимально откры­том дросселе/,,,,,,, другими цифрами — промежуточные положения.

Рабочие гидравлические характеристики терморегулятора незна­чительно зависят от направления движения штока. В одном и том же положении штока пропускная способность при закрывании терморегу­лятора будет меньшей, чем при открывании. Это рассогласование вы­ражают через температурную настройку терморегулятора и называют гистерезисом.

Гистерезис — температурная разность между кривыми открывания и закрывания терморегулятора при одинаковом расходе теплоносителя (рис. 4.13). Гистерезис возникает вследствие внутреннего фактора — ме­ханического трения подвижных частей терморегулятора и внешних факторов — параметров теплоносителя и окружающих условий. Макси­мально допустимое значение гистерезиса не должно превышать 1 °С. Чем ниже это значение, тем меньше отклонение между реальной и уста­новленной на терморегуляторе температурой воздуха в помещении.

Кривые закрывания и открывания характеризуют изменение пото­ка теплоносителя G от перемещения штока клапана, вызванного изме­нением температуры термостатического датчика с зафиксированным положением температурной настройки, при постоянном перепаде дав­ления теплоносителя между входом и выходом терморегулятора. Эти кривые являются рабочей расходной характеристикой терморегулятора с логарифмическим законом регулирования (см. рис. 3.11 при а*< 1). Разница лишь в том, что ходу штока H соответствует зона пропорцио­нального изменения температуры воздуха t.

Зона пропорциональности клапана — величина, размер которой отображает превышение над установленной на терморегуляторе тем­пературой воздуха, приводящее к полному его закрытию. Это превы­шение пропорционально перемещению затвора клапана, при кото­ром соблюдается примерно линейная зависимость между G и T, ап­проксимируемая теоретической прямой. Примерный диапазон линейной зависимости находится между 0,25Gmax и 0,8Gmax. За преде­лами этих расходов происходит отклонение от пропорционального регулирования.

На рис. 4.13 показана зона пропорциональности терморегулятора Хр = 2К (°С). Она не должна превышать допустимых значений из усло­вий обеспечения теплового комфорта (см. рис. 1.2). Экономически це­лесообразный диапазон значений зоны пропорциональности для боль­шинства помещений находится в диапазоне 1…2К. Как правило, термо­регуляторы прямого действия выбирают с зоной пропорциональности 2 К. В реальных условиях эта зона будет меньшей, поскольку в системах обеспечения микроклимата применяют теплообменные приборы с завышенной теплоотдающей поверхностью (см. разъяснение к Hv и H‘X На рис. 4.11, а также п. р. 6.3).

Рис. 4.13. Характеристические кривые: а и B — кривые соответственно открывания и закрывания терморегулятора; а’ и Ь’ — кривые от­крывания и закрывания терморегулятора пол лействием изме­нения внешних факторов; с — теоретическая прямая; D — гисте­резис; е и Е’, F и F — температура соответственно закрывания и открывания; S и S‘ — температурные точки

Отклонение от линейного регулирования температуры воздуха должно быть минимальным во всем диапазоне хода штока. Так, разность температур воздуха между точками S и соответствующими/и е не долж­на превышать 0,8 °С. Это отклонение возникает вследствие погрешности регулирования незначительных потоков теплоносителя и особенностей логарифмического закона регулирования.

Терморегулятор должен обеспечить регулирование температуры воздуха в помещениях с различными температурными условиями. Условия теплового комфорта определены для температурного диапазона 10…28 °С (см рис. 1.2). Для терморегуляторов этот диапазон должен находиться в пределах:

• при максимальной температурной настройке регулятора — не более 32 °С;

• при минимальной — не меньше 5 °С и не больше 12 °С.

В указанном температурном диапазоне влияние внешних факторов на регулирование температуры воздуха должно быть минимальным (кривые а’ и £>’). К таким факторам относят: перепад давления теплоно­сителя, статическое давление теплоносителя, температуру теплоносите­ля и температуру воздуха.

Влияние указанного производителем максимально допустимого пе­репада давления теплоносителя между входом и выходом терморегуля­тора не должно превышать 1 °С между температурными точками S и S‘ На двух теоретических кривых закрывания bub’.

Влияние указанного производителем максимального рабочего дав­ления не должно превышать 1 °С между двумя кривыми закрывания b и Ь’, построенными при разных статических давлениях и одинаковых по­токах теплоносителя.

Смещение температурной настройки терморегулятора при увеличе­нии температуры теплоносителя на 30 °С не должно превышать 1,5 °С для терморегуляторов, объединенных в одном корпусе с датчиком температу­ры и 0,75 °С для терморегуляторов с передаточным звеном (рис. 4.3). Пол­ностью предотвратить данное влияние технически сложно, поскольку теплота от теплоносителя, труб, отопительного прибора передается к дат­чику теплопроводностью, конвекцией и излучением. Вследствие этого терморегулятор воспринимает температуру помещения завышенной, а на его температурной шкале указывают не конкретные значения настройки температуры воздуха в помещении, а метки (см. рис. 1.4).

Влияние температуры воздуха помещения на терморегулятор с пе­редаточным звеном не должно превышать 1,5 °С между кривыми откры­вания а та’, полученными при одинаковом расходе теплоносителя, но в первом случае при разных температурах датчика и передаточного меха­низма, а во втором — при одинаковых.

Терморегулятор, как и любой теплотехнический элемент, инерцио­нен. Период, затрачиваемый на регулирование потока теплоносителя при изменении температуры воздуха в помещении, называют временем запаздывания (постоянной времени) терморегулятора. Его значение не должно превышать 40 мин. Оно представляет промежуток времени от начала изменения температуры воздуха в помещении до момента прохождения затвором клапана 63 % пути, соответствующего этому из­менению температуры. Время запаздывания характеризует способность терморегулятора реагировать на избытки тепловой энергии в помеще­нии. Чем меньше это время, тем на большую часть избыточной тепло­вой энергии от сторонних источников теплоты будет снижена теплопе­редача отопительного прибора (тем больший энергосберегающий эффект). Этот процесс в системах отопления называют утилизацией теплоизбытка.

Долговечность и температурную устойчивость (стабильность) терморегулятора характеризуют количеством циклов проверки меха­нической прочности, температурной долговечности, устойчивости к температурным нагрузкам.

Механическую прочность определяют поворотом регулятора в разных направлениях не меньше 5000 раз. Смещение температурной настройки регулятора и изменение номинального расхода теплоноси­теля не должны превышать после тестирования соответственно 2 °С и 20 %.

Температурную долговечность проверяют изменением температуры вокруг регулятора с 15 °С на 25 °С не меньше 5000 раз. Смещение темпе­ратурной настройки регулятора не должно превышать после тестирова­ния соответственно 2 °С, а изменение номинального расхода — 20 %.

Стойкость к температурным нагрузкам проверяют в условиях бы­стро сменных температур с +50 °С на -20 °С, потом на +40 °С. Смеще­ние температурной настройки регулятора и изменение номинального расхода теплоносителя не должны превышать соответственно 1,5 °С и 20 %.

Наличие вышеприведенных тестирований подтверждает высокую стабильность работы терморегуляторов на протяжении длительного срока эксплуатации с заданной точностью, без самовольного смещения температурной настройки и ухудшения рабочих характеристик. Из вы­шесказанного следует, что к терморегулятору предъявляют комплекс требований, реализация которых обеспечивает тепловой комфорт в по­мещении и экономию энергоресурсов. Большинство рабочих характе­ристик не используют в проектных расчетах, но именно они характери­зуют конструктивное совершенство терморегуляторов, позволяют

Таблица 4.2. Рабочие характеристики терморегуляторов Характеристика Значение параметра по EN 215 4.1 Тип Терморегулятора Данфосс RTD-N 15 1 2 3 1. Сопротивляемость клапана на изгиб, Нм (Dv= 15) >120 500 2. Сопротивляемость регулятора вращательному моменту, Нм >8 15 3. Сопротивляемость регулятора изгибающему моменту, Н >250 825 4. Количество положений настройки 14 5. Поддерживаемая температура воздуха, °С: — Максимальная — Минимальная <32 >5; <12 21; 26; 28 6; 8 6. Гистерезис, °С <1 0,3… 0,4 7. Влияние увеличения перепада давления на 10 кПа, °С <0,2 <0Д 8. Влияние статического давления, °С/кПа <1/990 0,053/990 9. Разность между теоретической и действительной температурами закрытия и открытия терморегулятора, °С <0,8 0,2 10. Влияние на терморегулятор с передаточным звеном увеличения температуры окружающей среды на 10 °С, °С <1,5 0,26 11 .Влияние изменения температуры теплоносителя на 30 °С, °С: — Для терморегуляторов со встроенным датчиком температуры; — Для терморегуляторов с передающим звеном <1,5 <0,75 0,65 0,32 12 .Время запаздывания, мин <40 12…15 13 .Механическая прочность: — Количество циклов; — Смещение настройки, °С; — Изменение номинального расхода, % >5000 <2 <20 106 0,8 <20 14. Температурная долговечность: — Количество циклов; — Смещение настройки, °С; — Изменение номинального расхода, % >5000 <2 <20 5000 0,4 <20

Окончание таблицы 4.2 1 2 3 15. Устойчивость к температурной Нагрузке: — температурный цикл, С; +50—> +50—> —>-20—» —>-20—» —>+40 —>+40 — смещение настройки, °С; <1,5 <1,5 — изменение номинального расхода, % <20 <20 16. Сопротивляемость давлению, Течеустойчивость смонтированного Терморегулятора, МПа: — рабочее давление; 1,0 — испытательное (пробное) давление Выше на одну 1,6 Ступень рабочего Давления

Сравнить их при выборе проектных решений, оценить экономическую эффективность.

При технико-экономическом сравнении термостатических ре­гуляторов для систем обеспечения микроклимата проводят сопо­ставление их характеристик требованиям EN 215 ч. 1, приведенным в табл. 4.2. Для примера в таблице указаны характеристики термо­регулятора RTD-N, которые во многом превосходят приведенные требования, что обеспечивает его надежную работу в течение десятилетий.

Большинство рабочих характеристик, приведенных в табл. 4.2, указаны в [°С], что позволяет оценить экономичность выбранного терморегулятора как по каждой характеристике, так и в целом. При этом ориентировочно принимают энергозатраты на один градус пе­регрева помещения системой отопления равными 5…6 % от расходу­емой теплоты за отопительный период. Для систем кондиционирова­ния один градус переохлаждения помещения увеличивает энерго­потребление ориентировочно на 16 %. Стоимостные показатели яв­ляются приблизительными и требуют уточнения для конкретного здания.

4.2.3. Технические параметры

Производитель терморегуляторов при необходимости предоставля­ет такие характеристики:

• минимальное значение температурной настройки;

• максимальное допустимое статическое давление;

• максимальный допустимый перепад давлений;

• номинальный расход GN (номинальная пропускная способность кх)

• для терморегуляторов с предварительной настройкой:

А) значения предварительной настройки и соответствующие им характеристические расходы (характеристические пропуск­ные способности Kv );

Б) допустимые значения расходов для каждой предварительной настройки;

• максимально допустимую температуру теплоносителя, если она ниже 120 °С;

• диаграмму потерь давления АР в зависимости от расхода G (рис. 4.14):

AP=f(G),

Рис. 4.14. Зависимость потерь давления от расхода теплоносителя в терморегуляторе

По меньшей мере для двух зон пропорциональности 1К и 2 К при промежуточном положении температурной настройки регулято­ра. Для терморегуляторов с предварительной настройкой — для каждой настройки. Кроме того, предоставляется зависимость по­терь давления на терморегуляторе от расхода теплоносителя без учета потерь давления в регулирующем сечении (при максимально

Поднятом положении затвора клапана — шах). Ее определяют из­мерением максимального расхода теплоносителя (для терморе­гуляторов без предварительной настройки соответственно пара­метра A"l v; для терморегуляторов с предварительной настройкой — путем ограничения хода штока или ограничения при помощи дрос­селя соответственно параметра Kvs, где І — значение настройки);

• применение защитного колпачка;

• значение внутреннего авторитета а,, регулирующего сечения при номинальном или характеристическом расходе для терморегуля­торов с предварительной настройкой.

Posted in ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ