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
|
Окончание таблицы 4.2
|
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.
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