Гідравлічне балансування та регулювання систем опалення

Від реалізованих в системі опалення методів регулювання напряму залежить її енергоефективна робота, забезпечення комфортних умов у кожному опалюваному приміщенні та можливість додаткової економії теплової енергії кожним користувачем. Це твердження слід сприймати як аксіому.

Але що мають на увазі пересічні користувачі, коли чують про «регулювання системи опалення»? Для більшості – це можливість крутити кран ручного регулювання або, в кращому випадку, змінювати температурне налаштування термостатичної головки на опалювальному приладі. Для де-кого – це можливість зміни температури теплоносія, що подається в систему від котельного обладнання. Для одиниць – це автоматичне погодозалежне регулювання температури теплоносія на джерелі тепла одночасно з автоматичним підтриманням заданої температури повітря в кожному приміщені.

Так воно і є насправді – якщо говорити про це на технічній мові, то є три основні методи регулювання систем опалення:

• якісне – зміна температури теплоносія залежно від температури зовнішнього повітря;
• кількісне – зміна витрати теплоносія в кожному опалювальному приладі залежно від його необхідної потужності в даний момент часу;
• якісно-кількісне – симбіоз двох описаних вище методів.

Саме якісно-кількісне регулювання є найбільш ефективним методом, який дозволяє не лише забезпечити комфорт в усіх приміщеннях, але й значно зменшити витрати на їх опалення. Слід зазначити, що в державних будівельних нормах чітко вказано, що приєднання систем водяного опалення будівлі слід здійснювати з автоматичним регулюванням теплового потоку, залежним від погодних умов, а проєктувати їх слід зі змінним гідравлічним режимом – з обов’язковим оснащенням кожного опалювального приладу автоматичним регулятором температури повітря приміщення. Тобто реалізація якісно-кількісного регулювання в Україні є обов’язковою відповідно до діючих норм. Це стосується як нового будівництва, так і реконструкції, термомодернізації, капітального ремонту та технічного переоснащення існуючих систем опалення.

На жаль, у більшості будинків, що входять до житлового фонду України, реалізоване лише якісне регулювання в індивідуальному тепловому пункті чи на джерелі тепла (наприклад, в ТЕЦ). Саме тому ці будинки потребують найскорішої термомодернізації, під час якої елеваторний вузол слід замінити на ІТП, у кожного опалювального приладу слід встановити автоматичні регулятори температури повітря в приміщенні та провести обов’язкове гідравлічне балансування стояків/приладових віток.

Додаткову увагу слід приділити гідравлічному балансуванню системи опалення, яке завжди є одним з найважливіших етапів забезпечення її ефективної роботи.

Спочатку слід визначитися з поняттям – що таке «гідравлічне балансування»?

Досить часто відповідь на це питання значно спрощують, через що втрачається справжній сенс цього поняття і виникає багато зайвих суперечок. Якщо для Вас гідравлічне балансування – це лише процес наладки системи опалення, який забезпечує розподіл теплоносія між усіма опалювальними приладами відповідно до їх потужності, то… Ви застрягли у минулому сторіччі. Наведене визначення описує гідравлічну ув’язку системи опалення, що притаманна системам зі сталою витратою, в яких реалізовано лише якісне регулювання. За відсутності гідравлічної ув’язки, до найближчих до джерела тепла стояків (приладових віток) надходить надлишкова кількість теплоносія, через що у найвіддаленіших – спостерігається суттєве зниження витрати. На жаль, саме таку ситуацію можна побачити у переважній більшості систем опалення в Україні. Для її виправлення раніше використовували додаткові гідравлічні опори з прорахованим прохідним отвором – дросельні шайби, на зміну яким пізніше прийшли ручні балансувальні клапани, що виконують ту ж саму функцію.

Дехто досі вважає використання ручних балансувальних клапанів достатнім для забезпечення оптимального розподілення теплоносія між стояками/приладовими вітками, аналізуючи роботу системи лише за умови максимального навантаження і нехтуючи явними недоліками такого рішення, основними з яких можна назвати потребу в кропіткій і трудомісткій наладці обладнання та зміну фактичної витрати теплоносія внаслідок роботи радіаторних терморегуляторів під час кількісного регулювання і при зміні природного (гравітаційного) тиску, яка наявна при якісному регулюванні.

Проте вказаних недоліків для західноєвропейських фахівців більше ніж достатньо, щоб вважати системи зі статичним балансуванням «неефективними і такими, що непродуктивно витрачають теплову енергію», навіть за умови реалізації в них якісно-кількісного регулювання.

Безумовно, при проєктуванні систем опалення обов’язково прораховують налаштування всієї запірно-регулювальної арматури, якою ув’язані циркуляційні кільця системи опалення. Необхідні значення налаштувань визначають гідравлічним розрахунком за допомогою графічних комп’ютерних програм, обов’язково вказують у проєктній документації та виставляють при налагодженні системи. Тобто гідравлічна ув’язка, яка забезпечує циркуляцію розрахункової кількості теплоносія в кожному циркуляційному кільці при максимальному навантаженні, реалізується обов’язково.

Але чи достатньо цього для забезпечення ефективної роботи системи опалення зі змінним гідравлічним режимом за умов часткового навантаження? Відповідь на це питання залежить від того, яку саме запірно-регулювальну арматуру застосував проєктувальник при конструюванні та розрахунку системи.

Для прикладу візьмемо двотрубні системи опалення:

• якщо коректно обрані відповідні автоматичні балансувальні клапани (регулятори перепаду тиску з клапанами-супутниками), які встановлені на стояки чи приладові вітки з сумарною кількістю опалювальних приладів не більше восьми, а кожен опалювальний прилад обладнаний терморегулятором з клапаном, що має функцією попереднього налаштування, то відповідь буде: «Так – достатньо!»
• якщо балансувальні клапани не встановлені взагалі, але кожен опалювальний прилад обладнаний терморегулятором з динамічним клапаном (з функцією автоматичного регулювання перепаду тиску і обмеження витрати теплоносія), то відповідь буде: «Достатньо, але за умови, що перепад тиску на цих клапанах терморегуляторів в усіх режимах експлуатації не перевищить 60 кПа»
• якщо ж застосовані ручні балансувальні клапани, навіть при наявності функції попереднього налаштування у клапанів терморегуляторів, то відповідь буде: «Безперечно ні!» (виключенням можуть бути лише невеличкі системи опалення одноквартирних житлових будинків).

Справа в тому, що при частковому навантаженні загальна витрата теплоносія в системі суттєво знижується і, як наслідок, значно зменшуються втрати тиску в трубах, місцевих опорах, ручних балансувальних клапанах та інших елементах системи. Це приводить до появи в системі надмірного («зайвого») тиску, який є причиною перетоків теплоносія між стояками, приладовими вітками та опалювальними приладами і може призвести до утворення шуму на терморегуляторах.

Тому нормованим є саме автоматичне балансування систем опалення. При частковому навантаженні регулятори перепаду тиску, на відміну від ручних балансувальних клапанів, усувають негативний вплив надлишкового тиску, стабілізуючи розрахунковий перепад тиску на вводі кожного стояку чи приладової (квартирної) вітки, незалежно від підвищення перепаду тиску в системі опалення.

Також стабілізація перепад тиску на рівні розрахункового значення є основою для обмеження максимальної витрати теплоносія на кожному опалювальному приладі, шляхом встановлення необхідної площі прохідного отвору клапанів терморегуляторів при їх налаштуванні.

Саме комбінація стабілізації перепаду тиску і встановлення фіксованої площі прохідного отвору регулювальних клапанів дозволяє не лише виконати точну гідравлічну ув’язку циркуляційних кілець, але й забезпечити оптимальні умови роботи радіаторних терморегуляторів при частковому навантаженні, унеможливлюючи перетоки теплоносія між стояками/приладовими вітками.

Аналогічно проводять гідравлічне балансування контурів теплої підлоги при застосуванні розгалуженої системи панельно-променевого опалення: перед розподільником стабілізують перепад тиску за допомогою регулятора, а на кожному контурі обмежують максимальну витрату за допомогою витратомірів або регулювальних клапанів (в залежності від конструктивних особливостей розподільника).

Отже, для забезпечення енергоефективної роботи двотрубних систем радіаторного опалення із змінним гідравлічним режимом слід передбачити динамічне гідравлічне балансування:

• за допомогою автоматичних балансувальних клапанів – регуляторів перепаду тиску на стояку/приладовій вітці при одночасному обмеженні максимальної витрати теплоносія через кожен опалювальний прилад за допомогою клапанів терморегуляторів з функцією попереднього налаштування пропускної здатності;
• за допомогою клапанів терморегуляторів з функцією автоматичного регулювання перепаду тиску і обмеження витрати теплоносія на кожному опалювальному приладі системи.