Особенности и устройство элеваторного узла системы отопления

Что это такое

Функции

Говоря несложными словами, элеваторные узлы отопления — это необычные буферы между домовыми и теплотрассой инженерными системами.

Они совмещают пара функций:

• Преобразуют перепад давлений между нитками автострады (3-4 атмосферы) в нужные для работы отопительного контура 0,2.
• Помогают для запуска либо горячего систем водоснабжения и остановки отопления.
• Разрешают переключаться между различными режимами работы системы ГВС.

Элементы

Несложная схема элеваторного узла отопления включает:

1. Несколько входных задвижек на подающей и обратной нитках. Подача неизменно расположена выше обратки.
2. Несколько домовых задвижек, отсекающих элеваторный узел от системы отопления.
3. Грязевики на подаче и, реже, на обратке.

1. Сбросники в контуре отопления, разрешающие всецело осушить его либо перепустить систему на сброс, выгнав из нее при запуске значительную часть воздуха. Сбросы считается хорошим тоном выводить в канализацию.
2. Контрольные вентиля, разрешающие замерить давления и температуры подачи, обратки и смеси.
3. Наконец, фактически водоструйный элеватор — снабженный фланцами тройник для труб с соплом в.

Как работает элеваторная система отопления? В базе принципа ее работы лежит закон Бернулли, утверждающий, что статическое давление в потоке обратно пропорционально его скорости.

Более тёплая и находящаяся под более большим давлением вода из подающего трубопровода впрыскивается через сопло в раструб элеватора и формирует там, как ни парадоксально это звучит, территорию разрежения, вовлекающую через подсос часть воды из обратного трубопровода в повторный цикл циркуляции.

Тем самым обеспечиваются:

• Громадной расход теплоносителя через контур при минимальном его расходе из автострады.
• Выравнивание температур ближних к элеватору и дальних от него отопительных устройств.

Как распределяются давления, измеренные на протяжении отопительного сезона? Приведем обычные параметры.

Температуры в автостраде и по окончании элеватора подчиняются так именуемому температурному графику, определяющим причиной в котором есть уличная температура. Большое значение для подающей нитки автострады — 150 градусов: при предстоящем нагреве вода закипит, не обращая внимания на избыточное давление. Большая температура смеси — 95 С для двухтрубных и 105 для однотрубных систем.

Кроме перечисленных элементов, элеватор системы отопления может включать врезки тёплого водоснабжения.

Вероятны две их главных конфигурации.

1. В зданиях, выстроенных до конца 70-х годов, ГВС запитано через одну врезку в подачу и одну — в обратку.
2. В более новых зданиях присутствует по две врезки на каждой нитке. На фланце для соединения труб между врезками ставится подпорная шайба с диаметром на 1-2 мм больше, чем диаметр сопла. Она снабжает перепад, достаточный чтобы при включении ГВС по схемам «из подачи в подачу» и «из обратки в обратку» через спаренные стояки и полотенцесушители непрерывно циркулировала вода.

Основные недостатки

Невзирая на то, что элеваторный узел имеет множество достоинств, у него существует и один значительный недостаток. Просто в схеме элеватора не предусмотрена возможность регулировки температуры выходящего теплового носителя.

Если показатели температуры воды в обратном контуре указывают на то, что она очень горячая, то нужно будет ее снизить. Решить эту задачу можно лишь с помощью уменьшения размера сопла, но это можно не всегда выполнить ввиду особенности конструкции оборудования.

В некоторых случаях отопительный узел оснащают электрическим приводом, благодаря которому можно откорректировать размер сопла. Он передвигает главный элемент конструкции — дроссельную конусную иголку. Эта игла передвигается на определенное расстояние в отверстие внутри сопла. Глубина передвижения дает возможность менять диаметр сопла и этим регулировать температуру теплового носителя.

На валу можно установить как ручной привод в форме рукояти, так и дистанционно управляемый электродвигатель.

Возможные неисправности и ремонт

Невзирая на надежность оборудования, в некоторых случаях элеваторный отопительный узел может давать сбои. Горячий теплоноситель и повышенное давление быстро находят уязвимые участки и провоцируют выход из строя этого устройства. Это неизбежно происходит, если отдельные элементы имеют некачественную сборку, расчет размера сопла произведен неправильно, а также из-за появления засоров.

Шум в отопительном трубопроводе. Элеваторный узел отопления во время своей работы может создавать шум. Если это отмечается, это значит, на выходе сопла во время эксплуатации появились неровности или трещины.

Причина образования этих дефектов заключается в перекосах сопла, которые вызваны подачей горячей воды под высоким давлением. Это может случиться, если чрезмерный напор не дросселируется расходным регулятором.

Неверный температурный режим

Качественную работу отопительного элеватора можно поставить под сомнение, если температура на входном и выходном контуре значительно отличается от температурного графика. Вероятней всего, причиной для этого является завышенный размер сопла.

Неправильный расход теплоносителя

Неисправный дроссель может привести к изменению расхода теплоносителя в отличие от проектного показателя.

Это нарушение можно с легкостью определить за счет изменения температуры в подающей и обратной трубе. Проблему можно решить с помощью ремонта расходного регулятора.

Неисправные части узла

Если схема подключения системы отопления к наружной магистрали независима, то причину некачественной работы элеватора могут вызвать неисправные водонагревательные элементы, циркуляционные насосы, защитная и запорная арматура, различные утечки в оборудовании и трубах, выход из строя регуляторов.

К главным причинам, которые негативно влияют на принцип работы и схему насосного оборудования, относится разрушение эластичных мембран в соединениях валов электрического двигателя и насоса, износ подшипников и выход из строя посадочных участков под них, появление трещин и неровностей на корпусе, протекание сальников. Все вышеперечисленные поломки можно устранить только с помощью ремонта.

Засоры и загрязнения

Засоры являются одной из самых частых причин некачественного теплоснабжения. Их появление обусловлено попаданием грязи в отопительную систему, если грязевые фильтры не справляются со своей задачей. Увеличить проблему могут и наросты коррозий внутри трубопровода.

Уровень загрязнения фильтров можно узнать по данным манометров, которые установлены возле фильтра и за ним. Сильный перепад давления сможет подтвердить или опровергнуть предположение об уровне загрязненности. Для очистки фильтров необходимо вывести грязь через спускные клапаны, которые находятся внизу корпуса.

Любые замечания, которые не влияют на работу системы отопления, в непременном порядке должны быть зарегистрированы в специальной документации, ее необходимо включить в план капитальных или текущих работ по ремонту оборудования. Устранение неисправностей необходимо производить в летнее время перед сезоном отопления.

Что такое элеваторный узел?

Элеваторный или тепловой узел – это приспособление, одновременно выполняющее функции инжекционного насоса. Главное предназначение такой конструкции заключается в повышении давления в отопительных сетях и увеличении прокачки и объема теплового носителя в магистрали.

Элеватор отопления позволяет транспортировать по магистрали теплоноситель с температурой +150°С, что повышает энергоэффективность системы отопления. Если сравнить теплоотдачу определенного объема жидкости с температурой +90°С с таким же объемом жидкости с температурой 150 градусов, то количество транспортируемой тепловой энергии во втором случае будет значительно больше.

Описывая элеваторный узел системы отопления и что это такое, стоит отметить, что такие устройства позволяют быстро перемещать по магистрали теплоноситель с температурой выше точки кипения без преобразования жидкости в пар. Это достигается благодаря тому, что в сети постоянно поддерживается высокое давление.

Схема и принцип работы

Схема элеваторного узла отопления довольно простая. Внешне конструкция напоминает громоздкий тройник из металлических труб, каждая из которых на конце имеет соединительный фланец.

Типовая схема элеваторного узла отопления выглядит следующим образом:

• Левый патрубок напоминает сопло, которое сужается до необходимого расчетного диаметра.
• После него следует цилиндр камеры смешивания.
• Снизу находится патрубок для присоединения обратного трубопровода.
• С правой стороны есть еще один патрубок. Это специальный диффузор с расширением, направляющий нагретый теплоноситель в отопительную систему.

Рассмотрев устройство элеватора теплового узла, стоит разобраться в его подключении. К левому патрубку подключается подающая магистраль отопительной централизованной сети. К нижнему патрубку подключается трубопровод с обраткой. С двух сторон устанавливаются отсекающие задвижки и сетчатые фильтры грубой очистки.

Важно! Конструкция теплового узла обязательно дополняется датчиками температуры, манометрами и тепловыми счетчиками. Если рассматривать тепловой узел в многоквартирном доме, принцип работы устройства заключается в следующем:

Если рассматривать тепловой узел в многоквартирном доме, принцип работы устройства заключается в следующем:

• При прохождении теплоносителя через патрубок с соплом его скорость увеличивается за счет повышенного давления жидкости в магистрали. Это позволяет добиться эффекта инжекционного насоса. Благодаря соплу обеспечивается более эффективная циркуляция жидкости в трубопроводах.
• При попадании воды в смесительную камеру напор уменьшается. При прохождении струи через диффузор в камере смешивания среда разрежается. Благодаря эффекту инжекции жидкость с большим давлением увлекает за собой воду из обратной магистрали.
• Охлажденные и нагретые потоки перемешиваются в камере элеватора. В итоге при выходе из диффузора теплоноситель имеет температуру в пределах 95 градусов.

Важно! Для эффективной работы элеваторного узла разница давлений в подающей и обратной магистрали должна быть в определенных пределах, чтобы преодолевать гидравлическое сопротивление жидкости

Плюсы и минусы теплового узла

Элеваторный узел системы отопления имеет следующие преимущества:

• Приемлемая стоимость и простота конструкции делают элеватор востребованным, несмотря на его внушительный «возраст».
• Это энергонезависимое устройство не нуждается в электроснабжении для работы.
• Благодаря наличию элеватора отопления сечение магистрального трубопровода можно сделать меньше, что позволяет сэкономить на его устройстве.

Минусы этого приспособления заключаются в невозможности регулировки температуры теплоносителя. Однако этот недостаток можно нивелировать использованием приборов для регулировки диаметра сопла. В таком случае контроль над температурой осуществляется управлением скоростью потока, что сказывается на степени разрежения в смесительной камере.

Схемы подключения

Элеваторный узел может быть использован в системах с различными специфическими особенностями — однотрубных, автономных или иных линиях теплоснабжения. Принципы подачи теплоносителя, параметры потока не всегда позволяют обеспечить неизменный и стабильный результат на выходе. Для организации нормального теплоснабжения квартир или корректировки параметров потока, поступающего из магистральной сети, используются различные схемы подключения элеваторных узлов. Все они нуждаются в наличии дополнительного оборудования, иногда в достаточно больших объёмах, но результат, который достигается вследствие этого, компенсирует понесённые расходы. Рассмотрим существующие схемы подключения:

С регулятором расхода воды

Расход воды является основным фактором, делающим возможной регулировку режима обогрева помещений. Изменения расхода вызывают колебания температуры в жилых комнатах, что недопустимо. Вопрос решается установкой перед узлом смешивания регулятора, обеспечивающего постоянный расход воды и стабилизирующего тепловой режим.

Схема элеваторного узла смешения с регулятором расходом: 1 — подающая линия тепловой сети; 2 — обратная линия тепловой сети; 3 — элеватор; 4 — регулятор расхода; 5 — местная система отопления

Особенно важным такое решение становится в однотрубных системах, где имеется нагрузка в виде ГВС, дестабилизирующая расход горячей воды и создающая существенные колебания во время активного водоразбора (утренние и вечерние часы, праздничные и выходные дни). При этом данная схема не способна исправить ситуацию при изменениях температуры теплоносителя в магистральной линии, что является её недостатком, хоть и не слишком существенным. Падение температуры теплоносителя в питающих трубопроводах означает аварию на ТЭЦ или ином пункте нагрева, а это случается редко.

С регулирующим соплом

Схема подключения элеваторного узла с возможностью регулировки пропускной способности сопла позволяет оперативно реагировать на изменения параметров теплоносителя в магистральной линии.

Схема элеваторного узла с регулирующей иглой: 1 — подающая линия тепловой сети; 2 — обратная линия тепловой сети; 3 — элеватор; 5 — местная система отопления ; 6 — регулятор с иглой, вдвигаемой в сопло элеватора

При этом ручная регулировка малоэффективна, поскольку для этого надо постоянно подходить к элеватору, который обычно расположен в подвальном помещении. Наибольшая эффективность системы с регулируемым соплом достигается при полной автоматизации процесса, с использованием датчиков температуры и давления, подающих сигнал на сервопривод элеватора. Такая схема позволяет получить дополнительные возможности при настройке режима работы, но необходимость в ней возникает не всегда, а только в перегруженных или нестабильных системах с возможными колебаниями температуры теплоносителя.

Схема элеваторного узла с использованием датчиков температуры и давления, подающих сигнал на сервопривод элеватора

К недостаткам подобных схем принято относить необходимость изначально обеспечить высокое давление в системе, так как регулировка возможна лишь в пределах параметров потока в магистрали. Кроме того, нагрузки на механику, в частности — на сопло и иглу, создают необходимость постоянного наблюдения и своевременной замены элементов, вышедших из строя.

С регулирующим насосом

Подобные схемы используются при отсутствии достаточного для функционирования элеватора давления в питающих трубопроводах.

Схема элеваторного узла с корректирующим насосом: 1 — подающая линия тепловой сети; 2 — обратная линия тепловой сети; 3 — элеватор; 4 — регулятор расхода; 5 — местная система отопления ; 7 — регулятор температуры; 8 — смесительный насос

Увеличение давления делает возможным применение элеваторного узла в автономных тепловых сетях частного дома, позволяет обеспечить циркуляцию теплоносителя при исчезновении давления в магистрали. Насос устанавливается перед элеватором или на перемычке между прямым и обратным трубопроводами перед входом в элеватор. Для обеспечения нормального режима работы в дополнение к насосу требуется использовать регулятор температуры, а также необходимо подключение электропитания.

Для чего служит элеваторный узел

Вот мы и подошли к вопросу о том, для чего нужны элеваторы в системе отопления?

Эти приборы предназначены для того, чтобы понизить температуру подводимой воды до необходимой. И уже охлажденная она подается в систему отопления квартир. То есть, в элеваторе происходит охлаждение теплоносителя. Каким образом?

Все достаточно просто. Это устройство состоит из камеры, где происходит смешение горячей перегретой воды и воды, поступающей из обратного контура отопительной системы. То есть, смешиваются теплоноситель из котельной с теплоносителем из обратки этого же дома. Так можно, не забирая много горячей воды, получить нужный объем теплоносителя необходимой температуры.

Теряем ли мы температуру? Да, теряем, и здесь нельзя отрицать очевидное. Но теплоноситель подается через сопло, которое намного меньше диаметра трубы, поставляющей в дом горячую воду. Скорость в этом сопле настолько большая за счет давления внутри трубопровода, что теплоноситель очень быстро распределяется по всем стоякам. Поэтому независимо от того, где расположена квартира, близко или далеко от распределительного узла, температура в отопительных приборах будет одинаковой. Равномерное распределение, таким образом, обеспечивается на все 100%.

А знаете, что иногда делают сантехники-всезнайки? Они убирают сопло и устанавливают металлические заслонки, тем самым стараясь регулировать вручную скорость подачи теплоносителя. Хорошо, если устанавливают. А в некоторых домах заслонки вообще отсутствуют, и тогда начинаются проблемы.

В квартирах, расположенных ближе к элеваторному узлу, будет климат Африки. Здесь даже в самые лютые морозы всегда открыты форточки. А в дальних квартирах, особенно угловых, люди ходят в валенках и включают электрические отопительные приборы или газовую плитку. Они ругают все на свете, не подозревая, что в этом виноваты компании, обслуживающие их дом. Вот вам результат незнания и простой некомпетентности.

Как же работает элеватор?

Принцип работы элеваторного узла

Принцип работы теплового элеваторного узла и водоструйного элеватора. В предыдущей статье мы с вами выяснили основное назначение теплового элеваторного узла и особенности эксплуатации, водоструйных или как их еще называют инжекционных элеваторов. Вкратце — основное назначение элеватора понижение температуры воды и одновременно увеличение объема прокачиваемой воды во внутренней системе отопления жилого дома.

Теперь разберем, как же все-таки работает водоструйный элеватор и за счет чего он увеличивает прокачку теплоносителя через батареи в квартире.

Теплоноситель поступает в дом с температурой соответствующей температурному графику работы котельной. Температурный график это соотношение между температурой на улице и температурой, которую котельная или ТЭЦ должны подать в теплосеть, и соответственно с небольшими потерями к вашему тепловому пункту (вода, двигаясь по трубам на большие расстояния, немного остывает). Чем холоднее на улице, тем большую температуру выдает котельная.

Например, при температурном графике 130/70:

• при +8 градусах на улице в подающем трубопроводе отопления должно быть 42 градуса;
• при 0 градусов 76 градусов;
• при -22 градуса 115 градусов;

Если кого-то интересуют более подробные цифры, можете скачать температурные графики для различных систем отопления здесь .

Но вернемся к принципу и схеме работы нашего теплового элеваторного узла.

Пройдя входные задвижки, грязевики или сетчато-магнитные фильтра, вода поступает непосредственно в смешивающее элеваторное устройство — элеватор. который состоит из стального корпуса, внутри которого находится смешивающая камера и сужающее устройство (сопло).

Перегретая вода выходит из сопла в смешивающую камеру с большой скоростью. В результате в камере за струей создается разрежение за счет чего и происходит подсасывание или инжекция воды из обратного трубопровода. За счет изменения диаметра отверстия в сопле можно в определенных пределах регулировать расход воды и соответственно температуру воды на выходе из элеватора.

Элеватор теплового узла работает одновременно как циркуляционный насос и как смеситель. При этом он не потребляет электрическую энергию. а использует перепад давления перед элеватором или как еще принято говорить располагаемый напор в тепловой сети.

Для эффективно работы элеватора необходимо, что бы располагаемый напор в теплосети соотносился к сопротивлению системы отопления не хуже чем 7 к 1 . Если сопротивление системы отопления стандартной пятиэтажки 1м или это 0,1 кгс/см2 то для нормальной работы элеваторного узла необходим располагаемый напор в системе отопления до ИТП не менее 7 м или 0,7 кгс/см2.

Для примера если в подающем трубопроводе 5 кгс/см2 то в обратном не более 4,3 кгс/см2.

Обратите внимание на то, что на выходе элеватора давление в подающем трубопроводе не намного больше давления в обратном трубопроводе и это нормально, 0,1 кгс/см2 по манометрам заметить довольно сложно, качество современных манометров к сожалению на очень низком уровне, но это уже тема для отдельной статьи. А вот если у вас разница давлений после элеватора больше 0,3 кгс/см2 следует насторожиться, или у вас система отопления сильно забита грязью, или при капитальном ремонте вам очень сильно занизили диаметры разводящих труб. Выше сказанное не относится к схемам с терморегуляторами типа «Danfoss» на батареях и стояках, с ними работают только схемы смешения с применением регулирующих клапанов и смесительных насосов

Кстати и применение данных регуляторов тоже в большинстве случаев весьма спорно, поскольку на большинстве отечественных котельных применяется именно качественное регулирование по температурному графику. Вообще массовое внедрение автоматических регуляторов фирмы «Danfoss» стало возможным только благодаря хорошей маркетинговой компании. Ведь «перетоп» у нас явление очень редкое, обычно мы все тепло недополучаем

Выше сказанное не относится к схемам с терморегуляторами типа «Danfoss» на батареях и стояках, с ними работают только схемы смешения с применением регулирующих клапанов и смесительных насосов. Кстати и применение данных регуляторов тоже в большинстве случаев весьма спорно, поскольку на большинстве отечественных котельных применяется именно качественное регулирование по температурному графику. Вообще массовое внедрение автоматических регуляторов фирмы «Danfoss» стало возможным только благодаря хорошей маркетинговой компании. Ведь «перетоп» у нас явление очень редкое, обычно мы все тепло недополучаем.

Как работает тепловой пункт с элеваторным узлом смешения

Элеваторные узлы смешения устанавливают в тепловых пунктах зданий, которые подключены к тепловой сети работающей в режиме с качественным регулированием на «перегретой» воде.

Качественное регулирование предполагает изменение температуры воды поступающей в систему отопления в зависимости от температуры наружного воздуха, при постоянном расходе воды циркулирующей в ней.

«Перегретой» вода считается, если она поступает из тепловой сети с температурой, превышающей необходимую для подачи в систему отопления.

Например, тепловая сеть может работать по графику 150/70, 130/70 или 110/70, а система отопления рассчитана на график 95/70. Температурный график 150/70 предполагает, что при расчётной температуре наружного воздуха (для Киева это -22°С) температура на вводе тепловых сетей в дом должна быть равной 150°C, а уйти в тепловую сеть должна с температурой 70°C, при этом в дом рассчитанный на график 95/70 эта вода должна попасть с температурой 95°C.

Элеваторный узел смешивает поток воды из подачи тепловой сети с температурой 150°C и поток воды вышедший из системы отопления с температурой 70°C, — в результате смешения на выходе из элеватора получается поток с температурой 95°C, который подаётся в систему отопления.

Как происходит смешение

В камере смешения элеваторного узла расположен конфузор «сопло / конус» разгоняющий поток перегретой воды. При повышении скорости потока давление в нём понижается (это свойство описано законом Бернулли) на столько, что становится несколько ниже давления в обратном трубопроводе. Разница давлений между камерой смешения и обратным трубопроводом приводит к перетеканию теплоносителя через перемычку «сапог элеватора» из обрата в подачу.

В камере смешения образуется смесь двух потоков с уже требуемой температурой, но давлением ниже давления обратного трубопровода. Смесь поступает в диффузор элеватора, в котором скорость потока понижается, а давление повышается над давлением обратного трубопровода. Повышение давления составляет не более 1,5 м.вод.ст, что и накладывает на элеваторные узлы ограничения в применении для систем отопления с высоким гидравлическим сопротивлением.

1 Дешёвый и простой

2 Не требует обслуживания

3 Не зависит от электрической сети

Недостатки элеваторных узлов смешения

1 Не совместим с автоматическими регуляторами, поэтому нормативно запрещена их совместная установка.

2 Создаёт располагаемый напор на вводе в систему отопления не более 1,5м.вод.ст., что исключает установку элеваторных тепловых пунктов в зданиях системы отопления которых оборудованы радиаторными термостатическими клапанами.

3 Элеваторный узел обладает постоянным коэффициентом смешения, что не позволяет подать в систему отопления теплоноситель необходимой температуры, при недогреве в тепловой сети.

4 Слишком высокая чувствительность к располагаемому напору на вводе тепловой сети. Снижение располагаемого напора относительно расчётного значения ведёт к снижению объёмного расхода воды циркулирующего в системе отопления, что в свою очередь приводит к разбалансировке системы и останове дальних стояков/ветвей.

5 Для работы элеватора разница давлений между подающим и обратным трубопроводом должна превышать 15 м.вод.ст.

Где установлены тепловые пункты с элеваторными узлами?

Практически все системы отопления введённые в эксплуатацию до 2000 года оборудованы тепловыми пунктами с элеваторными узлами.

Где можно применять элеваторные ИТП?

В настоящее время для всех проектируемых и реконструируемых жилых и административных зданий, обязательно применение автоматического регулирования в тепловом пункте. Применение же элеваторных узлов совместно с автоматическими регуляторами запрещено нормативно.

Элеваторные узлы могут устанавливаться лишь на объектах где нет необходимости в автоматическом управлении системой отопления, располагаемый напор (разница давлений между подающим и обратным трубопроводом) на вводе стабилен и превышает 15 м.вод.ст, для работы подключённой системы отопления достаточно перепада давлений между подачей и обратом в 1,5м.вод.ст, а система отопления работает с постоянным расходом и не оборудована автоматическими регуляторами.