Принцип работы элеваторного узла в системе отопления

Принцип работы схемы теплового узла

Рассмотрим принципиальную схему элеваторного узла – то есть схему его работы:

• горячий теплоноситель подается из котельной по магистральному трубопроводу к входу в сопло;
• перемещаясь по трубам небольшого сечения, вода постепенно набирает скорость;
• при этом образуется несколько разряженная область;
• образовавшийся вакуум начинает подсос воды из обратки;
• однородные турбулентные потоки сквозь диффузор поступают к выходу.

Если в системе отопления применяется схема теплового узла многоквартирного дома, то ее эффективную работу можно обеспечить только при условии, что рабочее давление между подающим и обратным потоками будет больше расчетного гидросопротивления.

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.

5 Основные неполадки

Одной из ключевых причин повреждения элеваторного узла является большое скопление мусора в трубопроводах. Зачастую этим мусором является грязь и твердые частички в воде. При резком снижении давления в отопительной системе чуть дальше грязевика нужно провести очистку этого резервуара. Грязь сбрасывают с помощью спускных каналов, после чего обслуживают сетки и внутренние поверхности конструкции.

При скачках давления необходимо проверить систему на наличие коррозийных процессов или мусора. Также проблему может вызывать разрушение сопла, в результате чего уровень давления станет слишком высоким.

Еще в работе элеваторных узлов встречаются такие явления, при которых давление начинает расти невероятными темпами, а манометры до и после грязевика отображают одинаковое значение. Если это так, необходимо провести комплексную очистку грязевика обратного контура. Для этого следует открыть краны, очистить сетку и избавиться от всех загрязнений внутри.

Если размеры сопла изменились из-за коррозийных процессов, возможно, произошло вертикальное разрегулирование отопительного контура. В таком случае нижние радиаторы будут прогреваться достаточно хорошо, а верхние останутся холодными. Для устранения неисправности нужно заменить сопло.

Схема элеваторного узла системы отопления

Самостоятельная работа элеватора невозможна. В состав элеваторного узла входят различные элементы:

• Задвижки (в последнее время на смену приходят шаровые краны, более удобные и надёжные в эксплуатации).
• Грязевики.
• Манометры.
• Термометры.
• Соединительные элементы (фланцы или переходники).

Принципиальную схему элеваторного узла можно рассмотреть на рисунке:

Элеваторный узел в системе отопления: 1- запорная арматура (задвижка); 2 — грязевик; 3 — элеватор водоструйный; 4 — манометр; 5 — термометр

Основными элементами являются задвижки, позволяющие регулировать параметры прямого и обратного потока. Грязевики — это устройства, отделяющие механические включения в виде мелкого мусора или грязи. Они подлежат периодической очистке, заполнение грязевиков опасно и может вывести из строя элементы, расположенные далее по пути следования потока. Остальные элементы — манометры и термометры — являются контрольными и позволяют вести наблюдение за текущим режимом системы отопления.

Принцип работы

Рассматривая схему элеватора отопления нельзя не отметить схожесть готового оборудования с водными насосами. Причем для работы не нужно получение энергии из других систем.

По внешнему виду основная часть устройства напоминает гидравлический тройник, который установлен на обратном контуре отопительной системы. Через обычный тройник тепловой носитель спокойно бы проходил в обратку, минуя батареи. Эта схема теплового узла являлась бы нецелесообразной.

В стандартной схеме отопительного элеватора находятся следующие элементы:

1. Предварительная камера и труба подачи теплового носителя с установленным в конце соплом определенного диаметра. Через него циркулирует вода из обратного контура.
2. На выходе установлен диффузор, который предназначен для подачи теплоносителя пользователям.

Регулирование системы отопления может производиться как в ручную так и с помощью техники

Выбор схемы отопительного узла с электрическим приводом делается с учетом того, чтобы была возможность менять коэффициент смешения теплового носителя в диапазоне 3-6 ед. Это невозможно выполнить в элеваторах, где не меняется сечение сопла

Таким образом, узлы с регулируемым соплом позволяют значительно снизить затраты на отопление, что немаловажно для многоэтажных домов с центральными счетчиками

Схема теплоузла

Если в системе отопления используется схема теплоузла многоквартирного дома, то ее качественную работу можно организовать лишь при условии, что рабочее давление между обраткой и подающим контуром будет выше расчетного гидравлического сопротивления.

Схема работы элеватора в тепловом узле следующая:

• горячий тепловой носитель подается по центральному трубопроводу в сопло;
• циркулируя по трубам небольшого диаметра, теплоноситель начинает увеличивать скорость;
• причем появляется разряженная зона;
• появившийся вакуум «подсасывает» воду из обратного контура;
• турбулентные водяные потоки через диффузор переходят к выходу.

Расчет и подбор элеватора по номеру

Сразу уточним порядок действий: первым делом рассчитывается диаметр смешивающей камеры и выбирается подходящий номер элеватора, затем определяется размер рабочего сопла. Диаметр инжекционной камеры (в сантиметрах) вычисляется по формуле:

Участвующий в формуле показатель Gпр – это реальный расход теплоносителя в системе многоквартирного дома с учетом ее гидравлического сопротивления. Величина рассчитывается так:

• Q – количество теплоты, расходуемое на обогрев здания, ккал/ч;
• Тсм – температура смеси на выходе из элеваторного тройника;
• Т2о – температура воды в обратной линии;
• h – сопротивление всей разводки отопления вместе с радиаторами, выраженное в метрах водного столба.

Справка. Чтобы вставить в формулу непонятные килокалории, нужно знакомые ватты умножить на коэффициент 0.86. Метры водного столба преобразуются в более распространенные единицы: 10.2 м вод. ст. = 1 Бар.

Пример подбора номера элеватора. Мы выяснили, что реальный расход Gпр составит 10 тонн смешанной воды за 1 час. Тогда диаметр смесительной камеры равен 0.874 √10 = 2.76 см. Логично взять смеситель №4 с камерой 30 мм.

Теперь выясняем диаметр узкой части сопла (в миллиметрах) по следующей формуле:

• Dr – определенный ранее размер инжекторной камеры, см;
• u – коэффициент смешивания;
• Gпр – наш расход готового теплоносителя на подаче в систему.

Хотя внешне формула кажется громоздкой, но в действительности расчеты не слишком сложные. Остается неизвестным один параметр – коэффициент инжекции, вычисляемый так:

Все обозначения из данной формулы мы расшифровали, кроме параметра Т1 – температуры горячей воды на входе в элеватор. Если предположить, что ее величина составляет 150 градусов, а температура подачи и обратки 90 и 70 °С соответственно, искомый размер Dc выйдет 8.5 мм (при расходе 10 т/ч воды).

Когда известна величина напора Нр на входе в элеватор со стороны централи, можно воспользоваться альтернативной формулой определения диаметра:

Замечание. Результат вычисления по последней формуле выражается в сантиметрах.

Устройство системы отопления

       Тепловой узел является способом подсоединения домовой отопительной системы к магистральным сетям. В структуру теплового узла в типичном многоквартирном доме постройки советских лет входят: грязевик, запорная арматура, приборы контроля, сам элеватор и т.д.

      Размещают элеваторный узел в отдельном помещении ИТП (индивидуальный тепловой пункт). Непременно должно быть наличие запорной арматуры, чтобы при необходимости отключить внутридомовую систему от магистрального теплового обеспечения.
Во избежание закупорок и засоров в самой системе и приборов внутреннего домового трубопровода, необходима изоляция грязи, поступающей вместе с горячей водой из магистральной теплосети, для этого устанавливают грязевик. Диаметр грязевика обычно от 159 до 200 миллиметров, в нем собирается и оседает вся поступающая грязь (твердые частицы, окалина). Грязевик, в свою очередь, нуждается в своевременной и регулярной очистке.

       Под приборами контроля подразумеваются термометры и манометры, измеряющие в элеваторном узле температуру и давление.

Установка элеваторного узла

Как правило, монтаж элеваторного узла отопления осуществляется в подвальных помещениях. Использование такого места возможно при условии соблюдения ряда требований:

• Это должно быть крытое помещение с плюсовой температурой (выше 0°)
• На трубах во влажном помещении в силу большой разности температур оседают капельки воды (образуется конденсат). Это ведет к быстрому износу оборудования. Чтобы поддерживать трубы в сухом состоянии необходимо установить систему вытяжной вентиляции.

Совет! Избавиться от конденсата также можно при помощи изоляции труб. На трубопровод наносится слой жидкой теплоизоляции, либо «одеваются» теплоизоляционные трубки из вспененного полиэтилена.

В системах с автоматическим элеватором отопления, для бесперебойной подачи электроэнергии предусматривается установка независимого источника питания. Автономное питание обеспечит работу устройств даже при отключении электроэнергии.

Расчет воздушного отопления

Прежде чем выполнять расчет, следует знать, что воздушное отопление можно совместить с вентиляцией. От этого будет зависеть и ход вычислений, но в любом случае сначала определяются тепловые потери через наружные стены, окна, кровлю и полы для каждого помещения. Для этого используется формула, приведенная для стены:

Qстены = 1/Rстены х (tв – tн) х Sстены, где:

Rстены – сопротивление теплопередаче, (м2 ºС / Вт); Sстены – площадь стены в пределах рассматриваемого помещения, м2; tв и tн – соответственно, температура внутреннего и наружного воздуха.

Эта же формула применяется и для вычисления теплопотерь окон и прочих ограждающих конструкций. Зная материалы, из которых построены или будут строиться эти конструкции, просчитывается сопротивление теплопередаче R для каждой из них:

R = δ / λ, здесь:

δ – толщина конструкции в метрах; λ – коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м · ºС). Данная величина – справочная, ее нетрудно найти в технической литературе.

Полученные значения для всех строительных конструкций, ограждающих помещение от внешней среды, складываются и получаем величину тепловой мощности отопительной системы для компенсации потерь сквозь эти конструкции. Если надо произвести расчет воздушного отопления, совмещенного с системой вентиляции, то к полученной величине прибавляется тепловая энергия, затрачиваемая на прогрев приточного воздуха. Ее рассчитывают по формуле:

Рекомендуем: Бурение скважины своими руками: какая используется буровая установка

Qвент = cm (tв – tн), где:

Qвент – энергия, уходящая на подогрев приточного воздуха, Вт; m – масса приточного воздуха, кг; tв и tн – температура внутреннего и наружного воздуха; с – удельная теплоемкость воздушной смеси, равна 0.28 Вт / (кг ºС).

Чтобы выполнить дальнейший расчет системы воздушного отопления, надо узнать массу воздушной смеси m (кг). Для этого сначала определяется ее количество в м3, после чего умножается на плотность, ее значения при разных температурах приведены в технических справочниках. Количество приточного воздуха для жилых комнат принимается по их объему, что соответствует кратности обмена 1 раз в час.

Основные неисправности элеваторного узла

Даже такое простое устройство, как элеваторный узел, может работать неправильно. Неисправности можно определить путем анализа показаний манометров в контрольных точках элеваторного узла:

1. Неисправности часто вызываются засорением трубопроводов грязью и твердыми частичками в воде. Если наблюдается падение давления в системе отопления, которое до грязевика значительно выше, то эта неисправность вызвана засорение грязевика, который стоит в подающем трубопроводе. Грязь сбрасывается через спускные каналы грязевика, очищают сетки и внутренние поверхности устройства.
2. Если скачет давление в системе отопления, то возможными причинами может быть коррозия или засорение сопла. Если произойдет разрушение сопла, то давление в расширительном баке отопления может превысить допустимое.
3. Возможен случай, при котором растет давление в системе отопления, а манометры до и после грязевика в «обратке» показывают разные значения. В таком случае нужно чистить грязевик «обратки». Открываются сливные краны на нем, чистится сетка, и удаляются загрязнения изнутри.
4. При изменении размеров сопла из-за коррозии происходит вертикальное разрегулирование контура отопления. Внизу батареи будут горячие, а на верхних этажах недостаточно нагретые. Замена сопла на сопло с расчетной величиной диаметра устраняет подобную неисправность.

Технические характеристики стандартных моделей

Заводские экземпляры имеют 7 типов конструкций, отличающихся по размеру, у каждой из них есть свой специальный номер. Чтобы удачно подобрать хороший вариант и избежать проблем при опрессовке, стоит учесть два параметра – это диаметр камеры смешивания и сопла.

Со второй составляющей дело обстоит проще, ее можно заменить при необходимости, ведь корпус является съемным. К таким действиям прибегают в 2 вариантах:

1. Износ детали по истечении определенного времени (выработка об абразивные частицы).
2. Изменения в коэффициенте смешивания, что необходимо для повышения или снижения температуры теплоносителя.

Я узнал интересный факт об эксплуатации элеваторного агрегата, зачастую в технических характеристиках не найти пункта, который знакомит покупателя с сечением сопла, диаметр рассчитывается отдельно

Основное внимание приковывается к смесительно-инжекционной камере, чтобы максимально точно вычислить размер под конкретную систему отопления

6 Распределительный пункт

Опытные инженеры и теплотехники рекомендуют задействовать один из трех режимов работы котельной установки. Такие рекомендации создавались с учетом теоретических данных и математических вычислений, а также были подтверждены многолетним практическим опытом. Каждый из выбранного режима гарантирует высокоэффективную передачу тепла с низким уровнем потерь. При этом на показатели КПД не влияет даже большая протяженность магистрали.

Эти режимы отличаются друг от друга разным соотношением температуры на подающем контуре и обратном:

1. 1. 150/70 градусов Цельсия.
2. 2. 130/70 градусов Цельсия.
3. 3. 95/70 градусов Цельсия.

При выборе оптимального соотношения важно учитывать несколько факторов, включая региональные особенности и среднестатистическую величину зимней температуры воздуха. Если речь идет об отоплении частного дома, лучше отказаться от использования двух первых режимов, которые подразумевают прогрев теплоносителя до 150 и 130 градусов Цельсия

При таких температурах появляется вероятность получения опасных ожогов и других последствий от разгерметизации.

Как известно, жидкость в трубопроводной магистрали разогрета до таких температур, которые превышают точку кипения. Однако она никогда не закипает, что обусловлено соответствующим давлением. При необходимости подобрать оптимальный режим для частной постройки, нужно снизить давление и температуру, для чего и используется элеваторный узел. Сам элемент представляет собой специальное теплотехническое оборудование, которое находится в распределительном пункте.

Частые поломки и методы ремонта

Несмотря на то, что типовая схема элеваторного узла отопления проста, прибор может выйти из строя. Причины разные: засоры, увеличение диаметра сопла, забитые грязевики или нарушение настройки, поломка регуляторов, арматуры.

Рассмотрим варианты устранения неполадок:

1. Засорение сопла. Снять и прочистить прибор.
2. При увеличении параметров диаметра сопла из-за коррозии, сверления, сопло нужно менять на новое с показанным расчетным диаметром. В противном случае система быстро придет в негодность, собьется баланс обмена и приборы, установленные на нижних этажах дома, начнут перегреваться, а радиаторы на верхних этажах недополучат тепло.
3. Засорение фильтров (грязевиков). Неисправность определяется по увеличению перепада уровня давления. Контроль над перепадом осуществляется с помощью манометров, установленных до и после грязевиков. Засор убирается сбросом воды через кран спуска грязевика. Найти кран спуска можно в нижней части, но процедура не всегда эффективна, поэтому проще разобрать и очистить грязевик изнутри.

Поломка элеватора определяется по перепадам температуры носителя до и после прибора. Если разница в 5 градусов, то это засор или изменение диаметра сопла, при большей разнице следует сделать диагностику прибора и заменить неисправный элеватор. Выполнять процедуры диагностики и замены должен специалист с опытом и нужными инструментами.

Общее описание

Прежде чем разбираться со схемой элеваторного узла отопления, нужно сказать, что по своей конструкции элеватор собой представляет некого рода циркуляционный насос, который находится в отопительной системе вместе с измерителями давления и запорной арматурой.

Тепловые элеваторные узлы в своей работе выполняют ряд функций. Для начала, это электронное устройство распределяет давление в отопительной системе, чтобы вода потребителям доставлялась в батареи отопления с определенным давлением и температурой. Во время циркуляции по трубам от котельной до многоэтажных домов объем теплового носителя в контуре увеличивается почти в два раза. Это может происходить, только если есть запас воды в отдельной герметичной емкости.

Чаще всего из котельной подается тепловой носитель, температурой около 110-160℃. Для бытовых нужд, в плане безопасности эти высокие температурные показатели недопустимы. Максимальный температурный режим теплоносителя в контуре не может быть более 90℃.

Из данного видео узнаем принцип работы элеваторного узла отопления:

Также примечательно, что в СНиП на сегодняшний день указан температурный норматив теплоносителя в диапазоне 65℃. Но для экономии ресурсов активно идет обсуждение относительно снижения этого норматива до 55℃. С учетом мнения экспертов потребитель не ощутит значительного отличия, а в качестве дезинфекции тепловой носитель раз в сутки будет необходимо нагревать до 75℃. Однако эти изменения в СНиП еще не приняты, так как нет точного мнения относительно эффективности и целесообразности этого решения.

Схема элеваторного узла системы отопления дает возможность привести температурный режим теплового носителя до нормативных требований.

Этот прибор позволяет не допустить следующих последствий:

• если разводка сделана из пропиленовых или пластиковых труб, то она не рассчитана на подачу горячего теплового носителя;
• не все трубы отопления рассчитаны на продолжительное действие повышенной температуры под высоким давлением — эти условия приведут к их быстрому выходу из строя;
• очень горячие радиаторы отопления при неаккуратном обращении могут привести к ожогам.

Устройство элеваторного узла

Жидкость поступает в предварительную камеру устройства из котла. Рядом с камерой установлен диффузор, к которому подведено ответвление обратки.

Из последнего через трёхходовой клапан часть воды перемещается наверх для охлаждения. Рабочее вещество из котла остывает до необходимой температуры, после чего предварительная камера пропускает его дальше.

Для нормального функционирования каждая часть системы оснащают запорной арматурой. В предварительную камеру, где происходит смешение потоков, также монтируют датчик температуры.

Компоненты элеваторного узла выполняют две функции: охлаждение воды, что также снижает давление на трубы; принудительное продвижение жидкости по системе, благодаря чему необязательно устанавливать циркуляционный насос.

Схема элементов

Общая схема представлена на следующем изображении.

Фото 1. Схема, на которой представлено общее устройство элеватора и указаны его важные части.

Принцип работы

Конструкция напоминает собой циркуляционный насос, способный выдерживать высокие показатели температуры и давления. В схему также входит клапан, который разрешает смешивать воду из труб подачи и обратки.

Принцип работы:

1. Жидкость подаётся из обогревающего элемента в предварительную камеру.
2. Вода отправляется в контур через диффузор. Последний предварительно балансирует температурный показатель вещества.
3. На обратном пути вода попадает в гидравлический тройник, через который часть жидкости возвращается в камеру. Это необходимо для охлаждения горячего напора.

Справка! У большинства устройств коэффициент смешения регулируется вручную, но есть автоматизированные элеваторы.