Обвязка калорифера: устройство и принцип работы теплообменника, схемы нагрева водяной приточной вентиляции

Система обогрева приточного воздуха настолько проста, что сам процесс считается очень эффективным. Но главное в этом деле грамотно организовать обвязку приточной установки.

Назначение узла обвязки

Функции нагрева поступающего воздуха осуществляет калорифер, а охлаждения – соответственно, охладитель. Эти устройства могут иметь различную конструкцию и принципы работы, однако наибольшее распространение получили системы, в которых рабочим телом является вода. Для подвода воды к калориферу и охладителю, и для управления всей приточно-вытяжной системой служит узел обвязки, осуществляющий подачу и забор воды к каждому из устройств.

Стоит отметить, что именно узел регулирования подачи и отвода воды играет важнейшую роль в стабильной работе всей системы вентиляции. Узел обвязки устроен таким образом, что он осуществляет регулирование температуры воды в системе и, соответственно, регулирование температуры подаваемого в помещение воздуха.

Принцип работы калорифера

Канальный нагреватель или калорифер – универсальный аппарат передачи тепловой энергии от нагревательных элементов приточному воздуху, осуществляющий нагрев/охлаждение воздуха внутри вентилируемого помещения.

Работает по принципу теплообменника и состоит из труб, по которым непрерывно циркулирует подогретый или охлажденный теплоноситель (вода, водяной пар или фреон). Холодный или теплый воздух, проходя через приточную систему вентилирования, контактирует с трубами теплообменника. Происходит переход энергии от одного носителя к другому. Воздушные массы нагреваются/охлаждаются, а затем выдуваются в помещение.

Сам по себе канальный нагреватель работать не может и требуется система обвязки. Есть другое название – узлы регулирования основных параметров. Это набор дополнительных элементов, выполняющих ряд сопутствующих функций:

• контроль работы теплообменника. Обеспечивают бесперебойный режим функционирования, сигнализируя о сбоях;
• постоянный контроль над температурой теплоносителя. Чтобы воздуха нагревался равномерно, без скачков, она должна быть в пределах расчетных показателей;
• предотвращение обледенения узлов канального нагревателя, а также вентиляционных каналов.

Габаритные размеры и масса узлов обвязки

Таблица 1 — Габаритные размеры и масса узлов обвязки*

Обозначение	Условный проход применяемой арматуры, DN (Ду)	Размер, мм, не более	Масса, кг,  не более
Длина	Ширина	Высота
УОИ-15-00	15	560	400	174	5,8
УОИ-15-00-01	1025	570	8,4
УОИ-15-00-02	780	415	150	8,2
УОИ-15-00-03	1210	570	11
УОИ-15-00-04	310	250	145	3,8
УОИ-20-00	20	800	430	158	7,5
УОИ-20-00-01	1250	595	148	13,2
УОИ-20-00-02	800	435	173	11,3
УОИ-20-00-03	1250	595	15
УОИ-20-00-04	320	250	148	4,8
УОИ-25-00	25	910	490	177	16
УОИ-25-00-01	1430	700	22
УОИ-25-00-02	385	250	162	8,2
УОИ-32-00	32	920	515	185	21
УОИ-32-00-01	905	520	336	37
УОИ-32-00-02
УОИ-32-00-03	400	295	170	12
УОИ-40-00	40	1000	570	336	42
УОИ-40-00-01
УОИ-40-00-02	1035	580	325	46
УОИ-40-00-03				350	49,5
УОИ-40-00-04	465	410	170	16
УОИ-50-00	50	1070	600	330	70
УОИ-50-00-01		488	440	245	40

Таблица 2 — Габаритные размеры и масса узлов обвязки МИНИ*

Обозначение	Условный проход применяемой арматуры, DN (Ду)	Размер, мм, не более	Масса, кг, не более
Длина	Ширина	Высота
УОИ-15-00-05	15	737	415	152	3,8
УОИ-15-00-06	450	324	166	3,5
УОИ-20-00-05	20	748	455	145	5,6
УОИ-20-00-06	5,4
УОИ-25-00-03	25	673	387	142	10,3
УОИ-32-00-04	32	847	510	185	14
УОИ-32-00-05	830	513	335	24,6
УОИ-32-00-06
УОИ-40-00-05	40	908	565	335	28
УОИ-40-00-06
УОИ-40-00-07	29
УОИ-40-00-08	32
УОИ-50-00-02	50	975	678	327	46

*Примечания к таблицам 1, 2:

1. Габаритные размеры и масса даны для узлов обвязки одним циркуляционным насосом производства GRUNDFOS и двухходовым клапаном  с электроприводом производства GRUNER.
2. Габаритные размеры и масса узлов обвязки могут отличаться от приведенных в таблицах в зависимости от размеров комплектующей трубопроводной арматуры, насосов и клапанов.

Особенности конструкции

Основные элементы

• Решетка воздухозаборная. Несет как декоративное назначение, так и служит барьером для пыли и других частиц, которые содержит в себе ветровые массы.
• Клапан. При отключении вентиляции, клапан блокирует проход для свежего воздуха, создавая непреодолимый барьер. Зимой он может препятствовать прохождению большого потока воздуха. Можно автоматизировать его работу с помощью электропривода.
• Фильтры, очищают ветровые массы. Раз в полгода их необходимо менять.
• Водяной, электрический калорифер, который и выполняет функцию нагревания воздуха.
• Для небольших построек целесообразно использовать электрический калорифер. В больших помещениях лучше использовать водяной калорифер.

Основные нормы и правила

Проектирование и монтаж калориферов регламентируется нормативной документацией: СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» и СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов».

Многие заказчики требуют от проектировщиков конкретный СНиП или ГОСТ, с описанием необходимости установки узла обвязки калорифера, а также регламенты на схемы. Подобную информацию можно почерпнуть из сопроводительной документации, предоставленной производителем оборудования, или обратиться в обслуживающую данный тепловой узел сетевую организацию — у них должны быть разработаны внутренние регламенты.

Температура воды, фреона, внешней и внутренней поверхности труб теплообменника определяется исходя из нормативных значений — это требования СНиП 41-01-2003. В любом случае, она не должны быть выше +1500С.

Особое внимание при проектировании и установке калориферов и узлов обвязки уделяется качеству приточного воздуха. От этого параметра зависит эффективность и долговечность работы системы вентиляции. Воздух очищается от загрязнителей крупной фракции: расчетное значение запыленности — не более 0,5 мг/м3, температура наружного воздуха до -200С.

Особенности монтажа и подключения

Монтажные работы, подключение, запуск системы, настройка работы — все это должно выполняться бригадой специалистов. Установка калорифера своими руками возможна лишь в частных домах, где нет такой высокой ответственности, как в производственных помещениях. Основные операции включают в себя установку прибора и элементов управления, соединения их в необходимом порядке, подключении к системе подачи и отвода теплоносителя, опрессовке, пробном запуске. Если все узлы комплекса продемонстрируют качественную работу, то система сдается в постоянную эксплуатацию.

Контроллер

• датчики температуры:
  • температура воздуха в канале
  • температура обратной воды на выходе из калорифера
• управление EC вентилятором сигналом 1-10 В
• управление трехходовым краном смесительного узла сигналом 1-10 В
• управление приводом воздушной заслонки
• управление электрокалорифером плавно по сигналу ШИМ, через твердотельные реле
• задействовал программируемые входы аварий:
  • авария по внутреннему датчику перегрева в калорифере
  • авария по датчику пожарной сигнализации в калорифере
  • авария размораживания калорифера по капиллярному термостату
  • авария протечки воды
• управление комбинированным нагревом: вода + электричество с приоритетом на воду
• программируемый режим день / ночь

Типовые сценарии:

• В режиме работы «электрокалорифер»:
  • плавное регулирование по сигналу ШИМ с периодом 4 сек.
  • плавный старт с прогревом
  • плавное выключение с продувкой электрокалорифера на низкой скорости вентилятора
• В режиме работы «вода»:
  • настраиваются уставки для температуры обратной воды: «темп. рабочая» (+30 °С), «темп. дежурная» (+20 °С), «темп. угроза замораживания» (+10 °С), «темп. прогрева» (+45 °С)
  • если температура обратной воды падает ниже «темп. рабочая», то Контроллер переходит в режим работы по приоритету воды вместо температуры в канале
  • если температура обратной воды падает ниже «темп. угроза замораживания», то Контроллер переходит в режим аварии, выключает вентилятор, закрывает воздушную заслонку
  • при старте системы, сначала прогревается калорифер до «темп. прогрева», после этого открывается заслонка и включается вентилятор
  • при остановке, система переходит в дежурный режим, температура обратной воды поддерживается на уровне «темп. дежурная»
• В режиме работы «вода + электро» с приоритетом на воду:
  • при старте системы, если температура обратной воды не достигает «темп. прогрева», то подключается электрокалорифер
  • в ходе работа, если теплопроизводительность водяного калорифера недостаточна, то включается в работу электрический калорифер
• Переключение режима день / ночь:

Интересные возможности Контроллера, которые планировал использовать:

• возможность регулировки температуры по внешнему датчику температуры в помещении с каскадным коэффициентом, который показывает на сколько градусов надо изменить температуру воздуха в канале при изменении температуры в помещении на 1 °С
• для калориферов из нескольких секций (у меня три секции по 1 кВт) предусмотрена ступенчатая коммутация: одна ступень плавно плюс три ступени дискретно

Виды канальных нагревательных установок

Калориферы бывают трех видов и различаются по типу теплоносителя. У каждого вида своя специфика работы и область применения:

• Электрические. Бытовые нагревательные установки. Металлические тэны нагреваются за счет электричества. Установка простая, без монтажа сложного обвязочного узла. Мощности хватает на обсаживание помещения до 100 м2.

Электрический калорифер

• Водяные. Работают на воде, циркулирующей по трубкам. Распространённый вариант в вентсистемах общественных и производственных зданий. Для эффективной работы требуется монтаж обвязочного узла.

Водяной калорифер

• Паровые. Характеризуются высоким КПД, скоростью нагрева, кратностью воздухообмена. Теплоноситель – водяной пар, нагретый до расчётной температуры. Паровые калориферы устанавливаются в системы вентиляции промышленных предприятий, где есть источник водяного пара.

Паровой калорифер

Схемы подключения калориферов

Перед калорифером стоит одна задача – обогрев входящих воздушных масс, с возможностью регулировки температуры теплоносителя. Существует несколько схем установки:

1. Один контур вентиляции, один калорифер. Самая простая схема, когда на входе или любой другой точке вентканала устанавливается аппарата в единственном экземпляре. Подходит для сезонного обогрева. Нет резервного источника тепла.
2. Два контура вентиляции, несколько калориферов. Более сложная схема, с многочисленными узлами обвязки. Первый контур со своим канальным нагревательным элементов работает в осенне-зимний период, второй – в летний. Двойная схема применима для больших по площади зданий, требующих обогрева круглый год. Позволяет безаварийно пройти пиковые морозы за счет включению обоих нагревательных контуров.

Краткий обзор современных моделей

На рынке широко представлены модели узлов смешения от разных производителей климатической техники. Смесительный узелы DEX, SMEX, MU, SUMX, а также гидроблоки терморегулирования серий MST, UTK выпускаются в различных типоразмерах с расчётными массогабаритными показателями и присоединительными размерами.

Подробнее ознакомиться с ними можете по ссылкам ниже:

Краткий обзор современных моделей

Чтобы составить впечатление о марках и моделях водяных калориферов, рассмотрим несколько устройств разных производителей.

Калориферы КСК-3, выпускаемые на предприятии ЗАО Т.С.Т.

Технические характеристики:

• температура теплоносителя на входе (выходе) — +150°С (+70°С);
• температура воздуха на входе – от -20°С;
• рабочее давление – 1,2МПа;
• максимальная температура — +190°С;
• срок эксплуатации – 11 лет;
• рабочий ресурс – 13 200 ч.

Внешние части изготовлены из углеродистой стали, нагревательные элементы – из алюминия.

Водяной тепловентилятор Volcano mini – компактный прибор польского бренда Volcano, отличается практичностью и эргономичным дизайном. Регулировка направления воздушного потока производится с помощью управляемых жалюзи.

Технические характеристики:

• мощность в границах 3-20 кВт;
• максимальная производительность 2000 м?/ч;
• тип теплообменника – двухрядный;
• класс защиты – IP 44;
• максимальная температура теплоносителя 120°С;
• максимальное рабочее давление 1,6 МПа;
• внутренний объем теплообменника 1,12 л;
• направляющие жалюзи.

Калорифер Galletti AREO итальянского производства. Модели оснащены вентилятором, медно-алюминиевым теплообменником и дренажным лотком.

Технические характеристики:

• мощность в режиме обогрева – от 8 кВт до 130 кВт;
• мощность в режиме охлаждения – от 3 кВт до 40 кВт;
• температура воды – + 7°C +95°C;
• температура воздуха – 10°C + 40°C;
• рабочее давления – 10 бар;
• количество скоростей вентилятора – 2/3;
• класс электрической безопасности IP 55;
• защита электродвигателя.

Кроме приборов перечисленных марок на рынке калориферов и водяных воздухонагревателей можно встретить модели следующих брендов: Тепломаш, 2VV, Fraccaro, Yahtec, Tecnoclima, Kroll, Pakole, Инновент, Remko, Zilon.

Способы обвязки калорифера

Обвязка калорифера приточной вентиляции зависит от выбора места монтажа, технических характеристик агрегата и схемы воздухообмена. Среди разных вариантов монтажа чаще всего используют смешивание рециркуляционных воздушных масс с приточными потоками. Реже применяют замкнутую схему с рециркуляцией воздуха в пределах помещения.

Для правильной установки прибора важно, чтобы система естественной вентиляции была хорошо налажена. Подключение калорифера к отопительной сети обычно делают в точке забора в пределах подвального помещения

Если есть принудительная вентиляция, то агрегат можно установить в любом подходящем месте.

Также в продаже есть готовые узлы обвязки в нескольких вариантах исполнения.

В комплект входят следующие элементы:

• шаровые краны с байпасом;
• обратные клапаны;
• балансировочный вентиль;
• насосное оборудование;
• двух или трехходовые клапаны;
• фильтры;
• манометры.

Эти детали в составе узла можно комбинировать по-разному. Применяют жесткое присоединение элементов или монтаж с использованием гибких шлангов из металла.