Индивидуальный тепловой пункт ИТП — что это, как работает, схемы, советы

Индивидуальный тепловой пункт — это важный узел в системе теплоснабжения коттеджа или загородного дома, от эффективности работы которого зависит не только качество отопления и горячего водоснабжения подключенного объекта, но во многом и работа центральной системы. Поэтому схема работы ИТП проектируется индивидуально для каждого объекта, чтобы можно было учесть все нюансы и технические особенности.

Тепловой пункт и котельная — это, по-сути, одно и тоже. Отличаются они только тем, что в котельной есть теплогенерирующий агрегат (он же котел), а в тепловом пункте его нет. В тепловой пункт только приходят трубы с теплоносителем, а дальше этот теплоноситель распределяется на нужды внутренних инженерных систем.

Схема индивидуального теплового пункта для коттеджа представляет собой комплекс оборудования, которое делится на несколько узлов. Это вводный трубопровод, теплообменники, насосы и трубопровод обратного хода теплоносителя. В зависимости от типа схемы теплового пункта жилого дома комплект оборудования будет различаться.

Для того, чтобы готовить горячую воду, теплоноситель для отопления и теплого пола, необходимо установить оборудование теплового пункта, под который придется выделить отдельное помещение.

Дело в том, что оборудование теплового пункта включает внушительный функционал инженерного оборудования, в который входит целый комплекс труб и теплообменников, которые и готовят для каждой инженерной системы воду требуемой температуры.

Итак, на входе в тепловой пункт приходят две трубы: труба с холодной водой и труба теплового ввода с горячей (тепловые станции могут получать воду до 90°С).

По трубе теплового ввода тепловой пункт получает теплоноситель от системы теплоснабжения из централизованной котельной (вода может иметь температуру 90°С), затем для системы теплого пола в специальных теплообменниках понижает температуру теплоносителя, которая не может быть очень высокой, иначе ходьба по горячему «теплому полу» будет похожа на хождение по горящим углям. Кстати, температура теплоносителя в системе напольного отопления составляет от 30 до 50°С.

Для нужд горячего водоснабжения в тепловом пункте происходит нагрев холодной воды за счет получения энергии от теплоносителя, пришедшего по трубе теплового ввода.

Ну и для системы отопления коттеджа в тепловом пункте через теплообменник происходит нагрев теплоносителя в циркуляционном контуре системы отопления, вода в котором также постоянно циркулирует, чтобы радиаторы всегда были горячими. Нагрев производится от рециркулирующей линии теплового ввода.

Понятно теперь, что функционал теплового пункта очень насыщен, оборудование для его размещения требует определенного места.

Теперь раскроем возможные варианты теплоснабжения коттеджей и частных загородных домов.

Например, домики в коттеджном поселке выходного дня на территории одного участка обычно отапливаются централизовано. Выглядит это так.

Здесь к постройкам идут три трубы: это подача-обратка теплоснабжения и холодная вода.

В этом случае для подготовки горячей воды для душей и кранов холодная вода будет греться на месте, поэтому нужен бойлер.

В больших городах используется другой вариант теплоснабжения частных домов и коттеджей. Здесь прокладывают еще трубу горячего и циркуляционного водоснабжения. 

На рисунке видно пять труб:

Во втором случае можно не выделять место под бойлер и сэкономить место в тепловом пункте.

Наша основная задача — минимизировать место под этот самый тепловой пункт, экономя площадь помещений, путем применения эффективных инженерных решений, а также самого современного и компактного оборудования.

Таким образом, чтобы минимизировать площадь помещения теплового пункта, необходимо убрать из него бойлер. Но в этом случае у нас появляется еще две трубы теплотрассы для горячей воды и рециркуляции, что, несомненно, влечет за собой затраты на земляные работы и материал для труб.

Иными словами эти два принципа являются зависимой и независимой схемами ИТП.

Зависимая схема ЦТП более проста. В ней теплоноситель напрямую попадает к потребителю из центральной сети без преобразований.

С одной стороны, такая схема практически не  требует дополнительного оборудования и, соответственно, обходится дешевле. Однако во время эксплуатации такой тепловой узел неэкономичен, поскольку не поддается регулировке — температура теплоносителя всегда будет такой, какая задана поставщиком теплоэнергии.

Схема ИТП с ГВС будет иметь разводку и механизм распределения на соответствующие потребности.

Тепловой пункт системы отопления, схема которого построена по независимому принципу, будет иметь систему теплообменников, которые используются для регулировки температуры теплоносителя перед его подачей потребителю. Такая схема имеет ряд преимуществ:

Независимо от того, какая была выбрана схема, тепловой пункт будет выполнять одни и те же функции, в одном случае более экономично, в другом — более просто.

Любая схема ИТП может включать также фильтры дополнительной очистки теплоносителя для предотвращения загрязнений и преждевременного износа внутренней системы. В некоторых случаях устанавливаются дополнительные насосы, позволяющие всегда поддерживать стабильное давление. От гидравлических ударов внутреннюю систему будут защищать резервуары и компенсационные установки, которые предотвращают выход из строя оборудования, прорывы трубопровода и образование утечек.

Чтобы не усложнять инженерное решение и остаться с теплотрассой, как в первом варианте, можно использовать решение на базе использования станций для индивидуального отопления. Станции также применимы для поквартирного отопления и учета теплоты. 

Внешний вид станции показан ниже.

Такая станция позволяют производить отопление помещений как водяными отопительными приборами, так и системой «теплый пол», обеспечивая приготовление горячей воды в параллельном режиме. Отопительной нагрузки станции в 25 кВт хватит для отопления квартиры или коттеджа, частного дома или другого здания площадью до 200 м?. Станция также может обеспечить параллельную подготовку до 17 литров горячей воды в минуту при нагреве ее на 45К.

К станции можно подключить «теплый пол» параллельно к трубам отопления. Для этого достаточно поставить рядом небольшой коллекторный шкаф с гребенкой для системы напольного отопления совместно с узлом понижения температуры.

Станцию можно оборудовать балансировочными вентилями для отладки и увязки нескольких домов на участке или в коттеджном поселке. Также можно оборудовать станцию счетчиками теплоты для поквартирного или покоттеджного учета теплоты.

Как же выглядит станция в интерьере? На фото ниже показана станция для напольного отопления коттеджа.

Такое компактное решение позволяет организовать тепловой пункт фактически за углом в коридоре, не выделяя специального помещения.

Качество теплоносителя является исходным фактором эффективной работоспособности автоматического оборудования.

Применение водогликолевых смесей требует корректировки гидравлических и тепловых показателей системы отопления, рассчитанной для теплоносителя воды. Водопропиленгликолевая смесь оказывает значительно меньшее влияние на изменение теплогидравлических характеристик системы, чем водоэтиленгликолевая смесь. Качество воды в системе горячего водоснабжения со временем ухудшается, если проектно и эксплуатационно не обеспечено ее эффективное (термическое) обеззараживание. 

Осуществить полную автоматизацию системы отопления можно только с циркуляционным насосом. Нерегулируемый и регулируемый гидроэлеватор не создает достаточного располагаемого давления ни для двухтрубной, ни для однотрубной системы отопления с терморегуляторами у отопительных приборов и автоматическими регуляторами гидравлических параметров на стояках либо приборных ветках.

Регулирование пропусками теплоносителя соленоидными клапанами на абонентском вводе противоречит строительным нормам и неприемлемо для систем отопления высотных зданий во всем температурном диапазоне отопительного периода. Независимое подключение системы отопления является идеальным решением для обеспечения ее автоматизации.

гидравлическим режимом В системах отопления с переменным гидравлическим режимом необходимо устанавливать перепускной клапан на перемычке за насосом либо байпасе вокруг него.

Применение перемычки либо байпаса с перепускным клапаном осуществляют исходя из условий обеспечения работоспособности насоса и источника теплоты. Настройку перепада давления перепускного клапана рекомендуется устанавливать на 10 % выше от перепада давления в точках присоединения перемычки либо байпаса. Выбор перепускного клапана рекомендуется осуществлять по расходу теплоносителя, равному максимальному расходу системы отопления.

Выбор способа и арматуры обвязки насоса зависит от тепловой мощности системы отопления, типа и функциональных особенностей насосов.

Тепловой пункт каждого здания имеет индивидуальное техническое оснащение. Минимальное автоматическое оснащение теплового пункта нормировано требованиями СНиП 2.04.0789 "Тепловые сети" и изм. № 2 к СНиП 2.04.0591 "Отопление, вентиляция и кондиционирование", а также предопределяется теплогидравлическими параметрами теплосети в динамическом и статическом состоянии на абонентском вводе.

Заполнение и подпитку системы отопления теплоносителем предпочтительно осуществлять с обратной магистрали теплосети.

Коммерческий учет теплопотребления обязателен для всех зданий, присоединяемых к теплосети.

Подключение систем горячего водоснабжения современных зданий к системе централизованного теплоснабжения преимущественно реализуют через скоростные пластинчатые теплообменники. 

Проектирование системы горячего водоснабжения с гравитационной циркуляцией усложняет ее дальнейшую модернизацию с применением энергоэффективного оборудования.

Терморегулирование циркуляционных трубопроводов систем горячего водоснабжения современных зданий создает всем потребителям равные условия обеспечения горячей водой с требуемыми параметрами; обеспечивает рациональную циркуляцию воды; имеет возможность термической дезинфекции трубопроводов, снижает теплопотребление до 55 %.

Теплоснабжение калориферов при наличии вероятности их замораживания следует осуществлять по схемам с постоянным гидравлическим режимом. Трехходовые клапаны в системах теплоснабжения калориферов требуют проектного обеспечения их работоспособности во всех эксплуатационных режимах. 

Замена гидроэлеватора на насос позволяет реализовать множество энергосберегающих функций автоматического регулирования теплопотребления здания как в момент модернизации теплового пункта, так и при последующей модернизации системы отопления и горячего водоснабжения.

Гидроэлеватор – низкоэффективное устройство, не сочетающееся с переменным гидравлическим режимом теплопотребления современного здания.

Модернизацию теплового пункта осуществляют на основании детального технического и теплогидравлического обследования абонентского ввода.

Блочный тепловой пункт представляет собой готовое техническое решение для абонентского ввода. Теплогидравлическое взаимодействие и геометрическое расположение всех элементов в нем осуществляет производитель.

Линейное управление тепловым потоком теплообменного прибора – идеальный закон регулирования, к которому следует стремиться при проектировании водяных инженерных систем здания. Выбор вида расходной характеристики клапана зависит от видахарактеристики объекта регулирования.

Линейное управление процессами смесеобразования и водоразбора – идеальный закон регулирования, к которому следует стремиться при проектировании водяных инженерных систем здания.

Современное автоматическое оборудование наделено новыми свойствами и функциями, которые требуют корректировки традиционной отечественной практики проектирования тепловых пунктов.

Клапаны следует применять согласно их назначению.

Пропускная способность – основная гидравлическая характеристика клапана, которая учитывает его сопротивление, создаваемое проходу теплоносителя. Подбор клапана по пропускной способности, расчетному перепадудавления и расчетному расходу теплоносителя пригоден лишь для определения типоразмера клапана и не отражает его регулировочную способность в системе.

Регулируемый участок определяет границы распространения колебания давления теплоносителя, возникающего при работе клапана. Отношение перепада давления на максимально открытом клапане к располагаемому давлению регулируемого участка называют (внешним) авторитетом клапана.

В процессе работы системы обеспечения микроклимата авторитеты регулирующих клапанов, в том числе и ручных, изменяются. Ограничения изменения диапазона внешних авторитетов регулирующих клапанов достигают установкой автоматических балансировочных клапанов – регуляторов перепада давления либо ограничителей (регуляторов) расхода.

Форма затвора регулирующего клапана соответствует виду идеальной расходной характеристики. Для автоматизируемой инженерной системы здания подбирают регулирующие клапаны с учетом их рабочей расходной характеристики. 

Рабочую расходную характеристику клапана определяют его общим внешним авторитетом. Общий внешний авторитет учитывает искажение идеальной расходной характеристики клапана под воздействием сопротивления корпуса клапана (определяют базовым авторитетом клапана) и сопротивления остальных элементов регулируемого участка (определяют внешним авторитетом клапана). Линейная рабочая расходная характеристика клапана не претерпевает существенного искажения от внешнего авторитета, если его значение находится в диапазоне 0,5...1,0.

С уменьшением внешнего авторитета ниже 0,5 линейная рабочая расходная характеристика клапана значительно искажается, что следует учитывать при обеспечении регулируемости системы и возможности ее наладки.

Логарифмическую (равнопроцентную) расходную характеристику клапана можно приблизить к линейной путем изменения внешнего авторитета. Логарифмическая расходная характеристика клапана не претерпевает существенного изменения при внешнем авторитете 0,5...1,0.

С уменьшением внешнего авторитета ниже 0,5 логарифмическая рабочая расходная характеристика клапана значительно искажается, что следует учитывать при обеспечении регулируемости объекта регулирования и возможности его наладки. 

В тепловом пункте для регулирования теплового потока теплообменников с выпуклой характеристикой, применяют клапаны с логарифмической рабочей расходной характеристикой. Ручные балансировочные клапаны с логарифмической рабочей расходной характеристикой и малым гидравлическим сопротивлением наилучшим образом подходят для регулирования систем отопления с постоянным гидравлическим режимом и малым гидравлическим сопротивлением. 

Клапаны с логарифмическолинейной рабочей расходной характеристикой имеют зону примерно линейного регулирования в широком диапазоне изменения общего внешнего авторитета. Расходные характеристики клапана не претерпевают существенного изменения при внешнем авторитете 0,3...1,0.

Клапаны с логарифмическолинейной характеристикой лучше всего подходят для регулирования теплообменников с линейной характе ристикой (высоким перепадом температур теплоносителя).

Линейнолинейный закон регулирования объединяет положительные черты линейного и логарифмического законов. Клапаны с линейнолинейной рабочей расходной характеристикой обеспечивают регулирование по закону, подобному к логарифмическому. В тепловом пункте для регулирования теплового потока теплообменников с выпуклой характеристикой наилучшим образом подходят клапаны с линейнолинейной рабочей расходной характеристикой.

Применяя трехходовой регулирующий клапан, следует рассматривать его работу по двум проходящим через него циркуляционным контурам.

Для минимизации колебания расхода в контуре с постоянным гидравлическим режимом трехходового линейного/линейного регулирую щего клапана его сопротивление должно быть в четыре раза больше, чем сопротивление системы (без учета сопротивления клапана). Для минимизации колебания расхода в контуре с постоянным гидравлическим режимом трехходового логарифмического/линейного либо линейного/логарифмического регулирующего клапана следует обеспечить внешний авторитет, равный единице с регулирующей стороны, а с подмешивающей стороны – 0,1...0,3.

Искажение расходной характеристики под воздействием конструктивных особенностей клапана (базовый авторитет) и сопротивления элементов регулируемого участка (внешний авторитет) может существенно влиять на регулируемость объекта регулирования, что необходимо учитывать при проектировании и наладке системы. Наличие на регулируемом участке нескольких клапанов требует рассмотрения совместимости диапазонов их внешних авторитетов. Лучшим вариантом проектного решения является применение только одного клапана на регулируемом участке. Для достижения эффективной работы объекта регулирования необходимо выбирать клапан с расходной характеристикой, соответствующей характеристике объекта регулирования. 

Одним из вариантов уменьшения вероятности кавитации в регулирующем клапане является его расположение на обратной магистрали.

Образование шума в клапанах зависит от создаваемого им сопротивления и скорости теплоносителя. Скорость теплоносителя перед клапанами в тепловом пункте не должна превышать 3 м/с.

Автоматические регуляторы прямого действия не требуют дополнительных источников энергии.

Регулятор перепада давления на абонентском вводе, помимо основной функции – обеспечения стабильной работы теплосети путем ограничения максимального потока теплоносителя, создает условия эффективной работы регулирующему клапану, повышая его внешний авторитет; улучшает качество регулирования объекта регулирования; защищает объект регулирования (регулируемый участок) от влияния колебаний давления теплоносителя извне.

Регулятор расхода стабилизирует работу системы в течение длительного времени эксплуатации путем компенсации возрастания гидравлического сопротивления элементов системы от коррозии и накипи, компенсации колебаний гравитационного давления, компенсации колебаний давления при работе терморегуляторов у отопи тельных приборов, компенсации колебаний давления в теплосети.

Регуляторы температуры прямого действия не используют дополнительную энергию и поддерживают заданную температуру воды в пределах ее нормативного отклонения.

Комбинированные регуляторы выполняют несколько функций, присущих традиционно применяемым в тепловых пунктах однофункциональным регуляторам, чем обеспечивают уменьшение габаритов и упрощение монтажа теплового пункта.

Автоматический перепускной клапан стабилизирует перепад давления в тепловом пункте с отклонением от расчетного значения в пределах зоны пропорциональности. Применение перепускных клапанов пружинного типа рекомендуется для тепловых пунктов небольших систем отопления.

Отключающие клапаны должны иметь минимальное сопротивление для обеспечения максимальных авторитетов регулирующих клапанов.

Дроссельная диафрагма, устанавливаемая перед регулирующим клапаном, ухудшает регулирование объекта. Ограничение расхода теплоносителя у потребителя вместо дроссельной диафрагмы осуществляют сопротивлением максимально открытого клапана регулятора теплового потока (температуры) и автоматически поддерживаемым перепадом давления на этом клапане.

Автоматическое удаление воздуха из водяных инженерных систем здания продлевает их срок службы.

Надежная работа оборудования теплового пункта и систем здания во многом обеспечивается отсутствием загрязняющих частичек в теплоносителе.

Конструктивные особенности обратной арматуры определяют ее требуемое положение в вертикальной плоскости теплового пункта.

Ультразвуковые расходомеры обладают незначительным гидравлическим сопротивлением, не искажают расходные характеристики регулирующих клапанов и не влияют тем самым на управление объектом регулирования.

Модернизация тепловых пунктов путем установки ультразвуковых расходомеров не требует дополнительных существенных гидравлических затрат.

Пластинчатый теплообменник обеспечивает высокодинамичный процесс нагрева воды в соответствии с переменным теплогидравлическим режимом системы. Пластинчатый теплообменник с односторонним присоединением уменьшает габариты теплового пункта и упрощает обслуживание.

В современных зданиях все процессы управления инженерными системами автоматизированы.

Двухпозиционное регулирование (регулирование пропусками) в тепловых сетях, например, соленоидными клапанами, запрещено нормативно. Прегулирование и ПИрегулирование – наиболее применяемые законы при автоматищзации инженерных систем зданий. 

Датчик температуры Данфосс линейно реагирует на изменение температуры измеряемой среды.

Электронным регулятором реализуют эффективное управление инженерными системами здания с максимальным энергосбережением.

При выборе электропривода следует проверять его конструктивную совместимость с регулирующим клапаном и управляющей автоматикой (по типу сигнала). Скорость привода должна соответствовать инерционности системы, а развиваемое усилие – быть достаточным для закрытия клапана.

Конструктивные особенности насосов определяют их расположение и обвязку.

Рассматривать систему по уровню шумообразования следует призакрытых и полностью открытых терморегуляторах у отопительных приборов.

Влияние естественного давления теплоносителя необходимо оценить и при необходимости учесть в циркуляционном давлении системы отопления. Устранение влияния естественного давления на гидравлический режим системы отопления достигают уменьшением температуры теплоносителя, применением автоматических регуляторов перепада давления либо расхода. Завышение напора насоса для уменьшения доли естественного давления теплоносителя является энергозатратным проектным решением. 

От правильного выбора насоса зависит работоспособность регулирующих клапанов, бесшумность системы и ее энергоэффективность.

Объем бака обусловлен гидравлическим давлением системы отопления в нерабочем и рабочем состояниях, ее емкостью и наличием примесей, снижающих температуру кристаллизации теплоносителя. Неверный подбор давления газового пространства бака приводит к периодическому протеканию резьбовых соединений, вскипанию теплоносителя, разрушению оборудования. Комплексная защита системы отопления с безнапорным баком упрощает задачу проектировщика и эксплуатационной организации по обеспечению работоспособности системы отопления.

Чем выше автоматическое регулировочнотехническое оснащение теплового пункта, тем выше экономический эффект. Термомодернизация зданий, включающая комплексную автоматизацию инженерных систем и теплоизоляцию ограждающих конструкций здания, приводит к примерно 50 % экономии тепловой энергии и сохранению коммунальных платежей на прежнем уровне при росте стоимости тепловой энергии примерно на 50 %.