Характеристики терморегуляторов

Характеристики терморегуляторов разделяют на механически (прочностные) и рабочие (эксплуатационные). Эти характеристик регламентирует EN 215 ч.1.

В условиях эксплуатации терморегуляторов в Украине следует выбирать такие их конструкции, характеристики которых превосходили бы требования европейских норм.

Механические характеристики

Механические характеристики получают стендовыми испытаниями под влиянием внешних факторов: сопротивляемости давлению и течеустойчивости терморегулятора под давлением на 6*10⁵ Па больше от номинального давления — 10⁶ Па; течеустойчивости прокладки штока при DР³20 кПа; сопротивляемости термостатического клапана на изгиб (рис. 13,а) при использовании стальной трубы с приложенной к ней силой F³80 Н (d_y =8мм), 100 Н (d_y = 10мм), 120 Н (d_y = 15мм), 180 (4, = 20мм), 220 Н (d_y = 25мм), медной - 20 Н (d_y = 15мм); сопротивляемости термостатической головки вращательному моменту (рис. 13,6) при М³8 Нм; сопротивляемости термостатической головки изгибающему моменту (рис. 13,в) при F³250 H. К механическим свойствам относят также возможность замены прокладки без перекрытия трубы, на которой установлен терморегулятор.

Рабочие характеристики

Рабочие характеристики — совокупность параметров, определяющих надежную и точную работу терморегулятора на протяжении длительного срока эксплуатации.

В данном подпункте рассмотрены основные рабочие характеристики терморегуляторов, влияющие на гидравлическую и тепловую устойчивость системы.

Рис.13. Схемы тестирования механических характеристик терморегулятора:

а - сопротивляемости термостатического клапана изгибающей нагрузке;

б - сопротивляемости термостатической головки вращательному моменту;

в - сопротивляемости термостатической головки изгибающему моменту.

Номинальная пропускная способность k_v— величина, размер которой отображает объем воды в м³с плотностью 1000 кг/м³, проходящей через термостатический клапан за час при перепаде давления на нем 10⁵Па(1бар).

Данная величина является основной для определения потерь давления на терморегуляторе в расчетных условиях (см. п. 2.2.2). Конус клапана при этих условиях находится в промежуточном положении и изображен на рис. 14,а поднятым над седлом на высоту h_v.

В процессе эксплуатации системы при расчетных условиях расход теплоносителя будет меньше расчетного (соответственно h_v ), что вызвано увеличением поверхности нагревания отопительного прибора на обеспечение авторитета теплоты в помещении (см. п.р. 10.2). При данных условиях конус клапана будет находиться ниже номинального положения (рис. 14,6) — на высоте h_v .

Рис. 14. Зависимость пропускной способности терморегулятора без предварительной настройки от высоты подъема конуса клапана а - конус клапана в расчетном положении; б - конус клапана при расчетных температурных условиях в рабочем положении; в - клапан полностью открыт; г - клапан закрыт; 7 - термостатическая головка; 2 - сильфон; 3 - термостатический клапан; 4 - шток; 5- конус клапана

Таким образом, при расчетных температурах внутреннего и наружного воздуха расчетные гидравлические параметры системы будут отличаться от эксплуатационных — в этом состоит разница между системами отопления с и без терморегуляторов. При повышении температуры воздуха в помещении конус клапана из положения, соответствующего h_v , будет опускаться, перекрывая проход теплоносителю.

Характеристическая пропускная способность k_vs — величина, размер которой отображает объем воды в м³, проходящей через полностью открытый термостатический клапан за час при перепаде давления на нем 10⁵ Па (1 бар). Данная величина потока теплоносителя возникает в процессе эксплуатации системы при недостаточном количестве теплоты, получаемой от отопительного прибора, для достижения заданной на термостатической головке температуры воздуха. Такое может быть как при центральном или местном, так и индивидуальном регулировании (терморегулятором). Таким образом, данная величина для терморегуляторов достижима лишь при эксплуатации, а не является расчетной. В то же время аналогичной величиной, но уже расчетной, есть максимальная пропускная способность максимально открытой запорно-регулирующей арматуры при расчетных условиях. В отечественной практике проектирования систем со средствами автоматизации такой величиной является коэффициент идеальной (условной) пропускной способности полностью открытого клапана Kvy [13].

Движение конуса клапана с максимально открытого (рис. 14,в) к максимально закрытому (рис. 14,г) положению образует соответствующие колебания перепада давления и расхода теплоносителя в системе, что приводит к перераспределению теплоносителя. Для уменьшения максимального расхода теплоносителя на клапанах типа RTD-N конструктивно ограничена высота поднятия штока.

Номинальная пропускная способность k_v.~ величина, размер которой отображает объем воды в м³, проходящей через термостатический клапан за час при перепаде давления на нем 10⁵ Па (1 бар) i-той настройке дросселя. Эта величина характеризует термостатические клапаны с предварительной настройкой. Все вышеприведенные разъяснения относительно видоизменений, вызванных расположением конуса, относятся и к данной величине. На пропускную способность клапана будет дополнительно влиять установка дросселя (рис. 15). Для терморегуляторов типа RTD-N она изменяется от 1 до 7 с шагом 0,5 и до N. Буквой «N» обозначено положение дросселя при максимально открытом дросселирующем отверстии h_max, цифрой 1 — минимальное, другими цифрами — промежуточное. При этом работа конуса клапана соответствует рис. 14. В данной конструкции терморегулятора дроссель представляет собой цилиндр со срезанной нижней кромкой определенной конфигурации. Положение дросселя устанавливают путем фиксированного его вращения вокруг штока.

Пропускная способность клапана зависит также от зоны пропорциональности (см. ниже), при которой она была определена.

Гистерезис — температурная разность между кривыми открывания

закрывания терморегулятора при одинаковом расходе теплоносителя (рис.16).

Рис. 15. Зависимость пропускной способности терморегулятора с предварительной настройкой от ее положения: а - минимальное открытие дросселя (настройка 1); б - среднее открытие дросселя (настройка 4.51 в - максимальное открытие дросселя (настройка N); 1...5- см. обозначение к рис. 14; 6 - дроссель

Кривые закрывания и открывания показывают изменение потока теплоносителя G при закрывании и открывании клапана в зависимости от температуры датчика при постоянном перепаде давлений между входом и выходом термостатического клапана и фиксированном положении термостатической головки. Гистерезис возникает вследствие механического трения подвижных частей терморегулятора. Максимальна допустимое значение гистерезиса не должно превышать 1 °С Чем ниже это значение, тем меньше отклонение от заданной температуры воздуха в помещении. Кроме того, на шкале G показаны точки отклонения пропорционального регулирования - 0,8 и 0,25 С_max на основе который базируется понятие внутреннего авторитета терморегулятора (см. п. 3.2.4).

На рис. 16 гистерезис построен для зоны пропорциональности Xp = 2К (⁰С). Зона пропорциональности клапана — величина, размер которой отображает превышение над установленной на терморегуляторе температурой воздуха помещения, приводящее к его полному закрытию, при условии соответствия расчетной теплопередачи отопительного прибора расчетным тепловым потерям помещения. Это превышение пропорционально расстоянию, проходящему конусом клапана.

Экономически целесообразный диапазон значений зоны пропорциональности — 1...2К. При больших значениях не обеспечивается тепловой комфорт в помещении и снижается энергосбережение, при меньших -I возрастают потери энергии на перекачивание теплоносителя. Выбор терморегуляторов осуществляют но характеристике 2К. Б реальных условиях это превышение будет меньшим, поскольку проектируют отопительные приборы с повышающим множителем на установку терморегулятора (см. разъяснение к h_v и h_v на рис.14).

Рис.16, Характеристические кривые:

a и b- кривые соответственно открывания и закрывания терморегулятора; а' и b' - кривые открывания и закрывания терморегулятора под действием изменения внешних факторов; с - теоретическая прямая; d - гистерезис; е и e'_r f и f - температуры соответственно закрывания и открывания; s и s' - температурные точки.

Разность температур воздуха между точками s и соответствующими f и е не должна превышать 0,8 ⁰С. Такое отклонение вызвано непропорциональностью регулирования незначительных потоков теплоносителя и конструктивными особенностями терморегулятора. Регулированные значения температур воздуха в помещении должны находиться в пределах:

• при максимальной температурной настройке термостатической головки — не более 32 ⁰С;

• при минимальной — не меньше 5 °С и не больше 12 ⁰С.

На гистерезис, кроме трения, влияют внешние факторы (кривые а' и b' на рис. 16), а именно: перепад давления теплоносителя, статическое давление теплоносителя, температура теплоносителя, температура воздуха. Минимизация этих факторов в терморегуляторах приводит к увеличению энергосбережения и уменьшению колебаний температуры воздуха в помещении (улучшению теплового комфорта).

Влияние указанного производителем максимально допустимого перепада давления теплоносителя между входом и выходом терморегулятора не должно превышать 1 °С между температурными точками s и s на двух теоретических кривых закрывания b и b'.

Влияние указанного производителем максимального рабочего давления не должно превышать 1 °С между двумя кривыми закрывания s и s', построенными под действием разных статических давлений для одной величины потока теплоносителя. Изменение перепада давления на термостатическом клапане в реальных условиях возникает при центральном или качественном местном и количественном регулировании и работе терморегуляторов. Влияние перепада давления в значительней мере зависит от обтекаемости формы конуса клапана. Терморегуляторы «Данфосс» изготовлены именно со специально профилированными клапанами.

Смещение температурной настройки терморегулятора вследствие увеличения температуры теплоносителя на 30 °С не должно превышать 1,5 °С для терморегуляторов, объединенных в одном корпусе с датчиком температуры (сильфоном) и 0,75 °С для терморегуляторов с передаточным звеном (рис. 10,6...г). Полностью избежать данного влиянии технически сложно, поскольку теплота от теплоносителя, труб, отопительного прибора передается к датчику теплопроводностью, конвекцией и излучением, вследствие чего терморегулятор воспринимает температуру помещения как более высокую. Поэтому на температурной шкале терморегулятора указывают не конкретные значения настройки температуры воздуха в помещении, а метки. На рис. 17 показано шкалы терморегуляторов «Данфосс» и соответствующие меткам ориентировочные значения температуры воздуха в помещении.

Влияние температуры воздуха помещения на терморегулятор передаточным звеном не должно превышать 1,5 °С между кривыми открывания а и а', полученными при одинаковом расходе теплоносителя, но в первом случае при разных температурах датчика и передаточного механизма, а во втором — при одинаковых.

Терморегулятор, как любой теплотехнический элемент, инерционен. Период, истраченный на изменение потока теплоносителя, после изменения температуры воздуха в помещении называют временем запаздывания (постоянной времени) терморегулятора. Его значение должно превышать 40 мин. Оно представляет собой промежуток времени между моментом изменения температуры воздуха в помещении до момента прохождения конусом клапана 63% пути, соответствующей этому изменению температуры. Время запаздывания характеризует способность терморегулятора реагировать на избытки тепловой энергии в помещении. Чем меньше это время, тем на большую часть избыточной тепловой энергии от посторонних источников теплоты будет снижена теплопередача отопительного прибора (тем больший энергосберегающий аффект).

Рис. 17. Шкалы настройки терморегуляторов «Данфосс»

Долговечность и температурная устойчивость (стабильность) терморегулятора характеризуются количеством циклов проверки механической прочности, температурной долговечности, стойкости к температурным нагрузкам.

Механическую прочность определяют поворотом термостатической головки в разных направлениях не меньше 5000 раз. Смещение температурной настройки термостатической головки и изменение номинального расхода теплоносителя не должны превышать после тестирования соответственно 2 °С и 20%.

Температурную долговечность проверяют изменением не меньше 5000 раз окружающих термостатическую головку температур - с 15 °С на 25 ⁰С. Смещение температурной настройки термостатической головки не должно превышать после тестирования соответственно 2 ⁰С, а изменение номинального расхода — 20%. Стойкость к температурным нагрузкам проверяют в условиях быстросменных температур с +50 ⁰С на -20 °С, потом на +40 ⁰С. Смещение температурной настройки термостатической головки и изменение номинального расхода теплоносителя не должны превышать соответственно 1,5 ⁰С и 20%.

Наличие вышеприведенных тестирований подтверждает высокую стабильность работы терморегуляторов на протяжении длительного периода эксплуатации с заданной точностью,без самовольного смещения температурной настройки и без ухудшения рабочих характеристик.

При технико-экономическом сравнении термостатических регуляторов для системы отопления рекомендуется провести анализ на соответствие их характеристик рекомендованным EN 215 ч.1 значениям, приведенным в табл. 3.

По результатам таблицы оценивают экономичность выбранного терморегулятора. При этом принимают энергозатратына один градус превышения установленной температуры воздуха помещения равными 5...6% использованной теплоты за отопительный период.