Эквитермальное регулирование: понятие и практическое представление

Эквитермальное регулирование: понятие и практическое представление

Системой домашнего отопления  используются радиаторы, для которых в холодное время требуется достаточно высокий нагрев. Однако оптимальной видится поддержка нагрева радиаторов на таком уровне, чтобы соблюдался баланс между подаваемой выходной мощностью нагрева и тепловыми потерями на объекте. Нагреваемая до оптимальной температуры вода в процессе циркуляции – это и есть, по сути, эквитермальное регулирование на котлах бытового исполнения. Рассмотрим этот момент домашней сантехнической практики подробнее, учитывая интерес многих владельцев бойлеров – собственников частной недвижимости.

Детали организации эквитермального регулирования

Для организации функционала эквитермального регулирования теплоносителем, температурный датчик необходимо размещать снаружи здания на теневой стороне, на высоте не менее 2 метров от земной поверхности. Для частных семейных домов и других объектов недвижимости видится очевидным фактором изменение комнатной температуры по причинам, отличным от изменения температурных значений наружного воздуха.

Поэтому, эквитермальное регулирование в классическом варианте завершается внутренним температурным датчиком (позиция 11 картинки ниже) в помещении с эталонным значением Т. Подобного рода регулирование называется эквитермальным регулированием, скорректированным с учётом контрольного значения температуры.

Практический пример с тепловым насосом

Программное обеспечение для теплового насоса обеспечивает нагрев воды в резервуаре (6) в соответствии с температурой, регулируемой по эквитермальной кривой графика (картинка 2 ниже). Реальная эквитермальная кривая регулирования уточняет значения программного обеспечения теплового компрессора, используя наблюдаемую динамику системы.

Эквитермальное регулирование на котлах - схема для применения
Пример схемы теплового снабжения частного дома, где используется бойлер совместно с тепловым насосом и применяется эквитермальное регулирование

Гистерезис установлен на ± 2,5°C, поэтому компрессор включается, когда температура воды внутри резервуара становится на 2,5°C ниже значения, определенного по эквитермальной кривой графика.

Выключение теплового компрессора происходит, когда температура воды внутри резервуара на 2,5°C выше — эквитермальное регулирование от кривой графика. Роль пользователя задается двумя точками (оптимальный вариант).

График эквитермальной кривой для температурных значений
Эквитермальное регулирование, оптимальная кривая значения Т возвратной греющей воды Tрад (радиатора) в зависимости от Т наружного воздуха (Tнар)

С точки зрения потребления теплового насоса, оптимальный режим отмечается, когда циркуляционный насос (7) работает без остановок. Программное обеспечение управления тепловым компрессором способно увеличивать или уменьшать нагревание воды на ± 5°C по сравнению с эквитермальной кривой в соответствии с регулируемой комнатной температурой.

Компенсация динамики системы

Комнатный показатель измеряется терминалом по месту для компенсации динамики системы. Температуру в контрольном помещении рекомендуется поддерживать близкой к значению, установленному пользователем (в данном случае — 22°C).

Это значение не должно превышать 22,5°C, в противном случае блок управления тепловым компрессором отключает циркуляционный насос (7). Если отключение происходит часто, температура нагреваемой воды слишком высока и коэффициент COP (Coefficient of Performance — отношение мощности обогрева к потребляемой мощности) уже не является оптимальным.

Рассчитать COP можно с помощью формулы:

COP = Q / Es

где Q — тепло, производимое системой, кВт/ч; Es — энергопотребление теплового насоса и всех систем, связанных с тепловым насосом, кВт/ч.

Эквитермальное регулирование и график зависимости COP
График, демонстрирующий связь между системным отношением мощности обогрева к потребляемой мощности (COP) и фактором энергосбережения, по сравнению с электрическими бытовыми котлами

С целью определения КПД и эффективности нагрева, проводился эксперимент с измерением четырёх температурных значений:

  • воды исходной скважины (TS),
  • воды, возвращаемой в сборную скважину (TC),
  • выходящей воды для нагрева (TO),
  • воды, возвращаемой из радиаторов (Tрад).

Использовались два термометра типа «Extech EA», каждый с двумя калиброванными контактными температурными датчиками. Контрольные сенсоры устанавливались на медные трубы под теплоизоляцией.

Анализ оптимизации установки с эквитермальным регулированием

На практике исследовалось и оптимизировалось поведение системы водоснабжения, установленной внутри частного семейного дома. Схема системы показана на картинке выше. Источником энергии является скважина (1) с уровнем воды 7,73 метра ниже уровня земли. Уровень воды не колеблется — воды хватает в течение всего года.

Погружной насос (2) перекачивает воду через теплообменник вода-хладагент теплового компрессора типа «Mastertherm Aquamaster AQ22Z» (3) в сборную скважину (4), расположенную в 16 метрах от скважины-источника (1).

Циркуляционный насос (5) является принадлежностью теплового компрессора и выбирался с учётом действия высокой эффективности. Прибором обеспечивается циркуляция горячей воду между напорным насосом (3) и водяным резервуаром объёмом 300 литров (6). Аппарат имеет потребляемую мощность до 150 Вт и расход воды 0,6 л/с.

Водяной резервуар установлен с целью снижения цикличности действия теплового насоса. Устройство циркуляции отопительной воды типа «Wilo Jonos Pico 25/6» (7) подаёт горячую воду на 13 радиаторов (8). Общее количество теплоносителя в системе отопления (включая водяной бак и тепловой насос) составляет 560 литров. Расширительный бак (9) необходим для безопасности системы.

Домашняя отопительная система с эквитермальным регулированием содержит также трёхходовой клапан и второй резервуар для воды с теплообменником под производство горячей воды (10). Эти компоненты не отмечены на схеме, потому что подготовка горячей воды не является предметом темы об эквитермальном регулировании.

Рассмотрена только система отопления, которая включает в состав также контрольный терминал (11) с пользовательским интерфейсом, термометром и цифровой связью с тепловым насосом. Описанная система является одновалентной. Частный жилой дом хорошо изолирован, мощности теплового насоса достаточно для отопления домашних помещений в течение всего сезона.

Преимущественные стороны эквитермального регулирования

Преимущество эквитермального регулирования состоит в том, чтобы обеспечивался нагрев объекта при самой низкой температуре нагрева воды в самые длинные периоды времени. Так обеспечивается постоянный температурный фон нагревательных элементов. Поскольку радиаторы нагреты постоянно, налицо стабильное тепловое излучение, благодаря чему достигается оптимальный комфорт пользователя.

После выполнения настройки эквитермальной кривой, необходимо подождать один-два дня, чтобы получить тепловую характеристику по месту. Также следует проконтролировать частоту переключения комнатного термостата. Если прибор отключается слишком часто, очевидно – нагрев осуществляется, главным образом, комнатным термостатом, потому необходимо уменьшить крутизну эквитермальной кривой. Следует помнить: внешний датчик эквитермального регулирования обычно располагается на северной или северо-западной стороне обслуживаемого здания.

Заключение

Для настройки эквитермального регулирования на котлах важны различные вводимые значения, например:

  • потери тепла в отапливаемом здании,
  • значения для нагрева здания и т. д.

При выборе подходящей кривой графика необходимо понимать, что если кривая слишком крутая, здание не будет отапливаться за счёт эквитермального регулирования, но регулирование будет выполнено комнатным термостатом. Поэтому преимущества эквитермального регулирования будут попросту утеряны, а система сможет реагировать только на температуру окружающей среды. Если же кривая графика слишком мала, температура нагреваемой воды будет недостаточно высокой, чтобы обеспечить комфорт внутри отапливаемого здания.


 



Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *