Насосно-смесительный узел системы низкотемпературного отопления

Полезная модель относится к насосно-смесительным узлам системы низкотемпературного отопления для изменения теплопередачи (температурного режима теплоносителя), ее увеличения или уменьшения и предназначена для обеспечения комфортного и экономичного теплоснабжения как всего здания, так и отдельных блоков помещений, а именно для системы «теплый пол».
Отопление в полу - это вид системы низкотемпературного отопления. По ряду причин, в трубопроводы теплоноситель необходимо подавать с температурой ниже 55°С. Именно насосно-смесительный узел обеспечивает поддержание температуры теплоносителя на значениях, необходимых для низкотемпературного отопления, путем смешивания двух потоков - горячего (от высокотемпературной магистрали системы отопления) и охлажденного (от обратной магистрали после прохождения через систему низкотемпературного отопления, к примеру «теплый пол»).
Насосно-смесительный узел теплого пола является важнейшей составляющей системы. Он не только обеспечивает циркуляцию теплоносителя через контуры и поддерживает в них необходимую температуру теплоносителя, но и обеспечивает интеграцию с коллекторами, через которые теплоноситель распределяется по контурам теплого пола, собирается обратно коллекторы и возвращается в узел управления. Правильная компоновка насосно-смесительного узла влияет на функциональность и надежность всей системы отопления.
Известен коллектор с интегрированным смесительным узлом, состоящий из подающей и возвратной частей, включающих подающий и обратный трубопровод, микрометрические клапаны, балансировочные клапаны, клапаны заполнения и слива, клапаны сброса воздуха, стыковочные соединительные элементы и термометры, характеризующийся тем, что он снабжен встроенным смесительным узлом, включающим дополнительный ручной клапан сброса воздуха, циркуляционный насос, линию байпаса с балансировочным клапаном, подводящий двухходовой (регулирующий) клапан, а также отводящий балансировочный клапан. (Патент № 59789, МПК F28F 13/00, опубликован 27.12.2006).
Недостатком данной конструкции является отсутствие возможности разнесения насосно-смесительного узла и коллектора в разные установочные места. При отоплении зданий с несколькими этажами или блоками помещений устанавливаются индивидуальная коллекторные группы, а подготовка теплоносителя осуществляется одним насосно-смесительным узлом.
Недостаточная надежность насосно-смесительного узла с одним датчиком температуры, при выходе которого из строя, теплоноситель с температурой выше допустимой может поступать в контуры теплого пола. А если выход из строя датчика температуры совпадет с остановкой циркуляционного насоса это приведет к неминуемому превышению температуры теплоносителя подаваемого в контуры теплого пола, что может повлечь даже разрушение стяжки теплого пола.
Наиболее близким по технической сущности является RTL-управляемый насосно-смесительный узел ТА НСУ ПБ описание которого есть в сети интернет по адресу: https://tsgvps.ru/opisaniya/opisanie-termoadaptivnye-pogodozavisimye-nasosno-smesitelnye-uzlov/ , который принят за прототип.
Насосно-смесительный узел низкотемпературной системы отопления, имеющий циркуляционный насос, объединяющий через патрубки циркуляции участок подачи, совмещенный с патрубком подачи и участок подмеса, совмещенный с патрубком возврата, при этом насосно-смесительный узел сообщен с высокотемпературной магистралью через регулирующий клапан подачи и регулирующий клапан возврата, каждый из которых снабжен приводом, имеющим термодатчик, регулирующий клапан подачи расположен на участке подмеса у патрубка циркуляции, обратный клапан расположен на участке подмеса, между патрубком циркуляции и патрубком возврата.
Недостатком данного насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления является:
1. Недостаточная надежность работы, вследствие того, что управление всей системой низкотемпературного отопления осуществляется по термодатчикам, расположенным на одном контуре теплого пола. В случае прекращения циркуляции теплоносителя через этот контур, например, при образовании в нем воздушной пробки или при отключении этого контура теплого пола в случае нарушения его герметичности, нарушается управление всей системой, подключенной к данному узлу управления.
2. Усложненный ремонт, связанный с тем, что термодатчики приводов, примененные в этом насосно-смесительном узле, установлены между трубой контура теплого пола и коллектором, а в случае выхода из строя привода с термодатчиком и их замены, необходимо произвести отключение данного контура от системы, слить с контура часть теплоносителя, демонтировать датчик, разобрать соединения и повторить все операции в обратной последовательности, что требует специальных знаний, навыков и опыта.
3. Невозможность разнесения насосно-смесительного узла системы и распределительных коллекторов по разным местам, этажам или блокам.
Технические задачи, на решение которых направлена полезная модель, заключаются в увеличении надежности работы насосно-смесительного узла, в обеспечении возможности разнесения в разные места коллекторов и насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления, а также в упрощении ремонтоспособности насосно-смесительного узла системы низкотемпературного системы отопления.
Технические задачи достигаются за счет того, что насосно-смесительный узел системы низкотемпературного отопления, имеющий циркуляционный насос, объединяющий через патрубки циркуляции участок подачи, совмещенный с патрубком подачи и участок подмеса, совмещенный с патрубком возврата, при этом насосно-смесительный узел сообщен с высокотемпературной магистралью через регулирующий клапан подачи и регулирующий клапан возврата, каждый из которых снабжен приводом, имеющим термодатчик, регулирующий клапан подачи расположен на участке подмеса у патрубка циркуляции, обратный клапан расположен на участке подмеса, между патрубком циркуляции и патрубком возврата, согласно полезной модели один из термодатчиков размещен между патрубком циркуляции участка подмеса и патрубком возврата теплоносителя системы низкотемпературного отопления.
Для пояснения сущности полезной модели приведены чертежи: Фиг.1 - общий вид насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления.
Фиг.2 - схема работы насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления.
Насосно-смесительный узел включает:
1 - циркуляционный насос
2 - патрубок циркуляции
3 - участок подачи
4 - патрубок подачи
5 - участок подмеса
6 - патрубок возврата
7 - регулирующий клапан подачи
8 - привод клапана подачи
9 - термодатчик возврата циркулирующего теплоносителя
10 - регулирующий клапан возврата
11 - привод клапана возврата
12 - термодатчик подачи циркулирующего теплоносителя
13 - клапан обратный
14 - коллектор распределения циркулирующего теплоносителя
15 - коллектор объединения циркулирующего теплоносителя
16 - контуры теплого пола
17 - гильза защитная
Т1- подача из высокотемпературной магистрали
Т2- возврат в высокотемпературную магистраль
Т3- подача низкотемпературного теплоносителя
Т4- возврат низкотемпературного теплоносителя
Частный случай выполнения полезной модели (см. фиг.1).
Для насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления использованы детали, находящиеся в свободной продаже под наименованием, указанным в кавычках.
1
1
1
1
1
1
1
1
/
/
/
/
/
/
/
/
2
2
2
2
4
2
4
2
Циркуляционный насос «AM-XPS25-6-130» - 1шт. 1; «Комплект для монтажа смесительной группы теплого пола, 1", Установочный размер насоса: 1 дюйма артикул M317-4» - 1комплект, в котором содержатся патрубки циркуляции 2, участок подачи 3, совмещенный с патрубком подачи 4 и участок подмеса 5, совмещенный с патрубком возврата 6. На участке подмеса 5, между патрубком возврата 6 и патрубком циркуляции 2, располагается обратный капан 13. На участке подачи 3 и участке подмеса 5 у патрубка циркуляции 2 в торце имеется внутренняя резьба 1", в которую закручены переходники «Футорка с уплотнительным кольцом " г * 1" ш, никелированный артикул M302-24» - 2шт, у которых наружная резьба 1" и внутренняя резьба ". При сборке насосно-смесительного узла, в частном случае, из вышеуказанного комплекта извлечены: погружная гильза «Погружная гильза под капилляр (датчика температуры) "*130мм артикул M322-130»-1 шт., «Термометр "малый", с гильзой, "(0°С - 80°С) артикул Y-40T-80» -2 шт. и 2шт. «Футорка НИКЕЛЬ  ш * г артикул BX029N». В резьбовые отверстия " на место демонтированных термометров с футорками установлены защитные гильзы 17 «189|Штуцер для выносного датчика термостатической головки код 87189AD06» - 2шт. Регулирующие клапаны 7 и 10 - «Вентиль термостатический н/н с разъемным соединением THERMO артикул 162N2300» - 2шт. Приводы 8 и 11 с термодатчиком 9 и 12 - «Термостатическая головка 20°-50°C с погружным датчиком арт. 995/82995AС20» - 2шт.
Выполнение насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления (см. фиг.1).
1
/
2
К патрубкам циркуляции 2 участка подачи 3 и участка подмеса 5 накидными гайками 1" через уплотнительные прокладки (из комплекта насоса) присоединен циркуляционный насос 1, расположенный по направлению стрелки на его корпусе, от участка подмеса к участку подачи.
В переходники, установленные в торцах участков подачи и подмеса, вкручены разъемные соединения регулирующих клапанов 7 и 10. К разъемному соединению, установленному на торце участка подмеса, присоединен регулирующий клапан подачи 7, причем стрелка на корпусе регулирующего клапана направлена к узлу подмеса. К разъемному соединению, установленному на торце участка подачи, присоединен регулирующий клапан возврата 10, причем стрелка на корпусе регулирующего клапана направлена от узла подачи.
На регулирующий клапан подачи 7 установлен привод 8 термодатчик 9 которого расположен в гильзе защитной 17, которая в свою очередь размещена на участке подмеса 5 между патрубком циркуляции 2 и патрубком возврата теплоносителя 6.
На регулирующий клапан возврата 10 установлен привод 11 термодатчик 12 которого расположен в гильзе защитной 17, которая в свою очередь размещена на участке подачи 3, между патрубком циркуляции 2 и патрубком подачи теплоносителя 4. По сути термодатчик 12 может быть установлен на циркуляционном насосе 1, так и на патрубке циркуляции 2 участка подачи 3, так и на самом участке подачи 3, так и на регулирующем клапане возврата 10, так и на патрубке подачи теплоносителя 4 так, и на коллекторе 14 распределения циркулирующего теплоносителя. Все соединения закручены с помощью гаечных ключей. Герметичность обеспечена за счет эластичных уплотнительных элементов.
Конструкция готова к работе.
Заявляемый насосно-смесительный узел системы низкотемпературного отопления основан на принципе параллельного смешивания теплоносителей. К теплоносителю, циркулирующему через контуры теплого пола, подмешивается высокотемпературный теплоноситель, подаваемый из высокотемпературной магистрали и возвращающийся с тем же одномоментным расходом в высокотемпературную магистраль. Расход высокотемпературного теплоносителя через насосно-смесительный узел не более расхода, проходящего через менее открытый регулирующий клапан, вследствие того, что они расположены на подаче и возврате одной и той же магистрали. При работающем циркуляционном насосе, температура теплоносителя, возвращающегося в высокотемпературную магистраль и подаваемого в контуры теплого пола, одинакова.
На фиг.2 представлена схема работы насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления, поясняющая действие полезной модели в частном случае.
На контурах теплого пола отсутствуют автоматические регуляторы расхода, и при работающем циркуляционном насосе расход теплоносителя через контуры теплого пола условно постоянный. Пропускная способность регулирующих клапанов значительно меньше пропускной способности контуров теплого пола.
Подача высокотемпературной магистрали Т1 сообщается через регулирующий клапан подачи 7 с участком подмеса 5. На приводе клапана подачи 8, имеющем термодатчик 9 установлено значение 30°С. Возврат в высокотемпературную магистраль Т2 сообщен через регулирующий клапан возврата 10 с участком подачи 3. На приводе 11, имеющем термодатчик 12 установлено значение 45°С. Участок подачи 3 сообщается через патрубок подачи 4 с коллектором распределения циркулирующего теплоносителя 14, а участок подмеса 5 сообщен через патрубок возврата 6 с коллектором 15 объединения циркулирующего теплоносителя. К коллекторам 14 и 15 подключены контуры теплого пола.
При включении циркуляционного насоса 1 теплоноситель Т1 через регулирующий клапан подачи 7 поступает в патрубок циркуляции 2, расположенный на участке подмеса 5. Теплоноситель из контуров теплого пола 16 через коллектор 15 объединения циркулирующего теплоносителя и через патрубок возврата теплоносителя 6 поступает в участок подмеса 5. На участке подмеса 5 расположен обратный клапан 13, который обеспечивает возврат низкотемпературного теплоносителя Т4 в патрубок циркуляции 2, но не позволяет теплоносителю подачи из высокотемпературной магистрали Т1 поступать в контуры теплого пола 16 со стороны патрубка возврата теплоносителя 6, в случае прекращения работы циркуляционного насоса 1. Теплоносители Т1 и Т4 объединяются в патрубке подмеса 2, смешиваются в циркуляционном насосе 1 и поступают в участок подачи 3.
Часть теплоносителя, равная количеству теплоносителя поступившего
из высокотемпературной магистрали Т1, возвращается через регулирующий клапан возврата 10 в высокотемпературную магистраль Т2, а часть теплоносителя Т3 поступает через патрубок подачи теплоносителя 4 и коллектор 14 распределения циркулирующего теплоносителя на вход в контуры теплого пола 16. По мере прогрева контуров теплого пола 16, повышается температура теплоносителя на выходе из них, и повышается температура возврата низкотемпературного теплоносителя Т4. Каждый регулирующий клапан, снабженный приводом с термодатчиком, работает как автономный пропорциональный регулятор расхода теплоносителя в зависимости от температуры термодатчика. При повышении температуры термодатчика привод воздействует на регулирующий клапан, уменьшая пропускную способность этого клапана. При понижении температуры термодатчика, привод воздействует на регулирующий клапан, увеличивая пропускную способность этого клапана.
Если температура подачи низкотемпературного теплоносителя Т3 превышает значение, установленное на приводе клапана возврата 11, регулирующий клапан возврата 10 закрывается, если, вышеуказанная температура ниже значения в частном случае 45°С, тогда регулирующий клапан возврата 10 открывается.
Таким образом, регулирующий клапан возврата 10, снабженный приводом 11, имеющим термодатчик 12, обеспечивает температуру подачи низкотемпературного теплоносителя Т3 не выше значения установленного на приводе 11.
Если температура возврата низкотемпературного теплоносителя Т4 превышает значение, установленное на приводе клапана возврата 8, регулирующий клапан подачи 7 закрывается, если вышеуказанная температура ниже значения в частном случае 30°С, тогда регулирующий клапан подачи 7 открывается.
Таким образом, регулирующий клапан подачи 7, снабженный приводом 8, имеющим термодатчик 9, обеспечивает температуру возврата низкотемпературного теплоносителя Т4 на уровне значения, установленного на приводе 8.
К особенностям частного случая выполнения полезной модели относятся преимущества:
1. При отключении одного или нескольких контуров теплого пола, управление системой низкотемпературного отопления не нарушается, так как управление всей системой происходит по температурам подачи Т3 и возврата Т4 низкотемпературного теплоносителя, поступающего из всех работающих контуров теплого пола 16.
2. При отключении или выходе из строя привода клапана подачи 8, насосно-смесительный узел продолжает управлять системой низкотемпературного отопления, поддерживая постоянную температуру подачи низкотемпературного теплоносителя Т3 на значении, заданном на приводе клапана возврата 11.
3. При отключении или выходе из строя привода клапана возврата 11, насосно-смесительный узел продолжает управлять системой низкотемпературного отопления, поддерживая постоянную температуру возврата низкотемпературного теплоносителя Т4 на значении, заданном на приводе клапана подачи 8.
4. Если привод клапана подачи 8 установлен на клапан возврата 10, а привод клапана возврата 11 установлен на клапан подачи 7, насосно-смесительный узел работает в штатном режиме.
Вышеуказанные преимущества остаются и в случае, если насосно-смесительный узел и коллекторы 14 и 15 разнесены в разные места, и сообщаются между собой через трубопроводы.
Опытные испытания подтвердили возможность достижения поставленных задач: увеличение надежности работы насосно-смесительного узла, обеспечение возможности разнесения в разные места коллекторов и насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления, а также упрощение ремонтоспособности насосно-смесительного узла системы низкотемпературного отопления.