Гидроника (от древнегреческого гидро- ‘вода’) — это использование жидкой или газообразной воды (пара) или водного раствора (обычно гликоля с водой) в качестве тепла. -Переносная среда в системах отопления и охлаждения. Название отличает такие системы от систем с маслом и хладагентом.
Исторически сложилось так, что в крупных коммерческих зданиях, таких как высотные здания и кампусы, гидравлическая система может включать в себя как контур охлажденной, так и нагретой воды, чтобы обеспечить как отопление, так и кондиционирование воздуха. Чиллеры и градирни используются отдельно или вместе для обеспечения водяного охлаждения, а котлы нагревают воду. Недавней инновацией является система котлов-чиллеров, которая обеспечивает эффективную систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в домах и небольших коммерческих помещениях.
Районное отопление
Во многих крупных городах имеется система централизованного теплоснабжения, которая через подземные трубопроводы обеспечивает общедоступную горячую и охлажденную воду высокой температуры. К ним можно подключить здание в служебном районе при условии внесения платы за обслуживание.
Типы гидравлических систем
Основные типы
Гидравлические системы могут включать в себя следующие виды распределения:
Классификация
Гидравлические системы далее классифицируются по пяти признакам:
Расположение трубопроводов
Гидравлические системы можно разделить на несколько общих категорий расположения трубопроводов:
Однотрубный паровой
В старейшей современной технологии водяного отопления однотрубная паровая система подает пар к радиаторам, где пар отдает свое тепло и снова конденсируется в воду. Радиаторы и трубы подачи пара расположены так, что сила тяжести в конечном итоге выводит этот конденсат обратно через трубопровод подачи пара в котел, где он снова может быть превращен в пар и возвращен в радиаторы.
Несмотря на свое название, радиатор не нагревает помещение за счет излучения. При правильном расположении радиатор создаст в помещении конвекционный поток воздуха, который и обеспечит основной механизм теплопередачи. Принято считать, что для достижения наилучших результатов паровой радиатор должен находиться на расстоянии не более одного-двух дюймов (2,5-5 см) от стены.
Однотрубные системы ограничены как в своей способности поставлять большие объемы пара (т. е. тепла), так и в способности контролировать поток пара к отдельным радиаторам (поскольку перекрытие подачи пара задерживает конденсат в радиаторах). Из-за этих ограничений однотрубные системы больше не являются предпочтительными.
Эти системы зависят от правильной работы термостатических воздухоотводных клапанов, расположенных на радиаторах по всей отапливаемой площади. Когда система не используется, эти клапаны открыты в атмосферу, а радиаторы и трубы содержат воздух. Когда начинается цикл нагрева, котел вырабатывает пар, который расширяется и вытесняет воздух в системе. Воздух выходит из системы через воздухоотводные клапаны на радиаторах и на самих паровых трубах. Термостатические клапаны закрываются, когда они становятся горячими; в наиболее распространенном виде давление паров небольшого количества спирта в клапане оказывает силу, приводящую в действие клапан и предотвращающую выход пара из радиатора. Когда клапан остывает, воздух поступает в систему, чтобы заменить конденсирующийся пар.
Некоторые более современные клапаны можно отрегулировать для более быстрого или медленного выпуска воздуха. В общем, клапаны, ближайшие к котлу, должны выпускать воздух медленнее всего, а клапаны, самые дальние от котла, должны выпускать воздух быстрее всего. В идеале пар должен достигать каждого клапана и закрывать каждый клапан одновременно, чтобы система могла работать с максимальной эффективностью; это состояние известно как «сбалансированная» система.
Двухтрубные паровые системы
В двухтрубных паровых системах существует обратный путь для конденсата, который может включать как насосы, так и поток, вызванный силой тяжести. Поток пара к отдельным радиаторам можно регулировать с помощью ручных или автоматических клапанов.
Двухтрубная система прямого возврата
Обратный трубопровод, как следует из названия, имеет самый прямой путь к котлу.
Преимущества
Более низкая стоимость обратного трубопровода в большинстве (но не всех) приложений, а подающий и обратный трубопровод разделены.
Недостатки
Эту систему может быть сложно сбалансировать, поскольку длина подающей линии отличается от длины обратной; чем дальше от котла находится теплообменное устройство, тем более выражена разница давлений. По этой причине всегда рекомендуется: минимизировать падение давления в распределительном трубопроводе; используйте насос с характеристика плоской головки[если она определена как?], включает в себя балансировочные и расходомерные устройства на каждом терминале или ответвлении цепи; и используйте регулирующие клапаны с высокая потеря напора[когда определяется как?] на клеммах.
Двухтрубная система обратной обратки
Двухтрубная конфигурация с обратным возвратом, которую иногда называют «трехтрубной системой», отличается от двухтрубной системы способом возврата воды в котел. В двухтрубной системе, как только вода покинула первый радиатор, она возвращается в котел для повторного нагрева, и так со вторым, третьим и т. д. При двухтрубном обратном возврате обратная труба направляется к последнему радиатору. в системе перед возвращением в котел для повторного нагрева.
Преимущества
Преимущество двухтрубной системы обратного возврата состоит в том, что длина труб к каждому радиатору примерно одинакова, это обеспечивает одинаковое сопротивление трения потоку воды в каждом радиаторе. Это позволяет легко балансировать систему.
Недостатки
Монтажник или ремонтник не может быть уверен, что каждая система самобалансируется, не проверив ее должным образом.
Водяные петли
Современные системы почти всегда используют нагретую воду, а не пар. Это открывает в системе возможность использования охлажденной воды для кондиционирования воздуха.
В домах водяной контур может представлять собой простую трубу, которая «закольцовывает» поток через каждый радиатор в зоне. В такой системе поток к отдельным радиаторам не может регулироваться, поскольку вся вода протекает через каждый радиатор в зоне. В немного более сложных системах используется «основная» труба, которая непрерывно течет по зоне; отдельные радиаторы отводят небольшую часть потока в основную трубу. В этих системах можно модулировать отдельные излучатели. В качестве альтернативы можно установить несколько контуров с несколькими радиаторами, при этом расход в каждом контуре или зоне контролируется зональным клапаном, подключенным к термостату.
В большинстве систем водоснабжения вода циркулирует с помощью одного или нескольких циркуляционных насосов. Это резко контрастирует с паровыми системами, в которых собственного давления пара достаточно для распределения пара по удаленным точкам системы. Система может быть разбита на отдельные зоны отопления с использованием либо нескольких циркуляционных насосов, либо одного насоса и зональных клапанов с электрическим управлением.
Повышение эффективности и сокращение эксплуатационных расходов
Благодаря внедрению изоляционных материалов удалось значительно повысить эффективность и, следовательно, снизить эксплуатационные расходы систем водяного отопления.
Трубы системы радиаторной панели покрыты огнестойким, гибким и легким эластомерным резиновым материалом, предназначенным для теплоизоляции. Эффективность обогрева плиты повышается за счет установки теплового барьера из пенопласта. В настоящее время на рынке представлено множество предложений продукции с различными энергетическими классами и способами установки.
Балансировка
Большинство гидравлических систем требуют балансировки. Это включает в себя измерение и настройку расхода для достижения оптимального распределения энергии в системе.
В сбалансированной системе каждый радиатор получает достаточно горячей воды, чтобы он мог полностью нагреться.
Очистка котловой воды
В бытовых системах может использоваться обычная водопроводная вода, но сложные коммерческие системы часто добавляют в воду различные химические вещества. Например, эти добавленные химические вещества могут:
Удаление воздуха
Все гидравлические системы должны иметь средства для удаления воздуха из системы. Правильно спроектированная безвоздушная система должна продолжать нормально функционировать в течение многих лет.
Воздух вызывает раздражающие шумы в системе и нарушает правильную передачу тепла к циркулирующим жидкостям и от них. Кроме того, растворенный в воде кислород, если его уровень не снижается ниже приемлемого уровня, вызывает коррозию. Эта коррозия может привести к образованию ржавчины и накипи на трубопроводах. Со временем эти частицы могут расшататься и перемещаться по трубам, уменьшая или даже блокируя поток, а также повреждая уплотнения насоса и другие компоненты.
Система водяного контура
В системах с водяным контуром также могут возникнуть проблемы с воздухом. Воздух, находящийся в гидравлических системах водяного контура, можно разделить на три формы:
Бесплатный воздух
Различные устройства, такие как ручные и автоматические воздухоотводчики, используются для удаления свободного воздуха, который поднимается к верхним точкам всей системы. Автоматические воздухоотводчики содержат клапан, управляемый поплавком. При наличии воздуха поплавок опускается, позволяя клапану открыться и выпустить воздух. Когда вода достигает (заполняет) клапан, поплавок поднимается, блокируя выход воды. Небольшие (бытовые) версии этих клапанов в старых системах иногда оснащаются фитингом воздушного клапана типа Шредера, и любой захваченный, теперь уже сжатый воздух можно удалить из клапана, вручную нажимая на шток клапана до тех пор, пока не начнет выходить вода, а не воздух. появляться.
Вовлекаемый воздух
Захваченный воздух — это пузырьки воздуха, которые перемещаются по трубопроводу с той же скоростью, что и вода. Воздушные «совки» являются одним из примеров продуктов, которые пытаются удалить этот тип воздуха.
Растворенный воздух
Растворенный воздух также присутствует в воде системы, и его количество определяется главным образом температурой и давлением (см. Закон Генри) поступающей воды. В среднем водопроводная вода содержит от 8 до 10% растворенного воздуха по объему.
Удаление растворенного, свободного и увлеченного воздуха может быть достигнуто только с помощью высокоэффективного устройства удаления воздуха, которое включает в себя коалесцирующую среду, которая постоянно вычищает воздух из системы. Устройства сепаратора воздуха тангенциального или центробежного типа ограничиваются удалением только свободного и увлеченного воздуха.
Компенсация теплового расширения
Вода расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. Гидравлическая система с водяным контуром должна иметь один или несколько расширительных баков в системе, чтобы вместить этот изменяющийся объем рабочей жидкости. В этих резервуарах часто используется резиновая диафрагма, находящаяся под давлением сжатого воздуха. Расширительный бак вмещает расширенную воду за счет дальнейшего сжатия воздуха и помогает поддерживать примерно постоянное давление в системе при ожидаемом изменении объема жидкости. Также используются простые цистерны, открытые для атмосферного давления.
Вода также резко расширяется, когда испаряется или вспыхивает, превращаясь в пар. Трубы для барботажа могут помочь компенсировать вспыхивание, которое может произойти, когда конденсат высокого давления попадает в область более низкого давления.
Автоматические механизмы наполнения
Гидронные системы обычно подключаются к водоснабжению (например, к общественному водоснабжению). Автоматический клапан регулирует количество воды в системе, а также предотвращает обратный поток системной воды (и любых химикатов для обработки воды) в водоснабжение.
Механизмы безопасности
Чрезмерное тепло или давление могут привести к выходу системы из строя. В системе всегда устанавливается по крайней мере один комбинированный клапан защиты от перегрева и избыточного давления, который позволяет пару или воде выходить в атмосферу в случае отказа какого-либо механизма (например, регулятора температуры котла), а не позволяет катастрофический разрыв трубопроводов, радиаторов или котла. Предохранительный клапан обычно имеет ручку ручного управления, позволяющую проводить тестирование и промывать загрязнения (например, песок), которые могут вызвать утечку клапана в обычных условиях эксплуатации.
Быстрая конденсация пара также может привести к гидравлическому удару, который при быстром изменении объема от газа к жидкости приводит к мощному вакуумному усилию. Это может повредить и разрушить арматуру, клапаны и оборудование. Правильная конструкция и добавление вакуумных прерывателей снижают или устраняют риск этих проблем.
