Современные элеваторные узлы системы отопления

Как функционирует элеватор?

Если говорить простыми словами, то элеватор в системе отопления – это водяной насос, не требующий подведения энергии извне. Благодаря этому, да еще простой конструкции и низкой стоимости, элемент нашел свое место практически во всех тепловых пунктах, что строились в советское время. Но для его надежной работы нужны определенные условия, о чем будет сказано ниже.

Чтобы понять устройство элеватора системы отопления, следует изучить схему, представленную выше на рисунке. Агрегат чем-то напоминает обычный тройник и устанавливается на подающем трубопроводе, своим боковым отводом он присоединяется к обратной магистрали. Только через простой тройник вода из сети проходила бы сразу в обратный трубопровод и прямо в систему отопления без снижения температуры, что недопустимо.

Стандартный элеватор состоит из подающей трубы (предкамеры) со встроенным соплом расчетного диаметра и смесительной камеры, куда подводится остывший теплоноситель из обратки. На выходе из узла патрубок расширяется, образуя диффузор. Агрегат действует следующим образом:

• теплоноситель из сети с высокой температурой направляется в сопло;
• при прохождении через отверстие малого диаметра скорость потока возрастает, из-за чего за соплом возникает зона разрежения;
• разрежение вызывает подсасывание воды из обратного трубопровода;
• потоки смешиваются в камере и выходят в систему отопления через диффузор.

Как происходит описанный процесс, наглядно показывает схема элеваторного узла, где все потоки обозначены разными цветами:

Непременное условие устойчивой работы узла заключается в том, чтобы величина перепада давления между подающей и обратной магистралью сети теплоснабжения было больше, чем гидравлическое сопротивление отопительной системы.

Наряду с явными преимуществами данный смесительный узел обладает одним существенным недостатком. Дело в том, что принцип работы элеватора отопления не позволяет регулировать температуру смеси на выходе. Ведь что для этого нужно? Изменять при необходимости количество перегретого теплоносителя из сети и подсасываемой воды из обратки. Например, чтобы температуру снизить, надо уменьшить расход на подаче и увеличить поступление теплоносителя через перемычку. Этого можно добиться только уменьшением диаметра сопла, что невозможно.

Проблему качественного регулирования помогают решить элеваторы с электроприводом. В них посредством механического привода, вращаемого электродвигателем, увеличивается или уменьшается диаметр сопла. Это реализовано за счет дроссельной иглы конусной формы, входящей в сопло изнутри на определенное расстояние. Ниже изображена схема элеватора отопления с возможностью управления температурой смеси:

1 – сопло; 2 – дроссельная игла; 3 – корпус исполнительного механизма с направляющими; 4 – вал с зубчатым приводом.

Примечание. Вал привода может снабжаться как рукояткой для управления вручную, так и электродвигателем, включаемым дистанционно.

Появившийся относительно недавно регулируемый элеватор отопления позволяет производить модернизацию тепловых пунктов без кардинальной замены оборудования. Учитывая, сколько еще подобных узлов функционирует на просторах СНГ, подобные агрегаты приобретают все большую актуальность.

Что такое элеваторный узел?

Элеваторный или тепловой узел – это приспособление, одновременно выполняющее функции инжекционного насоса. Главное предназначение такой конструкции заключается в повышении давления в отопительных сетях и увеличении прокачки и объема теплового носителя в магистрали.

Элеватор отопления позволяет транспортировать по магистрали теплоноситель с температурой +150°С, что повышает энергоэффективность системы отопления. Если сравнить теплоотдачу определенного объема жидкости с температурой +90°С с таким же объемом жидкости с температурой 150 градусов, то количество транспортируемой тепловой энергии во втором случае будет значительно больше.

Описывая элеваторный узел системы отопления и что это такое, стоит отметить, что такие устройства позволяют быстро перемещать по магистрали теплоноситель с температурой выше точки кипения без преобразования жидкости в пар. Это достигается благодаря тому, что в сети постоянно поддерживается высокое давление.

Схема и принцип работы

Схема элеваторного узла отопления довольно простая. Внешне конструкция напоминает громоздкий тройник из металлических труб, каждая из которых на конце имеет соединительный фланец.

Типовая схема элеваторного узла отопления выглядит следующим образом:

• Левый патрубок напоминает сопло, которое сужается до необходимого расчетного диаметра.
• После него следует цилиндр камеры смешивания.
• Снизу находится патрубок для присоединения обратного трубопровода.
• С правой стороны есть еще один патрубок. Это специальный диффузор с расширением, направляющий нагретый теплоноситель в отопительную систему.

Рассмотрев устройство элеватора теплового узла, стоит разобраться в его подключении. К левому патрубку подключается подающая магистраль отопительной централизованной сети. К нижнему патрубку подключается трубопровод с обраткой. С двух сторон устанавливаются отсекающие задвижки и сетчатые фильтры грубой очистки.

Важно! Конструкция теплового узла обязательно дополняется датчиками температуры, манометрами и тепловыми счетчиками. Если рассматривать тепловой узел в многоквартирном доме, принцип работы устройства заключается в следующем:

Если рассматривать тепловой узел в многоквартирном доме, принцип работы устройства заключается в следующем:

• При прохождении теплоносителя через патрубок с соплом его скорость увеличивается за счет повышенного давления жидкости в магистрали. Это позволяет добиться эффекта инжекционного насоса. Благодаря соплу обеспечивается более эффективная циркуляция жидкости в трубопроводах.
• При попадании воды в смесительную камеру напор уменьшается. При прохождении струи через диффузор в камере смешивания среда разрежается. Благодаря эффекту инжекции жидкость с большим давлением увлекает за собой воду из обратной магистрали.
• Охлажденные и нагретые потоки перемешиваются в камере элеватора. В итоге при выходе из диффузора теплоноситель имеет температуру в пределах 95 градусов.

Важно! Для эффективной работы элеваторного узла разница давлений в подающей и обратной магистрали должна быть в определенных пределах, чтобы преодолевать гидравлическое сопротивление жидкости

Плюсы и минусы теплового узла

Элеваторный узел системы отопления имеет следующие преимущества:

• Приемлемая стоимость и простота конструкции делают элеватор востребованным, несмотря на его внушительный «возраст».
• Это энергонезависимое устройство не нуждается в электроснабжении для работы.
• Благодаря наличию элеватора отопления сечение магистрального трубопровода можно сделать меньше, что позволяет сэкономить на его устройстве.

Минусы этого приспособления заключаются в невозможности регулировки температуры теплоносителя. Однако этот недостаток можно нивелировать использованием приборов для регулировки диаметра сопла. В таком случае контроль над температурой осуществляется управлением скоростью потока, что сказывается на степени разрежения в смесительной камере.

Принцип работы элеватора

Элеваторный узел представляет собой достаточно объемную емкость, чем-то похожую на горшок. Но это не сам элеватор, хотя его так и называют. Это целый узел, в состав которого также входят:

• Грязеуловители — ведь вода из трубы поступает не совсем чистая.
• Сетчато-магнитные фильтры — узел должен обеспечить определенную чистоту теплоносителя, чтобы не забивались батареи и трубы.

Очистившись, горячая вода поступает через сопло в камеру смешения. Здесь она движется с большой скоростью, в результате чего подсасывается вода из обратного контура, который присоединен к камере смешения сбоку. Процесс подсасывания, или инжекции, происходит самопроизвольно. Теперь понятно, что изменяя диаметр сопла, можно регулировать и объем подаваемого теплоносителя, и его температуру на выходе из элеватора.

Как вы понимаете, для системы отопления элеватор — это насос и смеситель одновременно

И что важно — никакой электроэнергии

Есть еще один момент, на который специалисты обращают внимание — это соотношение напора внутри подающего трубопровода и сопротивление элеватора. Этот показатель должен быть равен 7:1

Только такое соотношение обеспечивает эффективность работы всей системы.

Но это еще не все, что касается эффективности

Обратите внимание на тот факт, что давление внутри системы — а это подающий контур и обратный — должно быть одинаковым. Допустимо, если в обратке оно будет немного меньше

Но если разница существенна, например, в подающем трубопроводе 5,0 кгс/см2, а в обратке ниже 4,3 кгс/см2, это означает, что трубопроводная система и отопительные приборы забиты грязью.

Возможна и другая причина — при проведении капитального ремонта были изменены диаметры труб в меньшую сторону. То есть, подрядчик таким образом сэкономил.

Можно ли регулировать температуру теплоносителя? Можно, и для этого лучше использовать регулируемый элеватор водоструйного типа.

В конструкции такого прибора установлено сопло, диаметр которого можно изменять. Иногда диапазон регулировки, и это относится больше к зарубежным аналогам, достаточно большой, что не так уж и необходимо. Отечественные элеваторы имеют сдвиг диапазона меньше, но, как показала практика, этого достаточно на все случаи жизни.

Правда, регулируемые элеваторы редко устанавливают в жилых зданиях. Намного эффективнее их монтаж в общественных или производственных помещениях. С их помощью можно сэкономить расходы на отопление до 25% только за счет того, что они позволяют снижать температуру в ночное время, а также в выходные и праздничные дни.

Основные типы элеваторов

• Хлебоприемные/заготовительные элеваторы.
  Здесь поступающее от сдатчиков зерно первично обрабатывается, очищается, сушится и хранится некоторое время. Так как основную массу зерна невозможно разместить на длительное хранение или отправить на приемные комбинаты, то на заготовительных элеваторах зерно дополнительно обрабатывают: сушат, обеззараживают, очищают от примесей. Кроме того, на элеваторах данного типа готовят посевной материал зерновых и технических культур, а также семена трав.
• Базисные элеваторы.
  Основными функциями базисных элеваторов являются сушка и очистка зерна. Тем не менее, на базисные элеваторы поступает зерно уже подвергшееся первичной обработке.
  Основной задачей элеваторов данного типа является создание оперативного запаса зернового сырья для текущего потребления.
  Также здесь формируют крупные партии зерна, отвечающие определенным требованиям.
  Это крупные, высокопроизводительные элеваторы большой емкости, размещаемые на пресечении транспортных магистралей.
• Перевалочные (узловые).
  Предназначены для приемки зерна и его транспортной перевалки. В отдельных случаях могут использоваться для приемки зерна с полей и его длительного хранения.
• Фондовые.
  Элеваторы очень большой емкости, предназначенные для длительного хранения (3 4 года) стратегического запаса государственного зернового резерва повышенного качества. Зерно с фондовых элеваторов отпускается лишь в исключительных случаях – при обновлении запаса или для покрытия зернового дефицита в отдельных районах.
• Производственные.
  Строятся на территории зерноперерабатывающих предприятий с целью обеспечения их сырьем. Это могут быть заводы по производству муки, круп, комбикорма. Задача элеваторов данного типа – обеспечение бесперебойной работы предприятий по переработке, в связи с чем производственные элеваторы имеют емкости соответствующего объема и оборудование, необходимое для обработки сырья в соответствии с заданной рецептурой.
• Примельничные элеваторы.
  Эти элеваторы служат для подготовки продовольственных культур – пшеницы, ржи – к переработке на мельнице. Такие элеваторы принимают зерно с автомобильного/железнодорожного транспорта.
  Кроме того, эти элеваторы осуществляют сортировку, сушку и хранение зерновых партий, формируя из них помольные фракции. Вместимости емкостей такого элеватора для создания запаса должно хватить на 3 месяца бесперебойной работы мукомольного предприятия.
  Элеватор полностью автоматизирован, а его управление совмещено с управлением мельничным предприятием.
• Элеватор для заводов по производству комбикорма.
  Данные элеваторы оборудованы устройствами для сушки, очистки, хранения и обработки зерновых культур. Они осуществляют прием зернового сырья с автомобильного/железнодорожного транспорта. Запасов для бесперебойной работы комбикормового предприятия должно хватить на 3 месяца.
  Элеватор для комбикормовых заводов полностью автоматизирован и его управление совмещено с управлением завода.
• Портовые зернохранилища.
  Высокопроизводительные элеваторы большой емкости предназначены для приема зерна с базисных/перевалочных элеваторов, импортного зерна с морских судов, для отгрузки зерна на экспорт, а также внутренним потребителям. Для эффективной работы портового зернохранилища необходимы производительные транспортные мощности.
• Реализационные базы
  Принимают зерно от хлебосдатчиков и снабжают потребителей зерном, мукой, крупой, комбикормом.
• Фермерские элеваторы.
  Являются частью фермерского хозяйства и по емкости должны обеспечивать хранение годичного урожая фермера с собственных полей.
  Такой элеватор принимает зерно с большегрузных автомобилей, очищает его, сушит, хранит и отгружает потребителям.
  Системы фермерского элеватора обеспечивают качественное хранение зернового сырья в течение 12 месяцев.
• Временные элеваторы-хранилища.
  Мобильные, легко транспортируемые хранилища, срок монтажа которых не более недели. Хранилища такого типа легко перемещать с объекта на объект, а их оборудование позволяет сохранять зерновое сырье в кондиции не менее полугода.
  Загрузка зерна в такой элеватор производится через загрузочную колонну или с помощью мобильного транспортера. Хранилище закрыто брезентовым покрытием и оборудовано системой аэрации, а его обслуживание не требует специальных машин и механизмов.

Принцип работы элеваторного узла отопления и схема

С помощью элеватора температура перегретой воды опускается до расчетной, после чего подготовленный теплоноситель направляется в приборы отопления. Принцип работы элеваторного узла основан на смешивании в нем перегретого теплоносителя из подающего трубопровода с остывшей водой из обратной трубы.

Приведенная ниже схема элеваторного узла наглядно показывает, что элеватор выполняет сразу 2 функции, что позволяет повысить общую эффективность функционирования системы отопления:

• Работает в качестве циркуляционного насоса;
• Выполняет функцию смешивания;

Преимущество элеватора в его несложном устройстве и, несмотря на это, в высокой эффективности. Стоимость его невысока. Для работы ему не требуется подключения электрического тока.

Стоит упомянуть и недостатки этого элемента:

• Отсутствует возможность регулирования температуры воды на выходе;
• Перепад давления между подающим и обратным трубопроводом не должен выходить из диапазона 0,8-2 Бар;
• Только точный расчет каждой детали элеватора гарантирует его эффективную работу;

На сегодняшний день элеваторы все еще широко используются в тепловых узлах жилых домов, так как эффективность их работы не зависит от изменений тепловых и гидравлических режимов в тепловых сетях. Кроме того элеваторный узел не требует постоянного присмотра, а для его регулировки достаточно правильно подобрать диаметр сопла. Стоит помнить, что весь подбор элементов элеваторного узла стоит доверять только специалистам, имеющим соответствующие разрешения.

Модели на базе теплообменника

Существует еще одна разновидность теплового узла частного дома — на основе теплообменника. В таком случае к устройству присоединен специальный теплообменник, который разделяет жидкость из теплотрассы от жидкости в помещении. Подобная функция необходима для дополнительной подготовки теплоносителя с помощью различных присадок и фильтрующих устройств. Схема расширяет возможности в регулировке давления и температурного режима теплоносителя внутри здания. Таким образом затраты на отопление постройки существенно снижаются.

Для подмешивания воды с разной температурой необходимо использовать термостатические клапаны. Подобные системы нормально взаимодействуют с радиаторами из алюминия, но чтобы последние прослужили максимально долго, необходимо тщательно выбирать теплоноситель, отказываясь от низкокачественного сырья. Конечно же, уследить за качеством жидкости проблематично, поэтому лучше отказаться от этого материала, отдав предпочтение биметаллическим или чугунным радиаторам.

Схема подключения ГВС подразумевает использование теплообменника. Такой метод обеспечивает массу плюсов, включая:

1. 1. Возможность регулирования температуры воды.
2. 2. Возможность изменения давления горячего теплоносителя.

Монтаж узла прохода вентиляции через кровлю

Центральный элеваторный узел с камерой смешения: что это такое

Элеваторный узел устанавливается на пункте теплового распределения (в случае многоэтажных домов этот пункт находится в подвале).

Внешне устройство имеет вид Т-образной железной трубы, которая оснащена тремя фланцами. Дополнительно оно может оснащаться различными датчиками тепла и давления (так называемой «обмоткой»).

Внутри элеватор состоит из сужающейся камеры для создания зоны разряжения, камеры смешивания, камеры-перемычки для подачи холодной воды и камеры-диффузора. Агрегат устанавливается непосредственно на магистраль подачи, а вертикальная перемычка прикрепляется к обратной магистрали.

Принцип работы элеваторного узла следующий:

• Перегретая вода из тепловой магистрали попадает во входной отсек элеваторного узла.
• Входной отсек на конце сужается. Из-за этого резко увеличивается скорость потока. Это приводит к созданию в центре элеватора зоны разряжения.
• Из-за этого эффекта более холодная вода из магистрали отдачи начинает поступать в камеру смешения внутри элеватора.
• Происходит смешение перегретой и холодной воды, что приводит к охлаждению перегретой воды до нужной температуры.
• После этого охлажденная до нужной температуры вода проходит через камеру-диффузор и попадает в магистраль подачи.
• После прохождения через все трубы теплоноситель возвращается по тепломагистрали отдачи обратно в котельную или на ТЭЦ. Температура теплоносителя в таких трубах заметно ниже температуры в магистрали подачи. Поэтому этот теплоноситель может использоваться для охлаждения основного теплоносителя в магистрали подачи.

Преимущества и недостатки элеватора

Элеваторный узел системы отопления обладает как преимуществами, так и недостатками. Начнем с преимуществ:

• Очень простая конструкция и высокий уровень надежности.
• Низкая цена.
• Для монтажа не используется специальное оборудование.
• Полная энергонезависимость (не требует подключения к электросети).
• Экономия теплоносителя (использование элеватора позволяет снизить расход теплоносителя на 20-30%).

Однако у элеваторных узлов есть и недостатки:

• Для обеспечения герметичности понадобится точно рассчитать габариты устройства и найти соответствующий элеватор.
• Должен быть перепад давления на входной и выходной магистрали, но при этом перепад давления должен составлять не более 2 Ба.
• Невозможно контролировать температуру воды на выходе (однако есть элеваторы, которые обладают системой регулировки).

Важно! Элеватор очень чувствителен к загрязнению

Схемы подключения

Элеваторный узел может быть использован в системах с различными специфическими особенностями — однотрубных, автономных или иных линиях теплоснабжения. Принципы подачи теплоносителя, параметры потока не всегда позволяют обеспечить неизменный и стабильный результат на выходе. Для организации нормального теплоснабжения квартир или корректировки параметров потока, поступающего из магистральной сети, используются различные схемы подключения элеваторных узлов. Все они нуждаются в наличии дополнительного оборудования, иногда в достаточно больших объёмах, но результат, который достигается вследствие этого, компенсирует понесённые расходы. Рассмотрим существующие схемы подключения:

С регулятором расхода воды

Расход воды является основным фактором, делающим возможной регулировку режима обогрева помещений. Изменения расхода вызывают колебания температуры в жилых комнатах, что недопустимо. Вопрос решается установкой перед узлом смешивания регулятора, обеспечивающего постоянный расход воды и стабилизирующего тепловой режим.

Схема элеваторного узла смешения с регулятором расходом: 1 — подающая линия тепловой сети; 2 — обратная линия тепловой сети; 3 — элеватор; 4 — регулятор расхода; 5 — местная система отопления

Особенно важным такое решение становится в однотрубных системах, где имеется нагрузка в виде ГВС, дестабилизирующая расход горячей воды и создающая существенные колебания во время активного водоразбора (утренние и вечерние часы, праздничные и выходные дни). При этом данная схема не способна исправить ситуацию при изменениях температуры теплоносителя в магистральной линии, что является её недостатком, хоть и не слишком существенным. Падение температуры теплоносителя в питающих трубопроводах означает аварию на ТЭЦ или ином пункте нагрева, а это случается редко.

С регулирующим соплом

Схема подключения элеваторного узла с возможностью регулировки пропускной способности сопла позволяет оперативно реагировать на изменения параметров теплоносителя в магистральной линии.

Схема элеваторного узла с регулирующей иглой: 1 — подающая линия тепловой сети; 2 — обратная линия тепловой сети; 3 — элеватор; 5 — местная система отопления ; 6 — регулятор с иглой, вдвигаемой в сопло элеватора

При этом ручная регулировка малоэффективна, поскольку для этого надо постоянно подходить к элеватору, который обычно расположен в подвальном помещении. Наибольшая эффективность системы с регулируемым соплом достигается при полной автоматизации процесса, с использованием датчиков температуры и давления, подающих сигнал на сервопривод элеватора. Такая схема позволяет получить дополнительные возможности при настройке режима работы, но необходимость в ней возникает не всегда, а только в перегруженных или нестабильных системах с возможными колебаниями температуры теплоносителя.

Схема элеваторного узла с использованием датчиков температуры и давления, подающих сигнал на сервопривод элеватора

К недостаткам подобных схем принято относить необходимость изначально обеспечить высокое давление в системе, так как регулировка возможна лишь в пределах параметров потока в магистрали. Кроме того, нагрузки на механику, в частности — на сопло и иглу, создают необходимость постоянного наблюдения и своевременной замены элементов, вышедших из строя.

С регулирующим насосом

Подобные схемы используются при отсутствии достаточного для функционирования элеватора давления в питающих трубопроводах.

Схема элеваторного узла с корректирующим насосом: 1 — подающая линия тепловой сети; 2 — обратная линия тепловой сети; 3 — элеватор; 4 — регулятор расхода; 5 — местная система отопления ; 7 — регулятор температуры; 8 — смесительный насос

Увеличение давления делает возможным применение элеваторного узла в автономных тепловых сетях частного дома, позволяет обеспечить циркуляцию теплоносителя при исчезновении давления в магистрали. Насос устанавливается перед элеватором или на перемычке между прямым и обратным трубопроводами перед входом в элеватор. Для обеспечения нормального режима работы в дополнение к насосу требуется использовать регулятор температуры, а также необходимо подключение электропитания.

Устройство элеватора

Элеватор является сооружением силосного типа действия. Конструктивно представляет собой многофункциональное сооружение, в комплексный состав которого входят такие элементы, как сушилка для зерна, непосредственно зерновое хранилище, здание для проведения работ, силосные корпуса и т.д. На сегодняшний день элеваторы являются неотъемлемой частью всех предприятий по хранению и переработке зерна. Как правило, чаще всего к элеваторам пристраивают силосные сооружения, вместимость которых может достигать порядка пятидесяти тысяч зерна.

В конструкцию и рабочий состав элеватора входят такие части и элементы, как весовая, отделение для приемки зерновой культуры, башня рабочего назначения, в которое непосредственно расположено всё оборудование, для первичной и других видов обработки зерновых культур. Хранилище и отделение для проведения сушки зерна. Отделение отгрузок, которое является бункером хопперного типа. Оборудование для подъема зерновой культуры и ее транспортирования из одного отделения в другое.

Пристройку силосов к элеватору осуществляют таким образом, чтобы он имел пути сообщения с основным зданием для проведения работ, поскольку в нем, как правило, полностью сформирован комплект рабочего оборудования и транспортировочные пути, по которым зерно вывозится для дальнейшего его распределения.