Cómo funciona la subestación de calefacción distrital
Subestación de calefacción conectada mediante un esquema independiente
En la subestación de calefacción conectada mediante un esquema independiente, el circuito hidráulico del sistema de calefacción está separado del circuito hidráulico de la fuente de calor mediante un intercambiador de calor. El portador de calor que circula en el sistema de calefacción entra en contacto con el agua caliente proveniente de la fuente de calor solo a través de las superficies del intercambiador, sin mezclarse.
El funcionamiento de la subestación de calefacción está controlado por un controlador programable electrónico equipado con un sensor de temperatura exterior, un sensor de temperatura del portador de calor que ingresa al sistema de calefacción, y una válvula de control con accionamiento eléctrico que puede cerrar parcial o completamente el suministro de portador de calor en la entrada desde la fuente.
En el controlador se introduce una tabla que describe la relación entre la temperatura del agua que ingresa al sistema de calefacción y la temperatura exterior, conocida como el régimen de temperatura. El programa se puede ajustar para reducir la temperatura del portador de calor a un valor predeterminado según el gráfico de temperatura, en función del día de la semana y la hora del día, algo común en edificios con horarios fijos de operación, como escuelas, oficinas y fábricas.
El controlador mide periódicamente la temperatura exterior, determina la temperatura correspondiente del portador de calor en la entrada al sistema de calefacción y la compara con el valor real de dicha temperatura según la señal del sensor correspondiente. Si la temperatura del agua que ingresa al sistema de calefacción excede la temperatura establecida, el controlador envía una señal al accionamiento eléctrico para cerrar la válvula de control y detener el flujo de portador de calor hacia el intercambiador. Si la temperatura está por debajo de la establecida, se envía una señal de apertura al accionamiento de la válvula de control.
Si el flujo del portador de calor se cierra por completo, el agua tomada del conducto de retorno del sistema de calefacción pasa a través del intercambiador sin calentarse y regresa al sistema a la misma temperatura. Cuanto más se abra la válvula de control, más portador de calor ingresa al intercambiador, lo que aumenta la temperatura del portador de calor que ingresa al sistema de calefacción.
La circulación en el circuito del sistema de calefacción está garantizada por dos bombas de circulación, una de las cuales es de reserva.
En la entrada de la red de calefacción, antes de la válvula de control, se instala un regulador de diferencia de presión, que estabiliza la diferencia de presión en la entrada y se utiliza para limitar el flujo del portador de calor.
El aumento del volumen de agua, que ocurre al calentarse en el circuito cerrado del sistema de calefacción, es absorbido por los depósitos de expansión, los cuales devuelven el agua acumulada al sistema durante el enfriamiento posterior.
Para proteger el sistema de calefacción y el equipo de la subestación de calefacción de sobrepresiones, se instala una válvula de seguridad.
El llenado y la reposición del circuito cerrado del sistema de calefacción en caso de fugas se realiza a través de la línea de reposición manual o automáticamente. Si la presión en la entrada desde la fuente de calor es suficiente para llenar el sistema, en la línea de reposición se utiliza una válvula solenoide o un regulador de reducción de presión, y si la presión en la entrada es insuficiente, se emplea un bloque de bombas de reposición.
Ventajas del esquema de conexión independiente de la subestación de calefacción:
1 Protege el sistema de calefacción de la alta presión en la entrada de las redes de calefacción.
2 Permite crear el régimen hidráulico deseado en el circuito del sistema de calefacción.
3 Evita que el sistema de calefacción se vacíe cuando se drenan las tuberías de la fuente de calor y cuando hay baja presión en la entrada.
4 Protege los elementos del sistema de calefacción de los sedimentos que provienen con el flujo del portador de calor de la fuente de calor.
Desventajas del esquema de conexión independiente de las subestaciones de calefacción:
1 La temperatura del portador de calor que ingresa al sistema de calefacción siempre será al menos 10°C inferior a la temperatura del portador de calor proveniente de la red de calefacción. En el intercambiador de calor de alta velocidad, la temperatura del agua calentada no puede alcanzar la temperatura del agua calentadora.
2 El costo de la subestación de calefacción con conexión independiente es mayor en comparación con el costo de una subestación de calefacción de la misma capacidad, pero con conexión dependiente. La diferencia es casi el doble.
3 La presión en el sistema de calefacción varía con el calentamiento y enfriamiento del portador de calor. A la temperatura mínima (diseñada) del aire, la presión en el sistema de calefacción alcanza el valor máximo permitido, mientras que en días cálidos del período de calefacción, la presión mínima corresponde a la presión estática del sistema de calefacción con una pequeña presión adicional.
4 El arranque, la configuración y el mantenimiento son más complicados en comparación con las subestaciones de calefacción conectadas mediante un esquema dependiente.
5 La circulación del agua en el sistema de calefacción se detendrá en caso de apagado de las bombas.
Tipos de esquemas de conexión independiente de subestaciones de calefacción y en qué casos se utilizan.
Funcionamiento de la subestación de calefacción conectada mediante un esquema dependiente
El funcionamiento de la subestación de calefacción está controlado por un controlador programable, al cual están conectados el accionamiento eléctrico de la válvula, que afecta la selección del portador de calor de la red de calefacción, el sensor de temperatura exterior y el sensor de temperatura del portador de calor que ingresa al sistema de calefacción.
En el controlador se introduce la relación entre la temperatura del portador de calor en la entrada al sistema de calefacción y la temperatura exterior, el día de la semana y la hora del día. El controlador mide periódicamente la temperatura exterior y compara la temperatura real medida del portador de calor con la establecida para las condiciones actuales. Si la temperatura es inferior a la establecida, se envía una señal de apertura a la válvula de control, y si es superior, se envía una señal de cierre.
En la tubería de suministro del sistema de calefacción ingresa una mezcla de dos flujos de portador de calor. Un flujo 'caliente' proviene de la tubería de suministro de la red de calefacción a través del regulador, mientras que el otro flujo 'enfriado' se mezcla a través de un puente desde la tubería de retorno.
Independientemente de si la válvula de control está abierta o cerrada, en el sistema circula un flujo constante de portador de calor, y solo la proporción de los flujos 'caliente' y 'frío' en este volumen depende del grado de cierre de la válvula en la entrada. Es decir, si la selección de la red de calefacción está completamente cerrada, solo ingresará al sistema el agua tomada de la tubería de retorno a través del puente.
La circulación estable en el sistema de calefacción y la mezcla están garantizadas por dos bombas silenciosas con rotor húmedo, una de las cuales siempre está en funcionamiento, mientras que la otra es de reserva en caso de fallo de la bomba en funcionamiento.
Ventajas del esquema de conexión dependiente de la subestación de calefacción
1 Menor costo en comparación con la conexión independiente.
2 Posibilidad de control automático programado del régimen de operación del sistema de calefacción.
3 La presión en el sistema de calefacción es estable y corresponde a la presión en la tubería de retorno de la fuente de calor.
4 Puesta en marcha y configuración fáciles.
5 Posibilidad de suministrar al sistema un portador de calor a la misma temperatura que el portador de calor en la tubería de suministro de la red de calefacción (solo en caso de utilizar una válvula de tres vías).
Desventajas del esquema de conexión dependiente de la subestación de calefacción
1 El sistema de calefacción se vaciará si se drena el agua de la red de calefacción.
2 La circulación de agua en el sistema de calefacción se detendrá en caso de apagado de las bombas.
Tipos de esquemas de conexión dependiente de subestaciones de calefacción y en qué casos se utilizan.
Cómo funciona la subestación de calefacción con nodo mezclador de elevador
Los nodos mezcladores de elevador se instalan en las subestaciones de calefacción de edificios conectados a la red de calefacción que funciona en un modo de regulación cualitativa con agua sobrecalentada.
La regulación cualitativa implica cambiar la temperatura del agua suministrada al sistema de calefacción en función de la temperatura exterior con un flujo constante de portador de calor que circula en el sistema.
El agua se considera sobrecalentada si proviene de la red de calefacción con una temperatura superior a la requerida para el suministro al sistema de calefacción.
Por ejemplo, la red de calefacción puede funcionar con un gráfico de 150/70, 130/70 o 110/70, mientras que el sistema de calefacción está diseñado para un gráfico de 95/70. El gráfico de temperatura 150/70 establece que a la temperatura exterior de diseño (para Kiev es -22°C), la temperatura de entrada de las redes de calefacción al edificio debe ser de 150°C, y la temperatura de salida de 70°C, mientras que en el sistema de calefacción diseñado para un modo de 95/70, esta agua debe ingresar a una temperatura de 95°C.
La subestación de calefacción con nodo de elevador mezcla el flujo de agua del conducto de suministro de la red de calefacción a una temperatura de 150°C con el flujo de agua que sale del sistema de calefacción a una temperatura de 70°C. Como resultado de la mezcla, se obtiene un flujo de 95°C en la salida del elevador, que se suministra al sistema de calefacción.
Cómo se realiza la mezcla
En la cámara de mezcla del nodo elevador se encuentra un cono 'boquilla/cono', que acelera el flujo de agua sobrecalentada. Al aumentar la velocidad del flujo, la presión en él disminuye (esta propiedad está descrita en la ley de Bernoulli) hasta el punto en que es ligeramente inferior a la presión en la tubería de retorno. La diferencia de presión entre la cámara de mezcla y la tubería de retorno provoca la transferencia del portador de calor a través del puente desde el retorno hacia el suministro.
En la cámara de mezcla se forma una mezcla de dos flujos con la temperatura deseada, pero con una presión inferior a la de la tubería de retorno. La mezcla entra en el difusor del elevador, donde la velocidad del flujo disminuye y la presión aumenta por encima de la presión en la tubería de retorno. El aumento de presión es de no más de 0,15 bar, lo que limita el uso de nodos elevadores en sistemas de calefacción con alta resistencia hidráulica.
Ventajas de las subestaciones de calefacción con nodos de elevador
1 Barato y sencillo.
2 No requiere mantenimiento.
3 No depende de la red eléctrica.
Desventajas de los nodos mezcladores de elevador
1 No es compatible con los reguladores automáticos, por lo que está prohibido instalarlos juntos según las normativas.
2 Crea una diferencia de presión en la entrada del sistema de calefacción de no más de 0,15 bar, lo que excluye la instalación de subestaciones de calefacción con nodo elevador en edificios cuyos sistemas de calefacción están equipados con válvulas termostáticas de radiadores.
3 El nodo de elevador tiene un coeficiente de mezcla fijo, lo que no permite suministrar al sistema de calefacción un portador de calor a la temperatura requerida si hay insuficiencia térmica en la red de calefacción.
4 Demasiada sensibilidad a la diferencia de presión en la entrada de la red de calefacción. La disminución de la diferencia de presión en comparación con el valor de diseño reduce el caudal de agua que circula en el sistema de calefacción, lo que a su vez provoca el desequilibrio del sistema y la parada de sus ramales distantes.
5 Para que funcione el elevador, la diferencia de presión entre el suministro y el retorno debe ser superior a 1,5 bar.
¿Dónde están instaladas las subestaciones de calefacción con nodos elevadores?
Prácticamente todos los sistemas de calefacción puestos en funcionamiento antes del año 2000 están equipados con subestaciones de calefacción con nodos elevadores.
¿Dónde se pueden utilizar los ITP con elevador?
Hoy en día, para todos los edificios residenciales y administrativos diseñados y renovados, es obligatorio el uso de regulación automática en la subestación de calefacción. Está prohibido normativamente utilizar nodos de elevador junto con reguladores automáticos.
Los nodos de elevador solo pueden instalarse en objetos donde no se requiera un control automático del sistema de calefacción, la diferencia de presión entre el suministro y el retorno en la entrada sea estable y superior a 1,5 bar, el sistema de calefacción funcione con una diferencia de presión de 0,15 bar entre el suministro y el retorno, y el sistema de calefacción funcione con un caudal constante de portador de calor y no esté equipado con reguladores automáticos.
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