Esquemas de la subestación de calefacción para el sistema de calefacción
Esquema dependiente con válvula de dos vías y bombas en la tubería de suministro
Esquema dependiente de la conexión de la subestación térmica del sistema de calefacción a la red térmica con una válvula de dos vías del regulador de flujo térmico y bombas de mezcla-circulación en la tubería de suministro del sistema de calefacción.
Se utiliza el esquema si:
1 El gráfico de temperatura calculado de la fuente de calor excede el gráfico de temperatura calculado del sistema de calefacción (por ejemplo, la red térmica tiene 120/70, pero el sistema de calefacción necesita mantener 95/70).
2 La presión de funcionamiento en la tubería de retorno de la red térmica y la presión estática en la red térmica exceden la presión estática del sistema de calefacción, al menos en 0.5 bar. La presión estática del sistema de calefacción corresponde a la altura de la columna de agua en metros desde la ubicación de la subestación térmica hasta el punto más alto del sistema de calefacción. El Conversor de unidades de presión permite convertir los datos proporcionados por la empresa suministradora de calor en otras unidades de medida (bar, MPa o kgf/m²).
3 La presión en las tuberías de suministro y retorno de la red térmica, así como la presión estática en las redes térmicas, no exceden la presión máxima permitida para el sistema de calefacción, que se determina por la resistencia del elemento más débil (radiadores, tuberías).
4 En la subestación térmica se debe implementar un control automático cualitativo de la temperatura del fluido térmico en función de la temperatura del aire exterior y/o de acuerdo con el gráfico diario o semanal del sistema.
Descripción del esquema de la subestación térmica y su principio de funcionamiento:
El funcionamiento de la subestación térmica está controlado por un controlador programable al que están conectados: un sensor de temperatura exterior, un sensor de temperatura del fluido térmico que ingresa al sistema de calefacción, y una válvula reguladora de dos vías (RV) con accionamiento eléctrico.
Al controlador se le introduce el gráfico de temperatura del sistema de calefacción, que muestra la relación entre la temperatura del agua que ingresa al sistema de calefacción, la temperatura del aire exterior, el día de la semana y la hora del día. El controlador mide la temperatura exterior, determina la temperatura requerida del agua en la entrada del sistema de calefacción y la compara con la temperatura medida por el sensor t11. Si hay una desviación, envía una señal para cerrar o abrir la válvula reguladora en la tubería de suministro de la red térmica.
La válvula reguladora puede abrir completamente el suministro de fluido térmico o cerrar completamente la tubería de suministro. El flujo de agua desde la tubería de retorno no se detiene incluso cuando la válvula reguladora está completamente abierta, ya que el agua proveniente de la red térmica está 'sobrecalentada', es decir, su temperatura excede la temperatura requerida para el sistema de calefacción. En el modo de cierre completo de la tubería de suministro, todo el fluido térmico que ingresa al sistema de calefacción será tomado a través del bypass desde la tubería de retorno.
Independientemente del grado de cierre de la válvula reguladora, el volumen de agua que ingresa al sistema de calefacción es constante y está determinado por la característica de la bomba de circulación. Solo cambian las proporciones de los dos flujos de agua en la mezcla: el flujo tomado de la tubería de retorno y el flujo de la tubería de suministro.
Si la bomba de trabajo falla, la circulación del agua en el sistema se detendrá, por lo que el esquema incluye dos bombas: una operativa y una de reserva (H1 y H2).
Las bombas están conectadas a la red eléctrica a través de un cuadro de control, que tiene los siguientes niveles de protección:
- Protección contra funcionamiento en seco
- Protección contra desequilibrios de voltaje entre fases
- Protección contra cortes de fase y cortocircuitos
- Protección térmica contra sobrecargas de corriente
- Activación automática de la bomba de reserva en caso de fallo de la bomba principal
En la entrada de la red térmica se instala un regulador de presión diferencial, que estabiliza la diferencia de presión, limita el flujo máximo de fluido térmico desde la red térmica y crea un modo de funcionamiento para la válvula reguladora, en el que el desplazamiento del vástago varía suavemente el caudal de agua que pasa a través de ella.
Para limitar el flujo máximo de fluido térmico, se ajusta la diferencia de presión en el regulador igual a las pérdidas de presión en la válvula reguladora en su posición completamente abierta cuando pasa el flujo máximo de fluido térmico.
Para ajustar el punto de operación de la bomba en la subestación térmica, se prevé una válvula de equilibrio manual, que no es necesario instalar si las bombas están equipadas con un regulador de frecuencia.
Además de las nuevas construcciones, este esquema se utiliza para la renovación de subestaciones térmicas con la sustitución de nodos de elevadores.
Características del esquema
En el modo de funcionamiento, la presión en la tubería de retorno del sistema de calefacción es igual a la presión en la tubería de retorno de la red térmica en la entrada, y la presión en el punto de mezcla de los flujos es ligeramente inferior a la presión en la tubería de retorno de la red térmica.
Incluso con la válvula reguladora completamente abierta en la tubería de suministro, el flujo que ingresa al sistema de calefacción será mezclado con agua fría de la tubería de retorno.
Esquema dependiente con válvula de dos vías, bombas en la tubería de suministro y regulador de presión diferencial
Se aplica en casos en los que la presión estática o de funcionamiento en la tubería de retorno de la red térmica es inferior a la presión estática del sistema de calefacción + 0.5 bar.
El regulador de presión diferencial se instala para proteger el sistema de calefacción contra el vaciado parcial o total.
Esquema dependiente con válvula de dos vías y bombas en la tubería de retorno
Esquema dependiente de la conexión de la subestación térmica del sistema de calefacción con regulación climática automática basada en un controlador programable con válvula de dos vías y bombas de mezcla-circulación en la tubería de retorno.
Se utiliza el esquema si:
1 El gráfico de temperatura calculado de la fuente de calor excede el gráfico de temperatura calculado del sistema de calefacción.
2 La presión de funcionamiento en la tubería de retorno de la red térmica y la presión estática en la red térmica exceden la presión estática del sistema de calefacción, al menos, en un valor igual a la presión máxima de la bomba + 0.5 bar.
3 La presión en las tuberías de suministro y retorno de la red térmica, así como la presión estática en las redes térmicas, no exceden la presión máxima permitida para el sistema de calefacción, determinada por la resistencia del elemento más débil (radiadores, tuberías).
4 En la subestación térmica se debe implementar un control automático cualitativo de la temperatura del fluido térmico en función de la temperatura exterior y/o de acuerdo con el gráfico diario o semanal del sistema.
5 La temperatura en la tubería de suministro del sistema de calefacción en modo de funcionamiento puede exceder la temperatura permitida para la bomba de circulación.
Características del esquema
La presión en la tubería de retorno del sistema de calefacción siempre será inferior a la presión en la tubería de retorno de la red térmica en la entrada del edificio en una cantidad igual a la presión de la bomba en el punto de funcionamiento.
La presión en la tubería de suministro del sistema de calefacción será algo menor que la presión en la tubería de retorno de la red térmica.
Esquema dependiente con válvula de tres vías y bombas de circulación
Esquema dependiente de la conexión de la subestación térmica del sistema de calefacción a la fuente de calor con una válvula de tres vías del regulador de flujo térmico y bombas de mezcla-circulación en la tubería de suministro del sistema de calefacción.
Este esquema en una subestación térmica individual se utiliza bajo las siguientes condiciones:
1 El gráfico de temperatura de funcionamiento de la fuente de calor (caldera) excede o es igual al gráfico de temperatura del sistema de calefacción. La subestación térmica conectada a este esquema puede funcionar tanto con la mezcla del flujo de la tubería de retorno como sin ella, es decir, enviando todo el fluido térmico desde la tubería de suministro de la red térmica directamente al sistema de calefacción.
Por ejemplo, el gráfico de temperatura calculado del sistema de calefacción es de 90/70°C, que coincide con el gráfico de la fuente, pero la fuente funciona constantemente a una temperatura de salida de 90°C, mientras que el sistema de calefacción solo necesita un fluido térmico a 90°C cuando la temperatura exterior calculada se alcanza (para Kiev, -22°C). Por lo tanto, en la subestación térmica se añadirá fluido térmico enfriado desde la tubería de retorno hasta que la temperatura exterior baje al valor calculado.
2 La conexión de la subestación térmica se ha realizado a un colector sin presión, a un separador hidráulico o a una red térmica con una diferencia de presión entre las tuberías de suministro y retorno no superior a 0.3 bar.
3 La presión en la tubería de retorno de la fuente de calor en los modos estático y dinámico debe exceder al menos en 0.5 bar la altura desde el punto de conexión de la subestación térmica hasta el punto más alto del sistema de calefacción (estática del edificio).
4 La presión en las tuberías de suministro y retorno de la fuente de calor, así como la presión estática en las redes térmicas, no deben exceder la presión máxima permitida para el sistema de calefacción del edificio conectado a esta subestación térmica individual.
5 El esquema de conexión de la subestación térmica debe garantizar un control automático cualitativo del sistema de calefacción según el gráfico de temperatura o de tiempo.
Descripción del funcionamiento del esquema de subestación térmica con válvula de tres vías
El principio de funcionamiento de este esquema es similar al del primer esquema, excepto que la válvula de tres vías puede cerrar completamente la toma de la tubería de retorno, en cuyo caso todo el fluido térmico que proviene de la fuente de calor sin mezcla se suministrará al sistema de calefacción.
En caso de cierre completo de la tubería de suministro de la fuente de calor, al igual que en el primer esquema, solo se suministrará al sistema de calefacción el fluido térmico tomado de la tubería de retorno.
Esquema dependiente con válvula de tres vías, bombas de circulación y regulador de presión diferencial.
Se aplica cuando la diferencia de presión en el punto de conexión de la subestación térmica individual a la red térmica es superior a 0.3 bar. En este caso, el regulador de presión diferencial se selecciona para estrangular y estabilizar el exceso de diferencia de presión en la entrada.
Esquema independiente de la subestación térmica individual
Esquema independiente de la conexión de la subestación térmica con válvula de dos vías, regulador de presión diferencial, bombas de circulación, depósito de expansión cerrado y línea de llenado y alimentación automatizada.
El esquema independiente de conexión de la subestación térmica se utiliza cuando:
1 La presión estática y/o la presión en la tubería de suministro y/o retorno de la red térmica exceden la presión permitida en el sistema de calefacción.
2 El gráfico de temperatura de la fuente de calor excede el gráfico de temperatura del sistema de calefacción. Por ejemplo, el gráfico de temperatura de la fuente de calor es 110/70, mientras que el sistema de calefacción es 90/70.
3 En el edificio hay 12 o más pisos (según la normativa DBN V. 2.5-67:2013).
4 La diferencia de presión en la entrada de la red térmica excede los 0.4 bar (debido a la resistencia hidráulica del intercambiador de calor y de la válvula reguladora).
5 El esquema de conexión independiente es obligatorio según las especificaciones técnicas de la empresa de suministro de calor o las especificaciones técnicas del cliente.
Descripción del funcionamiento de la subestación térmica conectada según el esquema independiente
El fluido térmico caliente que proviene de la fuente de calor ingresa al intercambiador de calor de placas, donde se enfría y calienta el agua que circula en el sistema de calefacción.
El uso de un intercambiador de calor de placas permite proteger el sistema de calefacción de los cambios en el modo hidráulico de la fuente de calor o de la red térmica, es decir, lo hace independiente.
A diferencia de los esquemas dependientes, donde el agua tomada de la tubería de suministro de la red térmica ingresa al sistema de calefacción, en el caso de una conexión independiente de la subestación térmica, el agua de las redes externas ingresa al sistema una sola vez durante el llenado y en pequeñas cantidades durante la reposición para compensar las fugas de fluido térmico en el sistema. La conexión independiente del sistema de calefacción reduce el impacto sobre las tuberías y elementos del sistema de calefacción no depositados en los filtros.
La subestación térmica está controlada por un controlador electrónico equipado con un sensor de temperatura del aire ambiente y un sensor de temperatura del fluido térmico que ingresa al sistema de calefacción. El controlador también está conectado a un actuador eléctrico de la válvula reguladora instalada en la tubería de suministro de la fuente de calor.
El controlador tiene asignada una relación entre la temperatura del agua que se suministra al sistema de calefacción y la temperatura exterior, la cual verifica periódicamente. Si el controlador detecta que el fluido térmico ingresa al sistema de calefacción a una temperatura insuficiente, envía una señal para abrir la válvula reguladora en la tubería de suministro de la red térmica, y si la temperatura excede la establecida, el controlador cierra la válvula hasta cerrarla completamente.
La limitación del flujo de fluido térmico se realiza a través del regulador de presión diferencial, al igual que en el primer esquema (ver arriba).
La circulación del fluido térmico en el sistema de calefacción la realizan dos bombas silenciosas, una de las cuales es de reserva. El par de bombas de circulación está equipado con un cuadro de automatización con las funciones descritas en la primera descripción del esquema.
El agua, al calentarse, aumenta su volumen y, al enfriarse, lo disminuye. Dado que el agua es un líquido prácticamente incompresible, su calentamiento en un circuito cerrado del sistema de calefacción provoca un rápido aumento de presión, lo que podría destruir el elemento más débil del sistema de calefacción.
Para evitar los efectos destructivos del agua caliente en un circuito cerrado del sistema de calefacción, se agrega un depósito de expansión (DE), diseñado para absorber el aumento de volumen del agua caliente. El depósito de expansión está dividido en dos partes por una membrana elástica, que puede expandirse para absorber el aumento de volumen del agua caliente y comprimirse cuando la temperatura del agua en el sistema de calefacción disminuye, devolviendo a la instalación el volumen de agua previamente absorbido.
Para proteger el sistema de calefacción contra un aumento de presión de emergencia, se instalan válvulas de seguridad (VS) en una cantidad de al menos dos, una de las cuales es de reserva.
La reposición del sistema de calefacción se realiza automáticamente mediante un regulador de presión (RP), que se activa tan pronto como la presión en el circuito de calefacción cae por debajo del valor ajustado en el regulador.
Esquema independiente de subestación térmica individual con bombas de reposición
Este esquema se utiliza si la presión en la tubería de entrada desde la fuente de calor es inferior a la presión estática del sistema de calefacción. No es obligatorio, pero se recomienda utilizarlo si la presión en la tubería de retorno de la red térmica o la presión estática de la fuente de calor es inferior a la presión estática del sistema de calefacción.
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