Comment fonctionne la sous-station de chauffage urbain
Station de chauffage connectée selon un schéma indépendant
Dans une station de chauffage connectée selon un schéma indépendant, le circuit hydraulique du système de chauffage est séparé du circuit hydraulique de la source de chaleur par un échangeur de chaleur. Le fluide caloporteur qui circule dans le système de chauffage n'entre en contact avec l'eau chaude provenant de la source de chaleur qu'à travers les surfaces de l'échangeur, sans se mélanger.
Le fonctionnement de la station de chauffage est contrôlé par un régulateur programmable électronique équipé d'un capteur de température extérieure, d'un capteur de température du fluide caloporteur entrant dans le système de chauffage, et d'une vanne de régulation à actionneur électrique, capable de fermer partiellement ou totalement l'arrivée de fluide caloporteur à l'entrée en provenance de la source de chaleur.
Le régulateur intègre une table décrivant la relation entre la température de l'eau entrant dans le système de chauffage et la température extérieure, appelée régime de température. Le programme peut être configuré pour réduire la température du fluide caloporteur à une valeur prédéfinie selon le régime de température, en fonction du jour de la semaine et de l'heure, ce qui est souvent utilisé dans les bâtiments avec des horaires fixes, comme les écoles, bureaux et usines.
Le régulateur mesure périodiquement la température extérieure, détermine la température correspondante du fluide caloporteur à l'entrée du système de chauffage et la compare à la valeur réelle de cette température selon le signal du capteur correspondant. Si la température de l'eau entrant dans le système de chauffage dépasse la valeur définie, le régulateur envoie un signal à l'actionneur électrique pour fermer la vanne de régulation et couper l'arrivée de fluide caloporteur vers l'échangeur de chaleur. Si la température est inférieure à la valeur définie, un signal d'ouverture est envoyé à l'actionneur de la vanne de régulation.
Si le flux de fluide caloporteur est complètement fermé, l'eau provenant du tuyau de retour du système de chauffage passe à travers l'échangeur sans être chauffée et retourne dans le système à la même température. Plus la vanne de régulation est ouverte, plus il y a de fluide caloporteur qui entre dans l'échangeur et plus le fluide caloporteur entrant dans le système de chauffage est chauffé.
La circulation dans le circuit du système de chauffage est assurée par deux pompes de circulation, dont l'une est de réserve.
À l'entrée du réseau de chauffage, avant la vanne de régulation, est installé un régulateur de différence de pression, qui stabilise la différence de pression à l'entrée et est utilisé pour limiter le débit de fluide caloporteur.
L'augmentation du volume d'eau, qui se produit lors de son chauffage dans le circuit fermé du système de chauffage, est absorbée par les réservoirs d'expansion, qui renvoient l'eau accumulée dans le système lors du refroidissement suivant.
Pour protéger le système de chauffage et les équipements de la station de chauffage contre les surpressions, une soupape de sécurité est prévue.
Le remplissage et l'appoint du circuit fermé du système de chauffage en cas de fuite s'effectuent par la ligne d'appoint manuellement ou automatiquement. Si la pression à l'entrée en provenance de la source de chaleur est suffisante pour remplir le système, une vanne électromagnétique ou un réducteur de pression est utilisé sur la ligne d'appoint. Si la pression à l'entrée est insuffisante, un bloc de pompes d'appoint est utilisé.
Avantages du schéma de connexion indépendant de la station de chauffage :
1 Protège le système de chauffage contre la haute pression à l'entrée des réseaux de chauffage.
2 Permet de créer le régime hydraulique souhaité dans le circuit du système de chauffage.
3 Empêche la vidange du système de chauffage lors de la vidange des canalisations de la source de chaleur et en cas de basse pression à l'entrée.
4 Protège les éléments du système de chauffage contre les dépôts provenant du flux de fluide caloporteur en provenance de la source de chaleur.
Inconvénients du schéma de connexion indépendant des stations de chauffage :
1 La température du fluide caloporteur entrant dans le système de chauffage sera toujours inférieure d'au moins 10°C à la température du fluide caloporteur provenant du réseau de chauffage. Dans l'échangeur de chaleur à grande vitesse, la température de l'eau chauffée ne peut pas atteindre celle de l'eau chauffante.
2 Le coût d'une station de chauffage avec connexion indépendante est plus élevé par rapport au coût d'une station de chauffage de puissance équivalente, mais avec connexion dépendante. La différence est presque le double.
3 La pression dans le système de chauffage varie avec le chauffage et le refroidissement du fluide caloporteur. À la température minimale (de conception) de l'air extérieur, la pression dans le système de chauffage atteint la valeur maximale autorisée, tandis que pendant les jours chauds de la période de chauffage, la pression minimale correspond à la pression statique du système de chauffage avec une petite pression supplémentaire.
4 Le démarrage, la configuration et la maintenance sont plus complexes par rapport aux stations de chauffage connectées selon un schéma dépendant.
5 La circulation de l'eau dans le système de chauffage s'arrêtera en cas de coupure des pompes.
Types de schémas de connexion indépendants des stations de chauffage et dans quels cas ils sont utilisés.
Fonctionnement de la station de chauffage connectée selon un schéma dépendant
Le fonctionnement de la station de chauffage est contrôlé par un régulateur programmable, auquel sont connectés l'actionneur électrique de la vanne, qui affecte l'extraction du fluide caloporteur du réseau de chauffage, le capteur de température extérieure et le capteur de température du fluide caloporteur entrant dans le système de chauffage.
Le régulateur intègre la relation entre la température du fluide caloporteur à l'entrée du système de chauffage et la température extérieure, le jour de la semaine et l'heure. Le régulateur mesure périodiquement la température extérieure et compare la température réelle mesurée du fluide caloporteur avec la valeur définie pour les conditions actuelles. Si la température est inférieure à la valeur définie, un signal d'ouverture est envoyé à la vanne de régulation, et si elle est supérieure, un signal de fermeture est envoyé.
Dans le tuyau d'alimentation du système de chauffage, un mélange de deux flux de fluide caloporteur entre. Un flux 'chaud' provient du tuyau d'alimentation du réseau de chauffage à travers le régulateur, tandis que l'autre flux 'refroidi' se mélange à travers un pont depuis le tuyau de retour.
Indépendamment du fait que la vanne de régulation soit ouverte ou fermée, un débit constant de fluide caloporteur circule dans le système, et seule la proportion des flux 'chaud' et 'froid' dans ce volume dépend du degré de fermeture de la vanne à l'entrée. Autrement dit, si l'extraction du réseau de chauffage est complètement fermée, seule l'eau prélevée dans le tuyau de retour à travers le pont entrera dans le système.
La circulation stable dans le système de chauffage et le mélange sont assurés par deux pompes silencieuses à rotor humide, dont l'une est toujours en fonctionnement, tandis que l'autre est de réserve en cas de panne de la pompe en service.
Avantages du schéma de connexion dépendant de la station de chauffage
1 Coût inférieur par rapport à la connexion indépendante.
2 Possibilité de contrôle automatique programmé du mode de fonctionnement du système de chauffage.
3 La pression dans le système de chauffage est stable et correspond à la pression dans le tuyau de retour de la source de chaleur.
4 Démarrage et configuration simples.
5 Possibilité de fournir au système un fluide caloporteur à la même température que celui dans le tuyau d'alimentation du réseau de chauffage (uniquement en cas d'utilisation d'une vanne à trois voies).
Inconvénients du schéma de connexion dépendant de la station de chauffage
1 Le système de chauffage sera vidé en cas de vidange de l'eau du réseau de chauffage.
2 La circulation de l'eau dans le système de chauffage s'arrêtera en cas de coupure des pompes.
Types de schémas de connexion dépendants des stations de chauffage et dans quels cas ils sont utilisés.
Comment fonctionne la station de chauffage avec un nœud mélangeur élévateur
Les nœuds mélangeurs élévateurs sont installés dans les stations de chauffage des bâtiments connectés au réseau de chauffage qui fonctionne en mode de régulation qualitative avec de l'eau surchauffée.
La régulation qualitative implique de modifier la température de l'eau fournie au système de chauffage en fonction de la température extérieure, avec un débit constant de fluide caloporteur qui circule dans le système.
L'eau est considérée comme surchauffée lorsqu'elle provient du réseau de chauffage à une température supérieure à celle requise pour l'alimentation du système de chauffage.
Par exemple, le réseau de chauffage peut fonctionner selon un diagramme de 150/70, 130/70 ou 110/70, tandis que le système de chauffage est conçu pour un diagramme de 95/70. Le diagramme de température 150/70 stipule qu'à la température extérieure de conception (pour Kiev, c'est -22°C), la température d'entrée des réseaux de chauffage dans le bâtiment doit être de 150°C, et la température de sortie de 70°C. En même temps, dans le système de chauffage conçu pour un mode de 95/70, cette eau doit entrer à une température de 95°C.
La station de chauffage avec nœud mélangeur élévateur mélange le flux d'eau provenant du tuyau d'alimentation du réseau de chauffage à une température de 150°C avec le flux d'eau sortant du système de chauffage à une température de 70°C. À la suite du mélange, un flux de 95°C est obtenu à la sortie de l'élévateur, qui est ensuite fourni au système de chauffage.
Comment se fait le mélange
Dans la chambre de mélange du nœud élévateur se trouve une 'buse/cone', qui accélère le flux d'eau surchauffée. En augmentant la vitesse du flux, la pression dans celui-ci diminue (cette propriété est décrite par la loi de Bernoulli) jusqu'à devenir légèrement inférieure à la pression dans le tuyau de retour. La différence de pression entre la chambre de mélange et le tuyau de retour provoque le passage du fluide caloporteur à travers le pont du retour vers l'alimentation.
Dans la chambre de mélange, une combinaison de deux flux est formée avec la température souhaitée, mais avec une pression inférieure à celle du tuyau de retour. Le mélange entre dans le diffuseur de l'élévateur, où la vitesse du flux diminue et la pression augmente au-dessus de celle du tuyau de retour. L'augmentation de pression ne dépasse pas 0,15 bar, ce qui limite l'utilisation des nœuds élévateurs dans les systèmes de chauffage à haute résistance hydraulique.
Avantages des stations de chauffage avec nœuds élévateurs
1 Peu coûteux et simple.
2 Ne nécessite pas d'entretien.
3 Indépendant du réseau électrique.
Inconvénients des nœuds mélangeurs élévateurs
1 Incompatible avec les régulateurs automatiques, leur installation conjointe est donc interdite par la réglementation.
2 Crée une différence de pression à l'entrée du système de chauffage ne dépassant pas 0,15 bar, ce qui exclut l'installation de stations de chauffage avec nœuds élévateurs dans les bâtiments dont les systèmes de chauffage sont équipés de vannes thermostatiques.
3 Le nœud élévateur a un coefficient de mélange fixe, ce qui empêche de fournir au système de chauffage un fluide caloporteur à la température requise en cas de déficit thermique dans le réseau de chauffage.
4 Trop sensible à la différence de pression à l'entrée du réseau de chauffage. Une diminution de la différence de pression par rapport à la valeur de conception réduit le débit d'eau circulant dans le système de chauffage, ce qui provoque à son tour un déséquilibre du système et l'arrêt des branches éloignées.
5 Pour le fonctionnement de l'élévateur, la différence de pression entre l'alimentation et le retour doit être supérieure à 1,5 bar.
Où sont installées les stations de chauffage avec nœuds élévateurs?
Pratiquement tous les systèmes de chauffage mis en service avant l'an 2000 sont équipés de stations de chauffage avec nœuds élévateurs.
Où peut-on utiliser des ITP avec élévateur?
Aujourd'hui, pour tous les bâtiments résidentiels et administratifs projetés et rénovés, l'utilisation de la régulation automatique dans la station de chauffage est obligatoire. L'utilisation conjointe de nœuds élévateurs avec des régulateurs automatiques est interdite par la réglementation.
Les nœuds élévateurs peuvent être installés uniquement dans les installations où un contrôle automatique du système de chauffage n'est pas nécessaire, où la différence de pression entre l'alimentation et le retour à l'entrée est stable et supérieure à 1,5 bar, où le système de chauffage fonctionne avec une différence de pression de 0,15 bar entre l'alimentation et le retour, et où le système de chauffage fonctionne avec un débit constant de fluide caloporteur et n'est pas équipé de régulateurs automatiques.
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