Esquemas da subestação de aquecimento para o sistema de aquecimento
Esquema dependente com válvula de duas vias e bombas na tubulação de fornecimento
Esquema dependente de conexão da subestação térmica do sistema de aquecimento à rede térmica com válvula de duas vias e bombas de mistura e circulação na tubulação de fornecimento do sistema de aquecimento.
O esquema é aplicado se:
1 O gráfico de temperatura calculado da fonte de calor exceder o gráfico de temperatura calculado do sistema de aquecimento (por exemplo, na entrada da rede térmica 120/70, e no sistema de aquecimento é necessário manter 95/70).
2 A pressão de trabalho na tubulação de retorno da rede térmica e a pressão estática na rede térmica excedem a pressão estática do sistema de aquecimento, pelo menos em 0.5 bar. A pressão estática do sistema de aquecimento corresponde à altura da coluna de água em metros desde a localização da subestação térmica até o ponto mais alto do sistema de aquecimento. Conversor de unidades de pressão. permite converter os dados fornecidos pela organização de fornecimento de calor em outras unidades de medida (bar, MPa ou kgf/m²).
3 A pressão nas tubulações de fornecimento e retorno da rede térmica, assim como a pressão estática nas redes térmicas, não excedem a pressão máxima permitida para o sistema de aquecimento, que é determinada pela resistência do elemento mais fraco (radiadores, tubulações).
4 Na subestação térmica, é necessário implementar o controle automático de qualidade da temperatura do fluido térmico, dependendo da temperatura externa e/ou de acordo com o cronograma diário e semanal de operação do sistema.
Descrição do esquema da subestação térmica e seu princípio de funcionamento:
O controle da operação da subestação térmica é realizado por um controlador programável, ao qual estão conectados: sensor de temperatura externa, sensor de temperatura do fluido térmico que entra no sistema de aquecimento, e a válvula reguladora de duas vias (VR) com acionamento elétrico.
No controlador, insere-se o gráfico de temperatura do sistema de aquecimento, que mostra a dependência da temperatura da água que entra no sistema de aquecimento em relação à temperatura externa, ao dia da semana e à hora do dia. O controlador mede a temperatura externa, determina a temperatura necessária da água na entrada do sistema de aquecimento e compara-a com a temperatura medida pelo sensor t11, ao detectar uma diferença, envia um sinal para fechar ou abrir a válvula reguladora na tubulação de fornecimento da rede térmica.
A válvula reguladora pode abrir totalmente o fornecimento de fluido térmico ou fechar completamente a tubulação de fornecimento. A adição de água da tubulação de retorno não para mesmo quando a válvula reguladora está totalmente aberta, uma vez que a água que vem da rede térmica está 'superaquecida', ou seja, tem uma temperatura superior à necessária para o sistema de aquecimento. No modo de fechamento total da tubulação de fornecimento, todo o fluido térmico que entra no sistema de aquecimento será retirado da tubulação de retorno através de um bypass.
Independentemente do grau de fechamento da válvula reguladora, o volume de água que entra no sistema de aquecimento é estável e é determinado pela característica da bomba de circulação, apenas as proporções dos dois fluxos de água na mistura mudam - o fluxo retirado da tubulação de retorno e o fluxo da tubulação de fornecimento.
Em caso de falha da bomba principal, a circulação de água no sistema será interrompida, por isso, o esquema prevê duas bombas - a principal e a reserva (H1 e H2).
As bombas são conectadas à rede elétrica através de um quadro de controle, que inclui os seguintes níveis de proteção:
- Proteção contra funcionamento a seco
- Proteção contra desequilíbrio de tensão entre as fases
- Proteção contra falha de fase e curtos-circuitos
- Proteção térmica contra sobrecargas de corrente
- Ativação automática da bomba reserva em caso de falha da bomba principal
Na entrada da rede térmica, é instalado um regulador de diferença de pressão, que estabiliza a diferença de pressão, limita o fluxo máximo de fluido térmico da rede térmica e cria um modo de operação da válvula reguladora, no qual o movimento do êmbolo muda suavemente o fluxo de água que passa por ele.
Para limitar o fluxo máximo de fluido térmico, o regulador de pressão é ajustado para uma diferença de pressão equivalente à perda de pressão na válvula reguladora quando totalmente aberta, durante o fluxo máximo de fluido térmico.
Para ajustar o ponto de trabalho da bomba na subestação térmica, existe uma válvula de balanceamento manual, que pode não ser instalada se as bombas estiverem equipadas com um controlador de velocidade variável.
Além das novas construções, este esquema é usado na modernização de Subestações de Transferência de Calor Individual (STCI) com substituição de unidades de elevador.
Características do esquema
Em operação, a pressão na tubulação de retorno do sistema de aquecimento é igual à pressão na tubulação de retorno da rede térmica na entrada, e a pressão no ponto de mistura dos fluxos é ligeiramente inferior à pressão na tubulação de retorno da rede térmica.
Mesmo com a válvula reguladora totalmente aberta na tubulação de fornecimento, a água resfriada da tubulação de retorno será misturada ao fluxo que entra no sistema de aquecimento.
Esquema dependente com válvula de duas vias, bombas na tubulação de fornecimento e regulador de pressão diferencial
É utilizado em casos em que a pressão estática ou de trabalho na tubulação de retorno da rede térmica é inferior à pressão estática do sistema de aquecimento + 0,5 bar.
O regulador de pressão diferencial é instalado para proteger o sistema de aquecimento contra o esvaziamento parcial ou total.
Esquema dependente com válvula de duas vias e bombas na tubulação de retorno
Esquema dependente de conexão de uma STCI com controle climático automático baseado em controlador programável com válvula de duas vias e bombas de mistura e circulação na tubulação de retorno.
O esquema é aplicado se:
1 O gráfico de temperatura calculado da fonte de calor exceder o gráfico de temperatura calculado do sistema de aquecimento.
2 A pressão de trabalho na tubulação de retorno da rede térmica e a pressão estática na rede térmica excedem a pressão estática do sistema de aquecimento, pelo menos em um valor equivalente à pressão máxima da bomba + 0,5 bar.
3 A pressão nas tubulações de fornecimento e retorno da rede térmica, assim como a pressão estática nas redes térmicas, não excedem a pressão máxima permitida para o sistema de aquecimento, que é determinada pela resistência do elemento mais fraco (radiadores, tubulações).
4 Na subestação térmica, é necessário implementar o controle automático de qualidade da temperatura do fluido térmico, dependendo da temperatura externa e/ou de acordo com o cronograma diário e semanal de operação do sistema.
5 A temperatura na tubulação de fornecimento do sistema de aquecimento em operação pode exceder a temperatura permitida para a bomba de circulação.
Características do esquema
A pressão na tubulação de retorno do sistema de aquecimento será sempre inferior à pressão na tubulação de retorno da rede térmica na entrada do edifício, em um valor equivalente à pressão da bomba no ponto de operação.
A pressão na tubulação de fornecimento do sistema de aquecimento será ligeiramente inferior à pressão na tubulação de retorno da rede térmica.
Esquema dependente com válvula de três vias e bombas de circulação
Esquema dependente de conexão da subestação térmica do sistema de aquecimento à fonte de calor com válvula reguladora de três vias e bombas de mistura e circulação na tubulação de fornecimento do sistema de aquecimento.
Este esquema é aplicado na Subestação de Transferência de Calor Individual nas seguintes condições:
1 O gráfico de temperatura de trabalho da fonte de calor (caldeira) excede ou é igual ao gráfico de temperatura do sistema de aquecimento. A subestação térmica conectada por este esquema pode operar com ou sem mistura do fluxo da tubulação de retorno, ou seja, enviar todo o fluido térmico da tubulação de fornecimento da rede térmica diretamente para o sistema de aquecimento.
Por exemplo, o gráfico de temperatura calculado do sistema de aquecimento 90/70°C é igual ao gráfico da fonte, mas a fonte, independentemente dos fatores externos, opera constantemente com uma temperatura de saída de 90°C, e o sistema de aquecimento precisa enviar fluido térmico com uma temperatura de 90°C apenas quando a temperatura externa atinge o valor calculado (para Kyiv -22°C). Assim, na subestação térmica, será adicionado fluido térmico resfriado da tubulação de retorno até que a temperatura externa caia para o valor calculado.
2 A conexão da subestação térmica foi feita para um coletor sem pressão, separador hidráulico ou rede de aquecimento com uma diferença de pressão entre as tubulações de fornecimento e retorno de não mais que 0,3 bar.
3 A pressão na tubulação de retorno da fonte de calor, tanto no modo estático quanto no dinâmico, deve exceder pelo menos em 0,5 bar a altura desde o ponto de conexão da subestação térmica até o ponto mais alto do sistema de aquecimento (estática do edifício).
4 A pressão nas tubulações de fornecimento e retorno da fonte de calor, assim como a pressão estática nas redes térmicas, não deve exceder a pressão máxima permitida para o sistema de aquecimento do edifício conectado a essa STCI.
5 O esquema de conexão da subestação térmica deve garantir o controle automático de qualidade do sistema de aquecimento de acordo com o gráfico de temperatura ou horário.
Descrição do funcionamento do esquema de STCI com válvula de três vias
O princípio de funcionamento deste esquema é semelhante ao do primeiro esquema, com a diferença de que a válvula de três vias pode fechar completamente a captação da tubulação de retorno, na qual todo o fluido térmico que vem da fonte de calor sem mistura será enviado para o sistema de aquecimento.
No caso de fechamento completo da tubulação de fornecimento da fonte de calor, como no primeiro esquema, o sistema de aquecimento receberá apenas o fluido térmico retirado da tubulação de retorno.
Esquema dependente com válvula de três vias, bombas de circulação e regulador de pressão diferencial.
É aplicado quando a diferença de pressão no ponto de conexão da STCI à rede térmica é superior a 0,3 bar. O regulador de pressão diferencial neste caso é selecionado para restringir e estabilizar o excesso de diferença de pressão na entrada.
Esquema independente da subestação de transferência de calor individual
Esquema independente de conexão da subestação térmica com válvula de duas vias, regulador de pressão diferencial, bombas de circulação, tanque de expansão fechado e linha automática de enchimento e alimentação.
O esquema independente de conexão da STCI é aplicado se:
1 A pressão estática e/ou a pressão na tubulação de fornecimento e/ou na tubulação de retorno da rede térmica excedem a pressão permitida no sistema de aquecimento.
2 O gráfico de temperatura da fonte de calor excede o gráfico de temperatura do sistema de aquecimento. Por exemplo, o gráfico de temperatura da fonte de calor é 110/70, e o sistema de aquecimento é 90/70.
3 O edifício tem 12 ou mais andares (de acordo com o DBC V. 2.5-67:2013).
4 A diferença de pressão na entrada da rede térmica excede 0,4 bar (devido à necessidade de superar a resistência hidráulica do trocador de calor e da válvula de controle).
5 O esquema independente de conexão é obrigatório pelas condições técnicas da organização de fornecimento de calor ou pelos requisitos técnicos do cliente.
Princípio de funcionamento da subestação térmica conectada pelo esquema independente
O fluido térmico quente proveniente da fonte de calor entra no trocador de calor de placas, onde, ao esfriar, aquece a água que circula no sistema de aquecimento.
A utilização de um trocador de calor de placas protege o sistema de aquecimento das variações do regime hidráulico da fonte de calor/rede térmica, tornando-o independente.
Ao contrário dos esquemas dependentes, onde a água retirada da tubulação de fornecimento da rede térmica entra no sistema de aquecimento, na conexão independente da subestação térmica, a água das redes externas entra no sistema uma única vez durante o enchimento e em pequenas quantidades durante o reabastecimento para compensar a perda de fluido térmico no sistema. A conexão independente do sistema de aquecimento reduz o impacto sobre as tubulações e elementos do sistema de aquecimento de substâncias não removidas pelos filtros.
A subestação térmica é controlada por um controlador eletrônico equipado com um sensor de temperatura ambiente e um sensor de temperatura do fluido térmico que entra no sistema de aquecimento. O controlador também está conectado a um atuador elétrico da válvula reguladora instalada na tubulação de fornecimento da fonte de calor.
O controlador é programado para verificar periodicamente a dependência da temperatura da água fornecida ao sistema de aquecimento em relação à temperatura externa. Se o controlador detectar que o fluido térmico está entrando no sistema de aquecimento com uma temperatura insuficiente, ele envia um sinal de abertura para a válvula reguladora na tubulação de fornecimento da rede térmica e, se a temperatura exceder o valor definido, o controlador fecha a válvula até o fechamento total.
A limitação do fluxo de fluido térmico é realizada com base no regulador de pressão diferencial, assim como no primeiro esquema (veja acima).
A circulação do fluido térmico no sistema de aquecimento é criada por duas bombas silenciosas, uma das quais é reserva. O par de bombas de circulação é equipado com um painel de controle que inclui as funções descritas na primeira esquema.
A água, ao ser aquecida, aumenta de volume e, ao esfriar, diminui de volume. Como a água é praticamente um líquido incompressível, ao ser aquecida em um circuito fechado de aquecimento, a pressão aumentará acentuadamente, o que levará à destruição do elemento mais fraco do sistema de aquecimento.
Para evitar os efeitos destrutivos da água aquecida em um circuito fechado do sistema de aquecimento, um tanque de expansão (TE) é adicionado, projetado para acomodar o aumento de volume do fluido aquecido. O tanque de expansão é dividido em duas partes por uma membrana elástica, que pode se expandir para acomodar todo o aumento de volume da água aquecida e se contrair quando a temperatura da água no sistema de aquecimento diminui, devolvendo o volume de água anteriormente recebido ao sistema.
Para proteger o sistema de aquecimento contra um aumento de pressão de emergência, pelo menos dois válvulas de segurança (VS) são instaladas, uma das quais é reserva.
O reabastecimento do sistema de aquecimento é realizado por um regulador de pressão (RP) em modo automático, assim que a pressão no circuito de aquecimento cair abaixo da pressão de ajuste do regulador.
Esquema independente da STCI com unidade de bombas de reabastecimento
Este esquema é aplicado se a pressão na tubulação de fornecimento na entrada da fonte de calor for inferior à pressão estática do sistema de aquecimento. O esquema não é obrigatório, mas é recomendado se a pressão na tubulação de retorno da rede térmica ou a pressão estática da fonte de calor for inferior à pressão estática do sistema de aquecimento.
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