Гидроника

Гидроника (от древнегреческого гидро- «вода») — использование жидкой воды или газообразной воды ( пара ) или водного раствора (обычно гликоля с водой) в качестве теплоносителя в системах отопления и охлаждения . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Название отличает такие системы от систем с маслом и хладагентом .

Исторически сложилось так, что в крупных коммерческих зданиях, таких как высотные здания и кампусы , гидравлическая система может включать в себя контур как охлажденной, так и подогреваемой воды, обеспечивающий как отопление, так и кондиционирование воздуха . Чиллеры и градирни используются отдельно или вместе для обеспечения водяного охлаждения, а котлы нагревают воду. Недавней инновацией является система котлов-чиллеров , которая обеспечивает эффективную систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в домах и небольших коммерческих помещениях.

Централизованное отопление

Во многих крупных городах имеется система централизованного теплоснабжения, которая через подземные трубопроводы обеспечивает общедоступную горячую и охлажденную воду высокой температуры. К ним можно подключить здание в служебном районе при условии оплаты платы за обслуживание.

Типы гидравлической системы

Основные типы

Гидравлические системы могут включать в себя следующие виды распределения: ^{[ 1 ]}

Системы охлажденной воды
Системы горячего водоснабжения
Паровые системы
Пароконденсатные системы
Системы геотермальных тепловых насосов

Классификация

Гидравлические системы далее классифицируются по пяти признакам:

Генерация потока (принудительный поток или самотек)
Температура (низкая, средняя и высокая)
Давление (низкое, среднее и высокое)
Расположение трубопроводов
Насосное устройство

Расположение трубопроводов

Гидравлические системы можно разделить на несколько общих категорий расположения трубопроводов:

Однотрубный или однотрубный
Двухтрубный пар (прямой возврат или обратный возврат)
Три трубы
Четыре трубы
Серийный цикл

Однотрубный паровой

В старейшей современной технологии водяного отопления однотрубная паровая система подает пар к радиаторам , где пар отдает свое тепло и снова конденсируется в воду. Радиаторы и трубы подачи пара расположены так, что сила тяжести в конечном итоге выводит этот конденсат обратно по трубопроводу подачи пара в котел, где он снова может быть превращен в пар и возвращен в радиаторы.

Несмотря на свое название, радиатор не нагревает помещение за счет излучения. При правильном расположении радиатор создаст в помещении конвекционный поток воздуха, который и обеспечит основной механизм теплопередачи. Принято считать, что для достижения наилучших результатов паровой радиатор должен находиться на расстоянии не более одного-двух дюймов (2,5-5 см) от стены.

Однотрубные системы ограничены как в способности доставлять большие объемы пара (то есть тепла), так и в плане способности доставлять большие объемы пара (то есть тепла). ^{[ нужна ссылка ]} и возможность управления подачей пара к отдельным радиаторам ^{[ нужна ссылка ]} (потому что закрывая пароподающие уловители конденсата в радиаторах). Из-за этих ограничений однотрубные системы больше не являются предпочтительными.

Эти системы зависят от правильной работы термостатических воздухоотводчиков, расположенных на радиаторах по всей отапливаемой площади. Когда система не используется, эти клапаны открыты в атмосферу, а радиаторы и трубы содержат воздух. Когда начинается цикл отопления, котел производит пар, который расширяется и вытесняет воздух в системе. Воздух выходит из системы через воздухоотводчики на радиаторах и на самих паропроводах. Термостатические клапаны закрываются, когда они нагреваются; в наиболее распространенном виде давление паров небольшого количества спирта в клапане оказывает силу, приводящую в действие клапан и предотвращающую выход пара из радиатора. Когда клапан остывает, в систему поступает воздух, замещающий конденсирующийся пар.

Некоторые более современные клапаны можно отрегулировать для более быстрого или медленного удаления воздуха. В общем, клапаны, ближайшие к котлу, должны выпускать воздух медленнее всего, а клапаны, наиболее удаленные от котла, должны выпускать воздух быстрее всего. ^{[ нужна ссылка ]} В идеале пар должен достигать каждого клапана и закрывать каждый клапан одновременно, чтобы система могла работать с максимальной эффективностью; это состояние известно как «сбалансированная» система. ^{[ нужна ссылка ]}

Двухтрубные паровые системы

В двухтрубных паровых системах существует обратный путь конденсата, который может включать как насосы, так и поток, вызванный силой тяжести. Поток пара к отдельным радиаторам можно регулировать с помощью ручных или автоматических клапанов .

Двухтрубная система прямого возврата

Обратный трубопровод, как следует из названия, ведет к котлу самым прямым путем.

Преимущества

Более низкая стоимость обратного трубопровода в большинстве (но не всех) применений, а подающий и обратный трубопровод разделены.

Недостатки

Эту систему может быть сложно сбалансировать, поскольку длина подающей линии отличается от длины обратной; чем дальше от котла находится теплообменное устройство, тем более выражена разница давлений. По этой причине всегда рекомендуется: минимизировать падение давления в распределительном трубопроводе; используйте насос с плоской головкой ^{[ когда определено как? ]}, включать в себя балансировочные и расходомерные устройства на каждом выводе или ответвлении цепи; и использовать регулирующие клапаны с высокой потерей напора. ^{[ когда определено как? ]} на терминалах.

Двухтрубная система обратной обратки

Двухтрубная конфигурация с обратным возвратом, которую иногда называют «трехтрубной системой», отличается от двухтрубной системы способом возврата воды в котел. В двухтрубной системе, как только вода покинула первый радиатор, она возвращается в котел для повторного нагрева, и так со вторым, третьим и т. д. При двухтрубном обратном возврате обратная труба направляется к последнему радиатору. в системе перед возвращением в котел для повторного нагрева.

Преимущества

Преимущество двухтрубной системы обратного возврата состоит в том, что длина труб до каждого радиатора примерно одинакова, это обеспечивает одинаковое сопротивление трения потоку воды в каждом радиаторе. Это позволяет легко балансировать систему.

Недостатки

Монтажник или ремонтник не может быть уверен, что каждая система самобалансируется, не проверив ее должным образом.

Водяные петли

Современные системы почти всегда используют нагретую воду, а не пар. Это открывает в системе возможность использования охлажденной воды для кондиционирования воздуха .

В домах водяной контур может представлять собой простую трубу, которая «закольцовывает» поток через каждый радиатор в зоне. В такой системе поток к отдельным радиаторам не может регулироваться, поскольку вся вода протекает через каждый радиатор в зоне. В немного более сложных системах используется «основная» труба, которая непрерывно течет по зоне; отдельные радиаторы отводят небольшую часть потока в основную трубу. В этих системах можно модулировать отдельные излучатели. В качестве альтернативы можно установить несколько контуров с несколькими радиаторами, при этом расход в каждом контуре или зоне контролируется зональным клапаном, подключенным к термостату .

В большинстве систем водоснабжения вода циркулирует с помощью одного или нескольких циркуляционных насосов . Это резко контрастирует с паровыми системами, в которых собственного давления пара достаточно для распределения пара по удаленным точкам системы. Система может быть разбита на отдельные зоны отопления с использованием либо нескольких циркуляционных насосов, либо одного насоса и зональных клапанов с электрическим управлением .

Повышение эффективности и эксплуатационных расходов

Благодаря внедрению изоляционных материалов произошло значительное улучшение эффективности и, следовательно, эксплуатационных затрат водяной системы отопления.

Трубы системы радиаторной панели покрыты огнестойким, гибким и легким эластомерным резиновым материалом, предназначенным для теплоизоляции. Эффективность обогрева плиты повышается за счет установки теплового барьера из пенопласта. В настоящее время на рынке представлено множество предложений продукции с различными энергетическими характеристиками и способами установки.

Балансировка

Большинство гидравлических систем требуют балансировки . Это включает в себя измерение и настройку расхода для достижения оптимального распределения энергии в системе. В сбалансированной системе каждый радиатор получает достаточно горячей воды, чтобы он мог полностью нагреться.

Очистка котловой воды

В бытовых системах может использоваться обычная водопроводная вода, но сложные коммерческие системы часто добавляют в воду различные химические вещества. Например, эти добавленные химические вещества могут:

Подавить коррозию
Предотвращение замерзания воды в системе
Повысить температуру кипения воды в системе.
Подавить рост плесени и бактерий
Обеспечить улучшенное обнаружение утечек (например, красители под , флуоресцирующие ультрафиолетовым светом ).

Удаление воздуха

Все гидравлические системы должны иметь средства для удаления воздуха из системы. Правильно спроектированная безвоздушная система должна продолжать нормально функционировать в течение многих лет.

Воздух вызывает раздражающие шумы в системе и нарушает правильную передачу тепла к циркулирующим жидкостям и от них. Кроме того, кислород растворенный в воде , если его уровень не ниже допустимого, вызывает коррозию . Эта коррозия может привести к образованию ржавчины и накипи на трубопроводах. Со временем эти частицы могут расшататься и перемещаться по трубам, уменьшая или даже блокируя поток, а также повреждая уплотнения насоса и другие компоненты.

Система водяного контура

В системах с водяным контуром также могут возникнуть проблемы с воздухом. Воздух, находящийся в гидравлических системах водяного контура, можно разделить на три формы:

Бесплатный воздух

Различные устройства, такие как ручные и автоматические воздухоотводчики, используются для удаления свободного воздуха, который поднимается к верхним точкам всей системы. Автоматические воздухоотводчики содержат клапан, управляемый поплавком. При наличии воздуха поплавок опускается, позволяя клапану открыться и выпустить воздух. Когда вода достигает (заполняет) клапан, поплавок поднимается, блокируя выход воды. Небольшие (бытовые) версии этих клапанов в старых системах иногда оснащаются фитингом воздушного клапана типа Шредера , и любой захваченный, теперь уже сжатый воздух можно удалить из клапана, вручную нажимая на шток клапана до тех пор, пока не начнет выходить вода, а не воздух. появляться.

Вовлекаемый воздух

Захваченный воздух — это пузырьки воздуха, которые перемещаются по трубопроводу с той же скоростью, что и вода. Воздушные «совки» являются одним из примеров продуктов, которые пытаются удалить этот тип воздуха.

Растворенный воздух

Растворенный воздух также присутствует в воде системы, и его количество определяется главным образом температурой и давлением (см. Закон Генри ) поступающей воды. В среднем водопроводная вода содержит от 8 до 10% растворенного воздуха по объему.

Удаление растворенного, свободного и увлеченного воздуха может быть достигнуто только с помощью высокоэффективного устройства удаления воздуха, которое включает в себя коалесцирующую среду, которая постоянно вычищает воздух из системы. Устройства сепаратора воздуха тангенциального или центробежного типа ограничиваются удалением только свободного и увлеченного воздуха.

Компенсация теплового расширения

Вода расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. Гидравлическая система с водяным контуром должна иметь один или несколько расширительных баков в системе, чтобы вместить этот изменяющийся объем рабочей жидкости. В этих резервуарах часто используется резиновая диафрагма, находящаяся под давлением сжатого воздуха . Расширительный бак вмещает расширенную воду за счет дальнейшего сжатия воздуха и помогает поддерживать примерно постоянное давление в системе при ожидаемом изменении объема жидкости. простые цистерны Также используются , открытые для атмосферного давления.

Вода также резко расширяется при испарении или превращении в пар. Барботажные трубы могут помочь справиться с вспышкой, которая может возникнуть, когда конденсат под высоким давлением попадает в область более низкого давления. ^{[ 3 ]}

Автоматические механизмы наполнения

Гидравлические системы обычно подключаются к водопроводу (например, к общественному водоснабжению). Автоматический клапан регулирует количество воды в системе, а также предотвращает обратный поток системной воды (и любых химикатов для очистки воды) в систему водоснабжения.

Механизмы безопасности

Чрезмерное тепло или давление могут привести к выходу системы из строя. от перегрева и избыточного давления, В системе всегда устанавливается по крайней мере один комбинированный клапан защиты который позволяет пару или воде выходить в атмосферу в случае отказа какого-либо механизма (например, регулятора температуры котла), а не позволяет катастрофический разрыв трубопроводов, радиаторов или котла. Предохранительный клапан обычно имеет ручку ручного управления, позволяющую проводить тестирование и промывать загрязнения (например, песок), которые могут вызвать утечку клапана в обычных условиях эксплуатации.

Быстрая конденсация пара также может привести к гидроудару , который при быстром изменении объема от газа к жидкости приводит к возникновению мощной вакуумной силы. Это может привести к повреждению и разрушению фитингов, клапанов и оборудования. Правильная конструкция и установка вакуумных выключателей уменьшают или устраняют риск возникновения этих проблем. ^{[ 4 ]}

Типичная схема с показанными устройствами управления

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б «Единый механический кодекс 2021 года» . epubs.iapmo.org (кодовая книга). ИПМО. 2021. стр. ix, 16 . Проверено 22 июля 2022 г.
^ Сигенталер, Джон (2012). Современное водяное отопление (Третье изд.). Cengage Обучение. п. 3.
^ Холл, Норм (15 мая 2017 г.). «Обвязка испарительного резервуара с паровой вентиляцией среднего и высокого давления» . Р. Л. Деппманн . Проверено 22 июля 2022 г.
^ Хармс, Билл (1 сентября 2006 г.). «Машиностроение | Гидравлический удар в паровых системах: причина и следствие» . Заводское машиностроение . Проверено 22 июля 2022 г.

[:0-1] Jump up to: ^а ^б «Единый механический кодекс 2021 года» . epubs.iapmo.org (кодовая книга). ИПМО. 2021. стр. ix, 16 . Проверено 22 июля 2022 г.

[2] Сигенталер, Джон (2012). Современное водяное отопление (Третье изд.). Cengage Обучение. п. 3.

[3] Холл, Норм (15 мая 2017 г.). «Обвязка испарительного резервуара с паровой вентиляцией среднего и высокого давления» . Р. Л. Деппманн . Проверено 22 июля 2022 г.

[4] Хармс, Билл (1 сентября 2006 г.). «Машиностроение | Гидравлический удар в паровых системах: причина и следствие» . Заводское машиностроение . Проверено 22 июля 2022 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

v т и Отопление, вентиляция и кондиционирование
Fundamental concepts	Air changes per hour Bake-out Building envelope Convection Dilution Domestic energy consumption Enthalpy Fluid dynamics Gas compressor Heat pump and refrigeration cycle Heat transfer Humidity Infiltration Latent heat Noise control Outgassing Particulates Psychrometrics Sensible heat Stack effect Thermal comfort Thermal destratification Thermal mass Thermodynamics Vapour pressure of water
Technology	Absorption-compression heat pump Absorption refrigerator Air barrier Air conditioning Antifreeze Automobile air conditioning Autonomous building Building insulation materials Central heating Central solar heating Chilled beam Chilled water Constant air volume (CAV) Coolant Cross ventilation Dedicated outdoor air system (DOAS) Deep water source cooling Demand controlled ventilation (DCV) Displacement ventilation District cooling District heating Electric heating Energy recovery ventilation (ERV) Firestop Forced-air Forced-air gas Free cooling Heat recovery ventilation (HRV) Hybrid heat Hydronics Ice storage air conditioning Kitchen ventilation Mixed-mode ventilation Microgeneration Passive cooling Passive daytime radiative cooling Passive house Passive ventilation Radiant heating and cooling Radiant cooling Radiant heating Radon mitigation Refrigeration Renewable heat Room air distribution Solar air heat Solar combisystem Solar cooling Solar heating Thermal insulation Thermosiphon Underfloor air distribution Underfloor heating Vapor barrier Vapor-compression refrigeration (VCRS) Variable air volume (VAV) Variable refrigerant flow (VRF) Ventilation Water heat recycling
Components	Air conditioner inverter Air door Air filter Air handler Air ionizer Air-mixing plenum Air purifier Air source heat pump Attic fan Automatic balancing valve Back boiler Barrier pipe Blast damper Boiler Centrifugal fan Ceramic heater Chiller Condensate pump Condenser Condensing boiler Convection heater Compressor Cooling tower Damper Dehumidifier Duct Economizer Electrostatic precipitator Evaporative cooler Evaporator Exhaust hood Expansion tank Fan Fan coil unit Fan filter unit Fan heater Fire damper Fireplace Fireplace insert Freeze stat Flue Freon Fume hood Furnace Gas compressor Gas heater Gasoline heater Grease duct Grille Ground-coupled heat exchanger Ground source heat pump Heat exchanger Heat pipe Heat pump Heating film Heating system HEPA High efficiency glandless circulating pump High-pressure cut-off switch Humidifier Infrared heater Inverter compressor Kerosene heater Louver Mechanical room Oil heater Packaged terminal air conditioner Plenum space Pressurisation ductwork Process duct work Radiator Radiator reflector Recuperator Refrigerant Register Reversing valve Run-around coil Sail switch Scroll compressor Solar chimney Solar-assisted heat pump Space heater Smoke canopy Smoke damper Smoke exhaust ductwork Thermal expansion valve Thermal wheel Thermostatic radiator valve Trickle vent Trombe wall TurboSwing Turning vanes Ultra-low particulate air (ULPA) Whole-house fan Windcatcher Wood-burning stove Zone valve
Measurement and control	Air flow meter Aquastat BACnet Blower door Building automation Carbon dioxide sensor Clean air delivery rate (CADR) Control valve Gas detector Home energy monitor Humidistat HVAC control system Infrared thermometer Intelligent buildings LonWorks Minimum efficiency reporting value (MERV) Normal temperature and pressure (NTP) OpenTherm Programmable communicating thermostat Programmable thermostat Psychrometrics Room temperature Smart thermostat Standard temperature and pressure (STP) Thermographic camera Thermostat Thermostatic radiator valve
Professions, trades, and services	Architectural acoustics Architectural engineering Architectural technologist Building services engineering Building information modeling (BIM) Deep energy retrofit Duct cleaning Duct leakage testing Environmental engineering Hydronic balancing Kitchen exhaust cleaning Mechanical engineering Mechanical, electrical, and plumbing Mold growth, assessment, and remediation Refrigerant reclamation Testing, adjusting, balancing
Industry organizations	AHRI AMCA ASHRAE ASTM International BRE BSRIA CIBSE Institute of Refrigeration IIR LEED SMACNA UMC
Health and safety	Indoor air quality (IAQ) Passive smoking Sick building syndrome (SBS) Volatile organic compound (VOC)
See also	ASHRAE Handbook Building science Fireproofing Glossary of HVAC terms Warm Spaces World Refrigeration Day Template:Home automation Template:Solar energy