Открытые системы.

Основным типом открытых систем теплоснабжения является двухтрубная система (рис. 3.10). Горячая вода поступает со станции к абонентам по трубопроводу I. Обратная вода возвращает­ся на станцию по трубопроводу II.

Отопительные установки (рис. 3.10, а— г) присоединяются к тепловой сети по тем же схемам, что и в закрытых системах теп­лоснабжения.

Схемы присоединения установок горя­чего водоснабжения (рис. 3.10, д и е) принципиально отличны от ранее рассмотрен­ных схем. Горячее водоснабжение абонен­тов производится сетевой водой непосред­ственно из тепловой сети. Вода из подаю­щего трубопровода тепловой сети поступа­ет через клапан регулятора температуры 13 в смеситель 22. В этот же смеситель посту­пает вода из обратного трубопровода тепло­вой сети через обратный клапан 5. Регуля­тор температуры, регулируя расход воды из подающего трубопровода, поддерживает в смесителе 22 постоянную температуру смеси (около 60 °С). Из смесителя вода по­ступает в местную систему горячего водо­снабжения. Обратный клапан 5 препятству­ет перетеканию воды из подающего трубопровода в обратный. Для выравнива­ния графика нагрузки горячего водоснабже­ния установлены аккумуляторы горячей во­ды: в схеме на рис. 3.10, д — верхний акку­мулятор, в схеме на рис. 3.10, е — нижний.

Зарядка верхнего аккумулятора произ­водится под напором воды в тепловой сети, а разрядка — под его статическим напором. Для управления нижним аккумулятором предусмотрено специальное автоматиче­ское устройство. Зарядка нижнего аккуму­лятора производится через клапан регуля­тора расхода 72, импульсом для которого является перепад давления на дроссельной шайбе, установленной на главном стояке местной системы горячего водоснабжения.

Когда водоразбор снижается и вследст­вие этого уменьшается перепад на дрос­сельной шайбе, клапан регулятора расхода открывается, часть воды из главного стояка отводится в аккумулятор 1 и он заряжается. При увеличении водоразбора клапан регу­лятора расхода прикрывается. При больших водоразборах аккумулятор переключается на разрядку. В данном случае клапан регу­лятора расхода полностью закрыт. С помо­щью пускового устройства включается в ра­боту насос 16, и вода из аккумулятора пода­ется в систему горячего водоснабжения.

Жилые здания, имеющие обычно два ви­да тепловой нагрузки — отопление и горя­чее водоснабжение, присоединяются к теп­ловой сети (см. рис. 3.10, ж и з). Отопитель­ная установка и установка горячего водо­снабжения присоединены к тепловой сети по принципу несвязанного регулирования (см. рис. 3.10, ж). Обе установки работают независимо друг от друга. Расход сетевой воды в отопительной установке не зависит от нагрузки установки горячего водоснаб­жения и поддерживается постоянным с по­мощью регулятора расхода 12. Расход сете­вой воды на горячее водоснабжение изме­няется в весьма широком диапазоне — от максимального в часы наибольшего водо­разбора до нуля в период отсутствия водо­разбора.

Соотношение расходов воды на горячее водоснабжение из подающей и обратной линий, зависящее от температуры сетевой воды на абонентском вводе, устанавливает­ся регулятором температуры 13.

Рис. 3.10. Открытая двухтрубная водяная система теплоснабжения

Схема присоединений: а — О(3); 6 — О(ЗСС); в — О(ЗНС); г — О(Н); d — Г(АВ); е - Г(АН); ж — О(ЗСС) Г(НВ) несвязанное регулирование; з — О(ЗСНС)Г(НВ) связанное регулирование; и — О(ЗСНС) Г(НВ) постоянное гидравлическое сопротивление на вводе; к — О(ЗСНС) Г(НВ) несвязанное регулирование; л — О(Н) Г(НВ) несвязанное регулирование; м — О(ЗСС) связанное регулирование; 22 — смеситель; 23 — предвключенный подогреватель горячего водоснабжения. См. рис. 3.6 1 — аккумулятор горячей воды; 2 — воздушный кран; 3 — водоразборный кран; 4 — нагревательный прибор; 5 — обратный клапан; 6 — подогреватель горячего водоснабжения одноступенча­тый; 7,8 — подогреватели горячего водоснабжения нижней и верхней ступеней; 9 — отопительный подогрева­тель; 10 — расширительный сосуд; 11 — регулятор давления; 12 — регулятор расхода; 13 — регулятор температуры воды; 14 — регулятор отопления; 15 — элеватор; 16 — насос; 17 — подпиточный насос; 18 — сетевой насос; 19 — регулятор подпитки; 20 — подогреватели сетевой воды; 21 — пиковый котел; ; 22 — смеситель; 23 — предвключенный подогреватель горячего водоснабжения; 24 — воздушные калориферы нижней и верхней ступеней

Суммар­ный расход сетевой воды в подающем трубопроводе тепловой сети равен сумме расходов воды в подающем трубопроводе на отопление и горячее водоснабжение.

Максимальный расход сетевой воды в по­дающем трубопроводе, по которому опре­деляется расчетный расход в подающем трубопроводе сети, имеет место при мак­симальной нагрузке горячего водоснабже­ния и минимальной температуре воды в этом трубопроводе, т.е. при режиме, ко­гда нагрузка горячего водоснабжения цели­ком обеспечивается из подающего тру­бопровода.

Расход сетевой воды в обратном трубо­проводе после абонентской установки ра­вен разности расходов сетевой воды на ото­пление и на водоразбор из этого трубопро­вода на горячее водоснабжение. Макси­мальный расход воды в обратном трубопро­воде равен расходу на отопление. Такое со­отношение устанавливается тогда, когда расход воды на горячее водоснабжение пол­ностью отсутствует, например в ночное время, или при удовлетворении нагрузки горячего водоснабжения полностью водой из подающего трубопровода тепловой сети, что имеет место при минимальной темпера­туре воды в нем, равной 60 °С.

При подключении на абонентских вво­дах жилых зданий отопительной установки и установки горячего водоснабжения по принципу несвязанного регулирования по­лучается завышенный расчетный расход воды в подающем трубопроводе тепловой сети, что приводит к увеличению диамет­ров тепловой сети, росту начальных затрат на ее сооружение и удорожанию транспорта теплоты.

Расчетный расход воды в городских теп­ловых сетях заметно снижается при присое­динении на абонентских вводах отопитель­ных установок и установок горячего водо­снабжения по принципу связанного регули­рования. Такое присоединение показано на рис. 3.10, з. В этом случае регулятор расхо­да 72, установленный на общем подающем трубопроводе абонентского ввода, поддер­живает постоянный расход воды из подаю­щего трубопровода на абонентский ввод. В часы большого водоразбора на горячее во­доснабжение из подающего трубопровода снижается подача сетевой воды, а следовательно, и теплоты на отопление.

Недоданная теплота компенсируется в часы малого водоразбора из подающего трубопровода, когда большая часть или вся сетевая вода, поступающая на абонентский ввод, направляется в отопительную систе­му. Гидравлическая разрегулировка отопи­тельных установок в периоды большого во­доразбора из подающего трубопровода мо­жет быть устранена при установке на пере­мычке элеватора центробежного насоса 16, который при этих режимах включается в ра­боту (см. рис. 3.10, з—к).

Для того чтобы устранить неблагоприят­ное влияние водоразбора из сети в периоды, когда температура сетевой воды в подаю­щем трубопроводе минимальна (60— 65 °С), можно применять схему с предвключенным подогревателем горячего во­доснабжения, предложенную В.А. Мала­феевым (см. рис. 3.10, м). Эта схема позво­ляет осуществлять водоразбор всегда из обратного трубопровода после отопительной установки, а догрев сетевой воды, идущей в систему горячего водоснабжения, осущест­вляется в предвключенном подогревателе теплотой сетевой воды в подающем трубо­проводе.

При присоединении абонентских уста­новок по принципу связанного регулирова­ния (см. рис. 3.10, з) строительная конст­рукция отапливаемых зданий используется в качестве теплового аккумулятора, вырав­нивающего суточный график тепловой на­грузки абонентской установки.

При соответствующем температурном режиме подающей линии тепловой сети, когда снижение расхода сетевой воды на отопление компенсируется повышением температуры этой воды таким образом, чтобы при любой наружной температуре сред­несуточная отдача теплоты на отопление была равна теплопотерям зданий, расчет­ный расход воды в подающем трубопроводе тепловой сети равен расчетному расходу сетевой воды на отопление. Расчетный рас­ход воды в обратном трубопроводе также должен быть равен расчетному расходу воды на отопление, так как в часы отсутст­вия водоразбора вся сетевая вода, прошед­шая через отопительные системы, должна быть возвращена по обратному трубопро­воду на ТЭЦ.

При повышенной гидравлической на­грузке горячего водоснабжения у большин­ства абонентов, что характерно для новых жилых районов, часто отказываются от ус­тановки регуляторов расхода на абонент­ских вводах, ограничиваясь установкой только регуляторов температуры 13 в узле присоединения абонентской системы горя­чего водоснабжения к тепловой сети. Такое присоединение показано на рис. 3.10, и. Роль регуляторов расхода воды в этой схе­ме выполняют постоянные гидравлические сопротивления 12, устанавливаемые на або­нентских вводах при начальной регулиров­ке системы теплоснабжения. Постоянное сопротивление рассчитывается индивиду­ально для каждого ввода из условия получе­ния одинакового закона изменения расхода сетевой воды у всех абонентов при измене­нии нагрузки горячего водоснабжения (бо­лее подробно см. § 4.5).

На схемах, приведенных на рис. 3.10, к и л, показаны абонентские вводы, в которых местное регулирование отопительной на­грузки производится по внутренней темпе­ратуре воздуха в отапливаемых помещени­ях. На рис. 3.10, к отопительная установка присоединена по зависимой схеме, на рис. 3.10, л — по независимой.

Клапан регулирующего устройства ре­гулирует подачу сетевой воды на отопле­ние. Поддержание требуемого расхода во­ды в местной отопительной установке неза-

висимо от подачи сетевой воды осуществ­ляется насосами 16.

Независимое присоединение отопитель­ных установок тепловой сети (рис. 3.10, л) позволяет существенно улучшить качество сетевой воды, а следовательно, и воды, по­ступающей в систему горячего водоснабже­ния, и повысить надежность теплоснабже­ния. Это особенно важно для крупных рай­онов, в которых при длинных магистралях и разнородной тепловой нагрузке давление в обратном трубопроводе тепловой сети в условиях непосредственного водоразбора может изменяться в широких пределах, что при зависимой схеме присоединения нару­шает нормальную работу отопительной ус­тановки.

Рядом специалистов, в том числе В.Б. Пакшвером, Л.К. Якимовым, В.К. Дюс-киным, Л.А. Мелентьевым и др., были раз­работаны и предложены однотрубные сис­темы теплоснабжения различных модифи­каций (рис. 3.11). Основная идея предложе­ний заключается в использовании всей се­тевой воды после отопительных установок для горячего водоснабжения, что позволяет отказаться от обратного трубопровода, бла­годаря чему резко снижаются начальные за­траты на сооружение тепловых сетей.

На рис. 3.11, а и б показаны принципи­альные схемы однотрубной водяной тепло­вой сети с абонентскими вводами, имеющи­ми отопительные установки и установки го­рячего водоснабжения. Сетевая вода после отопительной установки (см. рис. 3.11, а) и после подогревателя отопительной уста­новки (см. рис. 3.11, б) направляется в уста­новку горячего водоснабжения. В смеси­тельном узле 22 установки горячего водо­снабжения с помощью регулятора темпера­туры 13 поддерживается постоянная темпе­ратура путем подмешивания к обратной во­де после отопительной системы некоторого количества воды непосредственно из теп­ловой сети. На схеме, показанной на рис. 3.11, б, предусмотрен подвод в смеситель ный узел 22 воды из водопровода. Такая не­обходимость может возникнуть при высо­кой температуре сетевой воды. На рис. 3.11, в показан изолированный абонентский ввод горячего водоснабжения.

Рис. 3.11. Однотрубная водяная система теплоснабжения

Схемы присоединений:

а — О(ЗСС) Г(АН); б — О(Н) Г(АВ); в — Г(АВ); 22 — смесительный узел; 23 — пусковое устройство; осталь­ные обозначения те же, что и на рис. 3.6 1 — аккумулятор горячей воды; 2 — воздушный кран; 3 — водоразборный кран; 4 — нагревательный прибор; 5 — обратный клапан; 6 — подогреватель горячего водоснабжения одноступенча­тый; 7,8 — подогреватели горячего водоснабжения нижней и верхней ступеней; 9 — отопительный подогрева­тель; 10 — расширительный сосуд; 11 — регулятор давления; 12 — регулятор расхода; 13 — регулятор температуры воды; 14 — регулятор отопления; 15 — элеватор; 16 — насос; 17 — подпиточный насос; 18 — сетевой насос; 19 — регулятор подпитки; 20 — подогреватели сетевой воды; 21 — пиковый котел; 22 — регу­лятор температуры воздуха; 23, 24 — воздушные калориферы нижней и верхней ступеней

Выравнивание суточного графика на­грузки горячего водоснабжения осуществ­ляется аккумуляторами горячей воды 1, установленными на абонентских вводах. При изолированном присоединении уста­новки горячего водоснабжения (рис. 3.11, в) постоянная температура в смесительном уз­ле 22 поддерживается с помощью регулято­ра температуры 13, через который холодная вода из водопровода подмешивается к сетевой.

Возможность применения однотрубных систем в современных городах весьма огра­ниченна, так как обычно при наличии в жи­лых зданиях всех видов благоустройства потребность в горячей воде для бытовых нужд составляет в среднем только 40—50 % расчетного расхода сетевой воды на отопле­ние. Сливать же неиспользованную горя­чую воду после отопительных установок в канализацию экономически абсолютно неоправданно. Однотрубные системы в принципе могут быть использованы только в районах с большой относительной долей нагрузки горячего водоснабжения, когда у всех или у подавляющего большинства абонентов среднесуточный расход воды на горячее водоснабжение равен или превыша­ет расчетный расход воды на отопление. Та­кие условия могут иметь место в некоторых южных городах с большой концентрацией домов отдыха, санаториев и лечебных учре­ждений.

Более целесообразно использование од­нотрубной сети только для транзитной транспортировки теплоты, например для передачи теплоты от ТЭЦ, расположенных на значительном расстоянии от потребите­лей, в районы теплового потребления, при сохранении внутри районов теплового по­требления двухтрубной системы тепло­снабжения. В этом случае транзитная одно­трубная сеть и тепловая сеть района работа­ют в различных температурных и гидравли­ческих режимах. Тепловая сеть района ра­ботает как обычная открытая двухтрубная система теплоснабжения и удовлетворяет абонентов теплотой при любом соотноше­нии нагрузок горячего водоснабжения и отопления.

Однотрубная транзитная линия выпол­няет функции подпиточной линии системы. Для того чтобы вся система в целом была бессливной, расход воды в транзитной ли­нии за сутки или за другой отрезок времени, например за неделю, должен быть равен расходу воды на горячее водоснабжение за этот период.

Рис. 3.12. Водяная система теплоснабжения с однотрубной транзитной и двухтрубной распредели­тельной сетью.

Схемы присоединений: а — О(ЗССНС) Г(НВ); б — О(Н) Г(НВ); ОК — обратный клапан; Д — магистраль дальнего транспорта; Э — элеватор; РТ — регулятор температуры; РО — регулятор отопления; 12 — подпиточный насос; 19 — пиковая котельная района; 20 — аккумулятор горячей воды; 21 — регулятор слива; 22 — ре­гулятор подпитки; 23 — регулятор расхода транзитной сети; остальные обозначения те же, что и на рис. 3.1 -1 — турбина; 2 — электрогенератор; 3 — котел; 4 — конденсатор; 5,6 — теплофикационные подогре­ватели нижней и верхней ступеней; 7 — сетевой насос; 8 — конденсатные насосы теплофикационных подогревателей; 9 — деаэратор подпиточной воды; 10 — подпиточный насос; 11 — конденсатный насос; 12 — эжекторный подогреватель; 13—16 — регенеративные подогреватели низкого давления; 17 — станцион­ный деаэратор; 18—20 — регенеративные подогреватели высокого давления; 21 — питательный насос; 22 — конденсатный насос регенеративных подогрева­телей; 23 — испарительная установка; 24 — насосы химводоочистки; 25 — подпиточный насос станции; 26, 27 — коллекторы водяной теплосети подающий и обратный; 28, 29 — паровой и конденсатный коллекторы; 30 — конденсатный насос; 31 — редукционно-охладительная установка; 32 — фильтр-грязевик; 33— регулятор подпитки; 34 — пиковый котел; 35 — бустерный насос; 36 — химводоочистка; 37 — встроенный пучок в конденсаторе

Такую транзитную сеть правильнее на­зывать не однотрубной, а однонаправлен­ной. Поскольку недопустимы перерывы в подпитке действующих систем тепло­снабжения, то по условиям резервирования транзитную линию часто приходится вы­полнять не однотрубной, а двухтрубной, при этом по обеим трубам вода подается только в одном направлении — от ТЭЦ в район теплоснабжения.

Такая система теплоснабжения с одно­трубной (однонаправленной) транзитной линией (рис. 3.12) была разработана и пред­ложена проф. В.Б. Пакшвером [76].

Горячая вода подается от ТЭЦ в район теплоснабжения по однотрубной (однона­правленной) транзитной линии I. На тран­зитной линии установлен регулятор расхо­да 23, поддерживающий в ней постоянный расход воды, равный средненедельному расходу на горячее водоснабжение.

В районе работает двухтрубная тепловая сеть, состоящая из подающей линии II и обратной III. Циркуляция воды в районной се­ти производится насосной подстанцией 10. По подающей линии II горячая вода посту­пает на абонентские вводы а и б, проходит через отопительные системы, частично ис­пользуется для горячего водоснабжения и затем по обратной линии III возвращается на насосную станцию, на которой имеется подпиточное устройство, состоящее из подпиточного насоса 12 и аккумулятора горя­чей воды 20. В периоды большого водоразбора, когда расход воды на горячее водо­снабжение превышает поступление воды в систему по однотрубному теплопроводу I, снижается давление на перемычке сетевого насоса 10. Это вызывает открытие регуля­тора подпитки 22, и подпиточный насос 12 подает воду из аккумулятора 20 в систему теплоснабжения. В периоды малого водоразбора, когда расход воды на горячее водо­снабжение меньше подачи воды по тепло­проводу I, повышается давление на пере­мычке сетевого насоса 10, Регулятор расхода 22 закрывается, а регулятор слива 21 от­крывается, и избыточное количество воды сливается из сети в аккумулятор 20.

С помощью аккумулятора 20 выравни­вается график тепловой нагрузки ТЭЦ и график нагрузки транзитной тепловой сети. Часть тепловой мощности в виде пико­вой котельной района (ПКР) 19 включена после сетевого насоса 10 на подающей ли­нии двухтрубной тепловой сети. Вода, по­ступающая по однотрубному теплопрово­ду, смешивается с сетевой водой, подогре­той в ПКР 19.

Смешанная вода поступает в подающую линию II двухтрубной тепловой сети.

Основной особенностью открытых сис­тем теплоснабжения является разбор сете­вой воды из тепловой сети для горячего во­доснабжения. Это позволяет использовать для горячего водоснабжения в больших ко­личествах отходящие теплые воды с темпе­ратурой 15—30 °С, имеющиеся на электро­станциях (охлаждающая вода конденсато­ров турбин, охлаждающая вода топочных панелей) и на многих промышленных пред­приятиях.

В закрытых системах теплоснаб­жения возможность использования этой во­ды весьма ограниченна, так как расход на подпитку, для которой эта вода может быть применена, обычно не превышает 0,5—1 % расхода циркулирующей воды.

Использование отходящей от ТЭС теп­лой воды в открытых системах дает эконо­мию топлива и снижает стоимость горячего водоснабжения.

В открытых системах упрощается обо­рудование абонентских вводов и абонент­ских установок горячего водоснабжения, так как отпадает необходимость примене­ния на вводе водо-водяных подогревателей. При отсутствии у абонента внутренней раз­водки горячего водоснабжения в некоторых случаях используются для этой цели по­дающие трубопровода отопительной уста­новки. Однако такая схема горячего водо­снабжения не может быть рекомендована, так как отбираемая для горячего водоснаб­жения вода не имеет в этом случае постоян­ной температуры. В отдельные периоды температура ее значительно ниже 60 °С.

Местные установки горячего водоснаб­жения в открытых системах теплоснабжения не подвергаются зашламлению и коррозии, так как подпиточная вода до подачи в сеть проходит предварительную обработку — химочистку и деаэрацию.

В открытых системах для этой цели при­ходится сооружать мощные водоподготовительные установки.