5. Схемы абонентских вводов итп закрытых систем теплоснабжения с нормальной подачей теплоты (параллельная 1-ступенчатая и смешанная 2х-ступенчатая схемы, принцип действия, режимы регулирования).

+ вопр 4

Схемы вводов закрытых систем теплоснабжения. В закрытых системах теплоснабжения при наличии у абонентов местных систем отопления и горячего водоснабжения нормальная подача тепла в системы отоплейия осуществляется обычно по параллельной или смешанной схемам абонентского ввода. При параллельной схеме ввода (рис 2.7,а – см. выше) происходит одноступенчатый нагрев водопроводной воды в подогревателе горячего водоснабжения 10, доторый включен параллельно по ходу греющей сетевой воды (отсюда и название схемы) с теплообменником отопления 5. Отопительным4 теплообменником как в данной схеме так и в ниже описываемых схемах могут быть или смесительные узлы (элеваторные, насосньге), или поверхностный-аппарат. Утилизация тепла обратной воды теплообменника отопления для нагрева водопроводной влды при параллельной схеме отсутствует

Пря смешанной схеме ввода (рис. 2.7,6) происходит двухступенчатый нагрев водопроводной воды в подогревателях I (10_I) и II (10_II) ступени с утилизацией тепла обратной воды теплообменника отопления. В подогревателе II ступени греющей водой является часть поступающей на ввод сетевой воды, а в подогревателе I ступени — смесь вод, покидающих теплообменник отопления и подогреватель II ступени

Наименование «смешанная» данная схема получила потому, что в ней подогреватель II ступени соединен по сетевой воде параллельно с теплообменником отопления, а подогреватель I ступени соединен с теплообменником отопления последовательно.

Характерной особенностью любой схемы ввода с нормальной подачей тепла на отопление, в том числе и параллельной, и смешанной схем, является наличие автомата 4 на трубопроводе, подводящем сетевую воду к теплообменнику отопления. Этот автомат обеспечивает независимость поступления сетевой .воды в теплообменник отопления от расхода воды через теплообменник горячего водоснабжения, т. е. независимость поступления тепла в отапливаемые помещения от расхода тепла в системе горячего водоснабжения.

Автомат отопления может обеспечивать постоянный или переменный расход сетевой воды через теплообменник отопления. Если регулирование отпуска тепла на отопление происходит так, что сам абонент не оказывает влияния на количество получаемого им тепла (пассивное регулирование), то автомат отопления поддерживает постоянный расход сетевой воды. В этом случае регулирование отпуска тепла на отопление осуществляется только центрально изменением температуры сетевой воды у источника тепла, а для поддержания постоянства расхода сетевой воды через теплообменник отопления используется наиболее простой автомат прямого действия, который получил не совсем точное название регулятора расхода (РР). Если же регулирование отпуска тепла на отопление производится так, что абонент тем или иным способом воздействует на количество получаемого им тепла (активное регулирование), то автомат отопления изменяет расход сетевой воды через теплообменник отопления в зависимости от характера получаемого им импульса.

И в параллельной, и в смешанной схеме температура воды, поступающей в систему горячего водоснабжения, поддерживается постоянной регулятором температуры (РТ), установленным перед теплообменником горячего водоснабжения. Автомат РТ изменяет количество сетевой воды, проходящей через теплообменник горячего водоснабжения, в зависимости от водоразбора, т. е. в зависимости от количества нагреваемой водопроводной воды.

Для получения наибольшей разности температур греющей и нагреваемой в теплообменниках горячего водоснабжения воды рециркуляционный трубопровод системы горячего водоснабжения 10 целесообразно присоединять к той точке, где температура нагреваемой водопроводной воды становится равной температуре рециркуляционной воды. Практически рециркуляционную воду соединяют с водопроводной водой при смешанной схеме между Подогревателями, при параллельной схеме и сборке подогревателя из стандартных секций между равным числом секций.

При присоединении систем отопления к сети через элеваторные узлы на индивидуальных абонентских вводах закрытых систем теплоснабжения независимо от конкретной схемы ввода устанавливается еще дополнительно насос (рис. 2.8), предназначаемый для увеличения подмешивания воды из обратного трубопровода в подающий перед элеваторным узлом и для осуществления автономной циркуляции воды в местной системе отопления при прекращении

Р ис. 2.8. Элеваторный узел с дополнительным насосом 1 — элеватор; 2— насос; 3 — обратный клапан

циркуляции воды в тепловой сети. При групповом абонентском вводе дополнительный насос устанавливается в ЦТП (см. далее рис. 2.11).

Увеличение подмешивания необходимо в теплый период отопительного сезона во избежание подачи излишнего тепла в систему отопления, когда в целях нагревания воды систем горячего водоснабжения до заданной температуры (60—65°С) температура воды в тепловой сети не опускается ниже определенного предела (70-—75°С), а для нормальной подачи тепла в систему отопления требуется более низкая температура воды, поступающей в элеватор.

В летний период система отопления отключается от тепловой сети и циркуляция сетевой воды происходит только через теплообменники горячего водоснабжения.

Сравнение параллельной и смешанной схем показывает, что при одинаковой поверхности нагрева подогревателей горячего водоснабжения смешанная схема позволяет уменьшить суммарный расчетный расход воды по вводу на 4—6 %, а среднюю за отопительный сезон температуру воды, возвращаемой к источнику тепла, на 2—3°С. Такие сравнительно небольшие преимущества смешанной схемы перед параллельной имеют значение только при теплофикационных системах, где понижение температуры возвращаемой на ТЭЦ воды приводит к экономии топлива. В районных же системах теплоснабжения от водогрейных котельных -понижение температуры возвращаемой воды не отражается на расходе топлива, а лишь увеличивает мощность рециркуляционных насосов. В таких системах смешанная схема не имеет особых преимуществ перед параллельной вследствие небольшого сокращения расчетных расходов сетевой воды и более сложного устройства абонентских вводов.

6. Общие принципы устройства ИТП абонентских вводов. Элеваторы: работа, устройство, расчет. Достоинства и недостатки элеваторных тепловых пунктов. Новые технические решения по разработке автоматизированных энергоэффективных ИТП зданий.

Присоединение местных систем теплопотребления к тепловым сетям. Переход тепла из тепловых сетей в местные системы теплопотребления происходит или без снижения потенциала тепла, или с его снижением. Без снижения потенциала тепла в водяных системах присоединяются непосредственно к тепловой сети калориферы систем вентиляции и системы отопления производственных помещений, в которых по нормам допускается повышенная температура воды в нагревательных приборах. С понижением потенциала тепла к тепловой сети присоединяются системы отопления большинства абонентов (за исключением вышеуказанного случая) и системы горячего водоснабжения. Максимальная температура воды в тепловой сети обычно равна 150°С, но в некоторых системах она достигает 180-190°С. Максимальная же температура воды по санитарно-гигиеническим требованиям в системах отопления не должна превышать 95—105°С, в системах горячего водоснабжения 75°С.

Принципиальные схемы присоединения местных систем к тепловым сетям с понижением и без понижения лотенциала тепла приведены на рис. 2.3.

Для снижения потенциала тепла, передаваемого в местные системы, применяются теплообменные устройства (теплообменники) смесительного и поверхностного типа. Смесительные узлы для отопления бывают с элеваторам и насосом (рис. 2.3,в и д).

Р ис. 2.3. Присоединение местных систем теплопотреблення к тепловым

сетям непосредственное (а, б) и с понижением потенциала (в—д)

1 — подающий и обратный трубопроводы тепловой сети; 2 — калорифер вентиляции; 3 — местная система отопления; 4 — воздушник; 5 — элеваторный смесительный узел; 6 —элеватор; 7 — поверхностный теплообменник отопления; 8 — расширительный сосуд; 9 — циркуляционный насос; 10 — насосный смесительный узел; 11 —подмешивающий насос; 12 — подпиточное устройство

Рис. 2.4. Схема элеватора

1—сопло; 2 — вход подмешиваемой воды; 3 — камера выравнивания скорости; 4 — диффузор

Схема элеватора приведена на рис. 2.4. Элеватор выполняет две функции: служит смесителем воды и побудителем циркуляции воды в местной системе. Элеваторные смесительные узлы были предложены проф. В. М. Чаплиным еще в начале развития централизованного теплоснабжения в нашей стране и с тех пор получили широкое распространение в отечественной практике благодаря простоте устройства (отсутствию движущихся частей) и надежности в эксплуатации. Недостатками элеваторных смесительных узлов являются:

а) малый КПД (0,25—0,3), вследствие чего для создания заданной разнрсти давлений после элеватора (в подающем и обратном трубопроводах местной системы) в трубопроводах теплосети до элеватора необходимо иметь значительно большую (в 8—10 раз) разницу давлений. Это приводит к необходимости увеличения мощности располагаемого у источника тепла циркуляционного насоса, за счет работы которого и обеспечивается подмешивание в элеваторе;

б) невозможность осуществления автономной циркуляции воды в местной системе отопления при аварийном прекращении циркуляции воды в тепловой сети, что при отрицательных наружных температурах ускоряет остывание отапливаемых помещений и способствует замерзанию воды в наиболее уязвимых местах местной системы (например, в лестничных клетках и т. п.);

в) постоянство коэффициента подмешивания u = G_под/G_сети, т. е. постоянство соотношения между количеством подмешиваемой воды из обратного трубопровода G_под и количеством сетевой воды, проходящей через сопло элеватора, G_сети, что жестко связывает между собой гидравлический и температурный режимы тепловой сети и местной системы отопления.

Последний недостаток элеваторов не. позволяет с повышением наружной температуры уменьшать количество циркулирующей по тепловой сети воды с сохранением ее расчетной температуры, что уменьшило бы затраты электроэнергии на перемещение теплоносителя. При постоянном коэффициенте подмешивания всякое сокращение расхода сетевой , воды через сопло элеватора приводит к пропорциональному сокращению расхода воды в местной системе отопления, а это вызывает ее разрегулировку, т. е. неравномерную теплоотдачу отдельных нагревательных приборов.

В тех случаях, когда по указанным выше причинам применение элеваторов невозможно (при малой разности давлений в трубах тепловой сети) или нерационально, в смесительных узлах применяют насосы. При индивидуальных абонентских вводах, располагаемых в самих зданиях, насосы в смесительных узлах должны быть бесшумными, но так как в больших количествах отечественная промышленность таких насосов еще не выпускает, то на практике смесительные узлы применяют только при выносных групповых вводах.

В последние годы делаются попытки внедрения в практику элеваторов «с регулируемым соплом», т. е. элеваторов с переменным выходным сечением сопла (рис. 2.5). Такие элеваторы позволяют в определенных пределах изменять коэффициент подмешивания, что расширяет . область их применения по сравнению с элеваторами обычной конструкции.

Рис. 25. Схема элеватора с регулируемым соплом

1 — сопло; 2 — всасывающая камера; 3 — регулирующая игла; 4—камера смешения;, 5 — днффузор, 6 - выход смешанной воды; 7 — вход подмешиваемой воды; 8 — шток регулирующий иглы; 9 — механизм для перемещения регулирующей иглы; 10 — вход высоко-температурной воды

Гидравлическая связь между теплоносителем в тепловой сети и теплоносителем в местной системе при непосредственном или понизительном, через смесительные узлы, присоединении местных систем к тепловой сети обусловливает зависимость давления в местных системах от давления в трубах тепловой сети, поэтому все такие присоединения получили общее название «зависимых» присоединений.

Наиболее уязвимым элементом местной системы отопления по давлению являются нагревательные приборы и, в частности, чугунные радиаторы, рабочее давление в которых (даже у новых моделей) не должно превышать 0,6 МПа. Наибольшее значение при зависимом присоединении имеет давление в обратном трубопроводе тепловой сети, так как в этом случае давление в обратном трубопроводе местной системы (в первых этажах здания) не может быть ниже давления в обратном трубопроводе сети. Давление же в подающем трубопроводе тепловой сети имеет меньшее значение для местных систем, так как при движении воды онр может быть снижено задвижкой или специальным дросселирующим устройством. При элеваторных смесительных узлах снижение давления в подающей трубе происходит в сопле элеватора. Во избежание попадания местных систем под высокое давление в подающем трубопроводе тепловой сети существуют определенные правила открытия и закрытия задвижек при включении и отключении местных систем. При пуске в действие местной системы сначала открывается задвижка на обратном трубопроводе, чем вся система отопления ставится под низкое давление в обратной трубе сети, и только потом до нужных пределов открывается задвижка на подающем трубопроводе. При отключении местной системы от тепловой сети закрывается сначала задвижка, на подающем трубопроводе и лишь затем закрывается задвижка на обратном трубопроводе.

Присоединения местных систем к тепловой сети через поверхностные теплообменники (см. рис. 2.3), когда отсутствует гидравлическая связь между теплоносителями в тепловой сети и местных системах и давление в тепловой сети не передается в местные системы, получили название «независимых». «Независимое» присоединение систем отопления к тепловой сети сложнее и дороже «зависимого». Кроме дорогих тешюобменных устройств система отопления при независимом присоединении должна быть оснащена таким дополнительным оборудованием, как насосы для создания циркуляции воды, расширительный сосуд и подпиточное устройство, обеспечивающее пополнение системы отопления водой из тепловой сети.

К достоинствам независимого присоединения кроме автономности режима давлений в местной системе относятся:

а) возможность применения в тепловых сетях более высокотемпературного теплоносителя, что уменьшает затраты по транспортированию тепла; при зависимом присоединении это невозможно из-за вскипания воды в сопле элеватора и возникновения при этом шума;

б) возможность изменения расхода и температуры воды в тепловой сети, что имеет особое значение при работе нескольких источников тепла на единую тепловую сеть

в) автономность циркуляции воды в системе отопления;

г) в открытых системах теплоснабжения меньшая загрязненность воды, используемой для горячего водоснабжения, так как при независимом присоединении вода отбирается из труб теплосети до отопительного теплообменника и не проходит через систему отопления.

При повсеместном применении независимого присоединения в теплоснабжаемом районе значительно увеличивается надежность системы теплоснабжения и сокращаются сроки ликвидации аварий. Автономная циркуляция воды в местных системах позволяет длительное время поддерживать положительную температуру воздуха в отапливаемом помещении, а гидравлическая разобщенность местных систем и тепловой сети сокращает время слива воды из аварийных участков сети и время наполнения этих участков водой после ремонта.

Основные принципы работы элеватора. Схема элеваторного смесителя, графики давлений и скоростей в его проточной части показаны на рис. 3.1. Работает элеватор следующим образом. Высокотемпературная вода выходит из сопла 2 со скоростью Wi в виде струи, несущей большой запас кинетической энергии. Скорость создается . в результате срабатывания в пределах сопла избыточного давления (по отношению к давлению в начале камеры смешения), равного сумме располагаемого перепада давления в тепловой сети перед элеватором и перепада давления во всасывающем коллекторе . Активная рабочая струя захватывает пассивные массы окружающей воды, передаёт им часть своей энергии и образовавшийся смешанный поток движется в проточной части струйного аппарата. В камере смешения в результате обмена импульсами происходит выравнивание поля скоростей потока и за счет высвобождающейся кинетической энергии растет его статическое давление. В конце камеры смешения статическое давление увеличивается на . После камеры смешения поток поступает в диффузор, где тормозится и его статическое давление увеличивается на .

В рассматриваемой конструкции элеватора при движении воды через всасывающий коллектор 1 (см. рис. 3.1) давление падает, а скорость растет. В связи с этим при входе в камеру смешения подсасываемый поток имеет скорость W_z, соизмеримую со скоростью струи, вытекающей из сопла, w₁. Следовательно, активная струя эжектирует массы из потока, движущегося с большой скоростью. Такие элеваторы относятся к струйным аппаратам с большой скоростью эжекции. Если всасывающий коллектор сделать широким, чтобы скорость w₂=0, тогда получим элеватор с малой скоростью эжекции, характеризуемый меньшим КПД.

Р ис. 3.1. Схема элеватора (а), график давлений (б) и график скоростей (а)

1 — всасывающий коллектор; 2 — сопло; 3 — камера смешения; 4 — диффузор; 5 — горловина камеры смешения; 6 — приемная камера; G₁, G₂, G₃, — массовые расходы: высокотемпературной воды из подающей линии, подмешиваемой воды нз обратной линии, смешанной воды в системе отопления; р_пэ, р_оэ, р_сэ — давления: в подающем и обратном трубопроводах перед элеватором, в системе отопления после элеватора; w₁, w₂, w₃, w₄— скорости: при истечении из сопла, при входе в камеру смешения, при входе в диффузор невыходе из него; - перепады давления: располагаемый перед элеватором, во всасывающем коллекторе, в камере смешения, в диффузоре, создаваемый элеватором; F₁, F₂, F₃, F₄—сечения; на выходе нз сопла, при входе в камеру смешения для подсасываемого потока (кольцевой зазор), горловины камеры смешения, на выходе из диффузора; l_к, l_д — длины: камеры смешения и диффузора

При движении потоков в струйном аппарате происходят потери энергии. Основными потерями являются потери на удар при смешении потоков. Для снижения этих потерь необходимо уменьшить разность между скоростями активного w₁ и пассивного w₂ потоков, что и достигается в аппаратах с большой скоростью эжекции. Несмотря на дополнительные потери энергии, связанные с созданием скорости подсасываемой воды и дополнительным торможением потока (восстановлением давления), эффективность работы элеватора повышается.

Большое значение имеет профиль всасывающего коллектора, так как при плохом профиле потери в коллекторе могут оказаться больше выигрыша в потерях на удар.

Давление во всасывающем коллекторе снижается, поэтому при торможении потока сначала необходимо восстановить давление, затраченное на создание скорости подсасываемой воды во всасывающем коллекторе, а потом создать избыточное. Восстановление давления связано с дополнительными потерями, которые для повышения эффективности струйного аппарата должны быть максимально уменьшены путем соответствующей профилировки его проточной части и сокращения потерь на трение. При неоптимальном профиле проточной части и значительных потерях энергий на трение элеватор с большой скоростью эжекции не даст выигрыша в КПД.