книги из ГПНТБ / Сорокин, Н. С. Вентиляция, отопление и кондиционирование воздуха на текстильных предприятиях учебник

Из выражения (113) видно, что действующее давление в рас­ сматриваемом кольце будет тем больше, чем выше расположен нагревательный прибор по отношению к котлу и чем больше раз­ ность температур горячей и обратной воды.

К достоинствам систем водяного отопления с естественной цир­ куляцией относятся простота их устройства и эксплуатации, а также независимость их работы от внешних источников энергии. Однако действующее давление в этих системах, создаваемое раз­ ностью удельных .весов обратной и горячей воды, незначительно, поэтому и радиус действия их не превышает 50 м (под радиусом действия понимается горизонтальное расстояние между серединой котла и серединой наиболее удаленного нагревательного прибора). Применение водяного отопления с естественной циркуляцией, как правило, требует заглубления котельной.

Водяное отопление с искусственной циркуляцией

Для увеличения радиуса действия системы водяного отопления, а также для уменьшения диаметра трубопроводов в дополнение к естественной циркуляции воды делается искусственная ее цир­ куляция при помощи механических побудителей. В 1903 г. русский ученый В. М. Чаплин впервые осуществил систему водяного ото­ пления с искусственной циркуляцией. В качестве побудителя он применил пароструйный эжектор. Впоследствии в качестве побу­ дителей стали применять центробежные насосы. Первую установку с насосным побуждением создал Н. П. Мельников в 1909 г., и с тех пор насосные системы стали получать все большее распро­ странение.

В конструктивном отношении насосные системы отличаются от гравитационных лишь тем, что в первых в сеть трубопровода вклю­ чается один или несколько параллельно работающих центробеж­ ных насосов, устанавливаемых на обратной линии. В настоящее время на текстильных предприятиях при устройстве водяного отопления применяют системы с искусственной циркуляцией воды.

Рассмотрим разновидности систем водяного отопления.

Д в у х т р у б н ы е с и с т е м ы в о д я н о г о о т о п л е н и я . На рис. 116 показана схема двухтрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и с искусственным побуждением при помощи

в магистрали 5 и насосом 1 перекачивается в котел 6. В верхней части системы устанавливают расширительный сосуд 7.

Чтобы воздух не скоплялся в трубах и не создавал препятствий для циркуляции воды, трубопроводы как подводящий, так и об­ ратный прокладывают с уклоном. Направление уклона делается таким, чтобы воздух беспрепятственно вытеснялся вверх к расши­ рительному сосуду, а оттуда — в атмосферу. В системах с верхней разводкой воздух автоматически (без воздействия каких-либо спе­

циальных устройств) уходит через расширитель в атмосферу, что является одним из ценных достоинств указанных систем.

Однако системам с верхней разводкой присущи и весьма серь­ езные недостатки: прокладка горячих магистралей по чердаку, даже при хорошей их изоляции, связана со значительными тепло­ потерями, что ведет к перерасходу топлива, подпариванию кровли и преждевременному ее износу; циркуляция воды в системе воз­ можна только в том случае, когда она целиком заполнена водой; даже незначительная утечка воды может привести к тому, что верхние магистрали окажутся без воды, вследствие чего циркуля­ ция воды прекратится. Это создает большую опасность заморажи­ вания системы в зимнее время.

На рис. 117 изображена схема двухтрубной системы водяного отопления с нижней разводкой, в которой подводящие магистрали 1 прокладывают внизу в подвальном помещении или в специальных каналах. В этой системе горячая вода подводится снизу, поэтому в верхних нагревательных приборах 2 скапливается воздух, уда­ лить который можно при помощи специальной сети воздушных труб, присоединенных к расширительному сосуду 3. Для экономии труб воздушную линию обычно заменяют воздушными кранами 4 (установленными на верхних нагревательных приборах), при по­ мощи которых периодически спускают воздух. В этом случае к на­ гревательным приборам верхнего этажа горячие трубы присоеди­ няют снизу, в результате чего приборы становятся воздушными сборниками и циркуляция воды в них может происходить даже при наличии воздуха в верхней части прибора.

Таким образом, удаление воздуха в системах с нижней развод­ кой связано с некоторыми осложнениями. Вместе с тем благодаря нижней разводке система приобретает ряд ценных качеств: значи­ тельно уменьшаются теплопотери подводящими магистралями, не загромождается чердак и не портится кровля; циркуляция воды может происходить даже в том случае, если система лишь частично заполнена водой, что создает большие удобства в эксплуатации. При аварии в системе в каком-либо из верхних этажей достаточно спустить воду, кончая тем этажом, на котором произошла авария,

181

а все лежащие шоке этажи будут отапливаться обычным по­

рядком.

При заполнении системы водой уже на уровне нагревательных приборов первого этажаобеспечивается замкнутость водяного кольца и, следовательно, циркуляция воды в трубах.

О д н о т р у б н ы е с и с т е м ы в о д я н о г о о т о п л е н и я . В от­ личие от двухтрубных систем, в которых питание нагревательных

вода ее из нагревательного прибора.

Однотрубные системы, разделяются на вертикальные и гори­

ной системы водяного отопления. Вода, поступающая по стоякам 1 вниз, при подходе к нагревательным приборам 2 разветвляется, причем часть воды поступает в нагревательный прибор, а часть идет по стояку; обратная вода из приборов поступает в тот же стояк. Следовательно, в каждый нижележащий прибор вода по­ ступает с более низкой температурой, чем в вышестоящий. В этой системе, имеющей верхнюю разводку, воздух удаляется автомати­ чески через расширительный сосуд 3.

В горизонтальной однотрубной системе водяного отопления (рис. 119) прокладывают горизонтальные поэтажные ветви труб 1, к которым присоединяют нагревательные приборы 2. В таких си­ стемах необходимо удалять воздух из каждого нагревательного прибора, что делают при помощи воздушных кранов 3.

Достоинствами однотрубных систем отопления являются: мень­ шая длина трубопроводов по сравнению с двухтрубными систе­ мами; более простой монтаж системы и отсутствие перекрещива­ ния горячих и обратных труб, что наблюдается в двухтрубных системах; трубопроводы меньше загромождают помещение (осо­ бенно при горизонтальных системах) и имеют лучший внешний вид.

В настоящее время однотрубные системы получили широкое распространение как в промышленных, так и в общественных и жилых зданиях. -

182

С и с т е м ы о т о п л е н и я с п о п у т н ы м д в и ж е н и е м воды. Во всех ранее приведенных системах отопления имеется существенный недостаток, заключающийся в том, что' путь дви­ жения воды от котла к дальним приборам и обратно к котлу во много раз длиннее, чем к ближним приборам. В связи с этим даль­ ние приборы находятся в значительно менее выгодных условиях и поэтому, как правило, нагреваются хуже, чем ближние. Есте­ ственно, что в этих системах, часто именуемых тупиковыми, трудно отрегулировать равномерный прогрев, особенно при большой их го­

попутным движением во­ ды значительно больше расходуется труб, чем на тупиковые си­

стемы. Эти расходы вполне окупаются тем, что в системах с по­ путным движением воды обеспечивается более равномерный про­ грев как ближних, так и дальних приборов и не требуется много времени и труда на регулировку системы.

Модификации водяного отопления

П а р о - в о д я н о е о т о п л е н и е . При паро-водяном отоплении вода нагревается паром в специальных паро-водогрейных котлах — бойлерах. К бойлерам, как и к обычным водогрейным котлам, при­ соединяют систему водяного отопления по какой-либо из ранее рас­

смотренных схем. * Паро-водяным системам свойственны все основные достоинства

и недостатки водяного отопления. При эксплуатации в случае ис­ пользования отработанного пара они могут быть значительно эко­

номичнее водяных систем.

В о д о - в о д я н о е о т о п л е н и е . Водо-водяное отопление можно осуществить по той же схеме, что и паро-водяное, с той лишь разницей, что вода в бойлерах будет нагреваться не паром, а перегретой водой. (Перегретой водой называется вода, нагретая под соответствующим давлением выше нормальной точки кипения, т. е. выше 100° С.)

183

Весьма широкое распространение в теплофикационных системах получило водо-водяное отопление, предложенное проф. В. М. Чап­ линым. Принцип действия этой системы следующий: в отдель­ ных местных водяных системах посредством элеваторов перегре­ тая вода, подаваемая из центральной котельной или ТЭЦ сме­ шивается с обратной водой, поступающей из данной системы. На

Рис. 121. Схема водо-водяного отопления системы проф. В. М. Чаплина

рис. 121 приведена подобная схема водо-водяного отопления. Вода, нагретая до ПО—150°С, подается с ТЭЦ насосом по трубо­ проводу 1 в отдельные местные системы. На вводах в здание уста­ новлены водоструйные смесительные аппараты, или элеваторы 2.

В элеваторе (рис. 122) перегретая вода из подающего водовода нагнетается в конусообразное сопло 1, откуда с большой скоростью выбрасывается в патрубок 2. Благодаря эжектирующему действию струи в корпусе 3 элеватора создается разрежение, которое исполь­ зуется для подсасывания охлажденной воды из обратной линии. Смешанная вода, поступая в патрубок 2, переходит в диффузор 4 и направляется далее в местную систему 3 (см. рис. 121).

184

Из местных систем 3 воздух отводится через воздухосборники 4, а из них выпускается автоматически или при открывании крана (периодически), устанавливаемого в доступном для обслуживания месте. Одно из основных преимуществ этой системы состоит в том, что количество воды, циркулирующей в магистралях, резко сокра­ щается с увеличением разности температур в подводящих и обрат­ ных трубах. Действительно,

tn, t0— температура воды в подводящей и обратной магистра­ лях в °С;

Ср — теплоемкость воды в кДж/кг-град.

Если в обычных системах перепад температур равен 25° С (95—70°С), то с применением перегретой воды он обычно состав­

стралей и расход энергии на перемещение воды.

В настоящее время в связи с развитием централизованного теп­ лоснабжения и теплофикации перегретая вода используется также и во внутренних сетях отопительных систем производственных за­ лов и подсобных помещений. Это дает значительную экономию в расходе труб и отопительных приборов. Однако в гигиеническом отношении системы с питанием перегретой водой значительно уступают системам отопления с обычной горячей водой. Поэтому в жилых и общественных зданиях воду в систему необходимо по­ давать после элеваторов с температурой не выше 95° С.

Преимущества и недостатки водяного отопления

Водяное отопление характеризуется рядом весьма ценных ка­ честв; к ним относятся:

возможность центрального регулирования теплоотдачи нагрева­ тельных приборов (в зависимости от температуры наружного воз­ духа) за счет изменения температуры воды, подаваемой из котлов или с ТЭЦ; возможность выключения нагревательных приборов ре­ гулирующими кранами;

гигиеничность системы благодаря умеренной температуре по­ верхности нагревательных приборов; большую часть отопительного периода средняя температура поверхности приборов составляет 60—70° С; при такой температуре не происходит пригорания пыли, что особенно важно для цехов текстильных фабрик со значительной запыленностью воздуха;

простота устройства и эксплуатации; это в первую очередь от­ носится к системам с естественной циркуляцией воды; в то же

185

время для обслуживания систем с насосным побуждением, где применяют низконапорные центробежные насосы, не требуется вы­ сококвалифицированной рабочей силы;

спокойная бесшумная работа системы; долговечность системы в отношении изнашиваемости ее трубо­

проводов, нагревательных приборов и пр.

Благодаря таким существенным преимуществам водяное ото­ пление получило весьма широкое распространение не только в жи­ лых и общественных зданиях, но и на многих новых текстильных комбинатах н фабриках.

Однако водяные системы отопления имеют и некоторые недо­ статки:

сравнительно высокая стоимость устройства; возможное замерзание воды, что относится в первую очередь

к системам с верхней разводкой; возможная течь воды при появлении дефектов в соединениях

труб и нагревательных приборах; наличие в трубах и нагревательных приборах значительных

гидростатических давлений от массы воды; особенно велико гид­ ростатическое давление в нижних этажах высоких зданий.

2. Паровое отопление

Пар обладает значительно большим теплосодержанием, чем вода. При одной и той же температуре теплосодержание пара больше теплосодержания воды на величину скрытой теплоты ис­ парения.

В зависимости от давления пара в котлах различают паровое отопление низкого давления при 0,05—0,7 ати и высокого давле­ ния при 0,7—3,0 ати.

Паровое отопление низкого давления

На рис. 123 изображена схема парового отопления низкого дав­ ления с верхней разводкой. Пар под давлением выходит из котла 1 и по сети паровых труб 2 распределяется по нагревательным при­ борам 3, в которых он конденсируется, отдавая в отапливаемое помещение через металлические стенки приборов скрытую теплоту. Образующийся при этом конденсат по конденсационному трубо­ проводу 4 отводится обратно в котел.

В паровых системах низкого давления конденсат может отво­ диться в котел самотеком, без искусственной перекачки; это до­ стигается тем, что котел опускают ниже нагревательных приборов с таким расчетом, чтобы в вертикальном опуске образовался столб конденсата высотой h, масса которого может уравновесить давление пара в котле. Например, при давлении пара 0,1 ати столб кон­ денсата должен быть не менее 1 м. По мере стенания конден­ сата из горизонтальной магистрали и превышения столба конден­ сата (больше заданной высоты) избыток его будет переливаться в котел.

186

Сечение горизонтального конденсатопровода 4 в рассматривае­ мой схеме должно быть таким, чтобы он заполнялся конденсатом лишь частично. Это позволяет в верхней части конденсатопровода собирать воздух и затем удалять его, периодически открывая про­ дувной кран 5 воздушной линии 6. Такой конденсатопровод назы­

вается сухим.

Если по местным условиям конденсационную сборную маги­ страль приходится опускать ниже величины /г, то все ее сечение будет заполнено конденсатом; такой конденсатопровод называется мокрым. Для выпуска воздуха из системы в этом случае прихо­ дится делать специальные воздушные трубы, расположенные выше величины h.

в сторону движения пара, что обеспечивает свободное стекание попутно образующегося конденсата и предупреждает возможность встречных движений пара и конденсата. Для лучшего стока кон­ денсата в котел конденсационные трубы прокладывают с уклоном к котлу.

Паровые системы предпочтительнее делать с верхней развод­ кой, так как в этом случае во всех стояках, кроме главного, соблю­ дается попутное движение пара и конденсата. Однако не исклю­ чена возможность устройства паровых систем с нижней разводкой.

Паровое отопление высокого давления

На рис. 124 представлена схема парового отопления высокого давления, которая в основном сходна со схемой парового отопле­ ния низкого давления. В этих системах относительно высокое дав­ ление пара практически невозможно уравновесить массой столба конденсата, поэтому конденсат из бака /, в котором он собирается, перекачивают центробежными насосами 2. В бак 1 конденсат по­ ступает из конденсационной линии, пройдя через конденсационные горшки 3. Назначение последних — пропускать конденсат и задер­ живать пар.

187

Между котлом II насосом устанавливают обратный клапан 4, препятствующий при останове насоса выдавливанию воды из котла в конденсационный бак.

При наличии искусственной перекачки отпадает надобность в расположении котла ниже нагревательных приборов первого этажа, что необходимо при возврате конденсата самотеком.

Преимущества и недостатки парового отопления

Основные преимущества парового отопления по сравнению с водяным следующие:

более низкая первоначальная стоимость паровой системы (по данным ГПИ-1, примерно на 20—30%);

возможность быстрого прогрева помещения, что важно для по­ мещений с временным пребыванием там людей.

К недостаткам паровых систем относятся:

отсутствие возможности центрального регулирования теплоот­ дачи нагревательных приборов в зависимости от изменения на­ ружной температуры; гибкость регулирования, свойственная водя­ ным системам, здесь совершенно отсутствует;

негигиеничность системы вследствие высокой температуры по­ верхности нагревательных приборов и связанных с этим пригорания и разложения органической пыли, что особенно возможно в це­ хах с большой запыленностью;

неспокойная работа системы; в паровых трубах вследствие гид­ равлических ударов конденсата о стенки металлических труб воз­ никает сильный шум, в особенности при пуске системы, когда пар, соприкасаясь с холодными стенками труб, дает наибольшее коли­ чество конденсата;

сложный уход, особенно за системой высокого давления, снаб­ женной конденсационными горшками, насосами, различного рода арматурой и пр.;

неэкономичность в эксплуатации в связи с большими теплопо­ терями в паропроводах и частичным пропусканием пара через конденсационные горшки.

Следует, однако, иметь в виду, что при наличии паровой ко­ тельной или при возможности получения с ТЭЦ пара при избы­ точном давлении 3—5 ати, а также, когда производство потребляет пар, применение его в качестве теплоносителя может быть целесо­ образным. Применение парового отопления в таких случаях упро­ щает конструкцию тепловых сетей, так как не требуется парал­ лельной прокладки водяных и паровых линий. В связи с этим па­ ровое отопление, несмотря на все указанные недостатки, нашло применение на старых текстильных фабриках, а в ряде случаев используется и при строительстве новых.

3. Вводы тепловых сетей

Каждый потребитель тепла при присоединении к тепловым се­ тям должен иметь ввод или пункт для управления, регулирования и учета расхода тепла. Вводы должны быть оборудованы в спе-

188

циальиом помещении, площадь которого достаточна для размеще­ ния трубопроводов, регулирующих и контрольно-измерительных приборов. Желательно, чтобы помещения для тепловых вводов имели естественное освещение.

77777777777777777^7777777777777777777777777777

Рис. 125. Схема ввода при теплоносителе воде

Вв о д при т е п л о н о с и т е л е воде . Перегретая вода из наружной сети поступает в здание по трубе 1 (рис. 125), после чего по трубе 2 подается к элеватору 3; здесь перегретая вода сме­ шивается с обратной водой, поступающей из трубы 4, и после

10. Количество воды учитывают по водомеру 11. Регулируют и отключают подачу воды посредством задвижек или кранов 12

и 13.

Вв о д при т е п л о н о с и т е л е п а р е. Это устройство состоит из магистрального паропровода 1 (рис. 126), идущего от ТЭЦ или котельной, редуктора 2 для понижения давления пара, распреде­ лительной гребенки 3, к которой присоединены паропроводы 4

189