kniga_tsn_prom_pred_1_Lialikov_2008

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

щих трубопроводах предупреждается непрерывной или кратковременной естественной циркуляцией или принудительной циркуляцией теплоносителя в местной системе.

Естественная циркуляция наиболее эффективна в системах с верхней разводкой, т. к. с устройством замкнутого контура (рис. 3.2) непрерывно действующая циркуляция возникает естественным путем. Естественное движение воды происходит за счет разной плотности горячей и остывшей воды, что обеспечивается тщательной тепловой изоляцией стояка 1 и прокладкой разводящих трубопроводов 3, 4, 5 без тепловой изоляции.

2 3

5

Рис. 3.2. Схема горячего водоснабжения с верхней разводкой и естественной циркуляцией: 1 – подающий стояк; 2 – воздухосборник; 3 – верхний разлив; 4 – разборный стояк; 5 – циркуляционная линия; В – водомер на линии водопроводной воды

В зданиях с большими чердачными помещениями вместо воздухосборников предпочтительнее устанавливать баки-аккумуляторы, сообщающиеся с атмосферой, в которых имеет место частичная деаэрация воды, в результате которой ослабляется внутренняя коррозия трубопроводов. Поэтому системы с верхним баком долговечнее систем с нижним расположением аккумуляторов.

Ввиду сравнительно малой величины естественного циркуляционного давления пределы применения естественной циркуляции ограничены. В зданиях с длиной разводящих трубопроводов, превышающей допустимые пределы, применяется принудительная циркуляция с помощью насосов. Она допускается в системах с нижней разводкой трубопроводов (см. рис. 3.3). Такие схемы удобны для жилых домов новых серий, в которых чердачные помещения отсутствуют или малы для размещения трубопроводов и арматуры.

51

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

1

Рис. 3.3. Схема горячего водоснабжения с нижней разводкой и принудитель-

ной циркуляцией: 1 – полотенцесушитель; 2, 3 – подающая и циркуляционная линии; 4 – секционный водонагреватель; 5 – водопровод; 6 – циркуляционный насос; В – водомер

Системы горячего водоснабжения с непрерывной циркуляцией работают с постоянным подогревом воды, что является необходимым условием применения полотенцесушителей. Полотенцесушители размещаются в ванных комнатах и душевых помещениях на трубопроводах, в которых обеспечивается протекание горячей воды. Часто полотенцесушители присоединяются к циркуляционным стоякам.

Системы горячего водоснабжения с нижней разводкой (рис. 3.3)

иаккумулированием (рис. 3.4) могут иметь только нижнее расположение баков-аккумуляторов. Нижние баки находятся под статическим давлением воды самой высокой точки водоразбора, поэтому в них деаэрации воды не происходит. Запас тепла в баках создается при уменьшении или прекращении водоразбора, когда производительность насоса

иподогревателя превышает нагрузку горячего водоснабжения. В такие периоды поступление холодной воды из водопровода в замкнутую систему уменьшается или полностью прекращается, а непрерывная работа подогревателя используется на повышение тепловой энергии в системе.

При отсутствии водоразбора вся горячая вода из подогревателя поступает в систему (на циркуляцию) и в бак, вытесняя из него холодную воду сверху вниз. Вытесняемая из бака вода смешивается с остывшей циркуляционной водой и вновь через подогреватель нагнетается в бак

исистему.

При частичном водоразборе убыль воды в системе пополняется из водопровода, а поступление горячей воды в бак уменьшается на величину установившегося водоразбора. Процесс постепенного заполнения

52

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

аккумулятора горячей водой называется зарядкой. Когда разбор горячей воды становится равным производительности зарядочного насоса и подогревателя, зарядка аккумулятора прекращается и ввиду, падения давления в циркуляционном трубопроводе, обратный клапан закрывается, прекращая циркуляцию воды.

2 3

Рис. 3.4. Схема горячего водоснабжения с нижним баком-аккумулятором:

1 – аккумулятор; 2 – воздухоотводчик; 3 – полотенцесушитель; 4 – зарядочный насос; а–е – участки

При максимальном водоразборе, превышающем производительность установки, давление в разводящих трубопроводах становится меньше давления в водопроводе. Тогда под давлением холодной водопроводной воды недостающее количество горячей воды будет вытесняться в систему из бака снизу вверх, аккумулятор при этом разряжается.

Резкие колебания нагрузки горячего водоснабжения вызывают непрерывные смены процессов зарядки и разрядки, поэтому схемы с нижним расположением аккумуляторов должны быть полностью автоматизированы.

Отличие схем с непосредственным водоразбором (открытых) по сравнению с закрытыми системами состоит в том, что в тепловых пунктах вместо подогревателей устанавливаются групповые смесители (см. рис. 3.5, 3.6). Необходимая температура горячего водоразбора регулируется изменением подачи воды из подающего трубопровода с по-

53

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

мощью регулятора температуры. Для устранения перетоков воды из подающего трубопровода в обратный на обратном трубопроводе устанавливается обратный клапан.

2

РТ

t1 а

t2

Рис. 3.5. Схема горячего водоснабжения с непосредственным водоразбором из тепловых сетей и верхним баком аккумулятором: 1 – смеситель; 2 – бак-

аккумулятор с поплавковым краном; 3 – циркуляционный насос; 4 – в систему отопления; 5 – вентиль на перемычке

Для нормальной работы систем горячего водоснабжения необходимо, чтобы давление после смесителей было достаточным для поступления воды к самым высоким и удаленным точкам водоразбора. В теплое время года при водоразборе из подающей линии это давление должно быть обеспечено в точках а при открытом вентиле 5, при водоразборе из обратной линии – в точках б при закрытом вентиле 5. В схеме на рис. 3.5 необходимое давление в точках а и б подбирается из условия свободного заполнения водой бака-аккумулятора.

Горячее водоснабжение по схеме на рис. 3.5 применяется в домах с большим и периодическим водоразбором, а без циркуляции используют в небольших жилых малоэтажных домах с периодическим водоразбором.

В схеме на рис. 3.6 циркуляция в летний и зимний периоды создается различным образом. Когда водоразбор ведется из подающей линии,

54

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

вентиль а закрывается. Так как большая разность давлений между подающей и обратной линиями вызывает излишнюю циркуляцию воды, то для поглощения избыточного циркуляционного давления поток воды направляется через шайбу Ш1 путем закрытия вентиля б. В зимний период водоразбор производится одновременно из обоих трубопроводов или только из обратного, для этого вентиль а должен быть открытым. Для циркуляции воды в системе ГВС необходимо, чтобы давление в точке в было меньше давления в точке г. Это достигается установкой шайбы Ш2. Для уменьшения гидравлического сопротивления циркуляционного трубопровода шайба Ш1 отключается и вся циркуляционная вода протекает по линии с открытым вентилем б.

t1

Рис. 3.6. Схема горячего водоснабжения с непосредственным водоразбором из тепловых сетей и нижней разводкой: Ш1 – летняя шайба; Ш2 – зимняя шайба

Область применения схемы на рис. 3.6 – жилые дома новых серий, в которых чердачные помещения отсутствуют или малы для размещения трубопроводов и арматуры.

На рис. 3.7 показаны схемы присоединения стояков горячего водоснабжения. «Классическая» схема с циркуляционным стояком на каждый подающий стояк отличается наибольшей металлоемкостью; с 1963 г. указанная схема заменена схемой с парнозакольцованными стояками, в которой водоразборные приборы и полотенцесушители присоединяются к подающим и циркуляционным стоякам. По такой схеме в часы макси-

55

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

мального водоразбора оба стояка являются подающими, в остальное время один из стояков выполняет функции циркуляционного. Переключение стояка с режима подачи на режим циркуляции осуществляется автоматическим устройством в тепловом пункте. Схема не получила распространения из-за плохого прогрева полотенцесушителей и пониженной температуры водоразбора из циркуляционного стояка при циркуляционном режиме работы. Общим недостатком схем а и б является небольшая скорость циркуляции воды, способствующая ускоренной коррозии полотенцесушителей.

Рис. 3.7. Схема стояков горячего водоснабжения:

а – «классическая»; б – парнозакольцованные стояки; в – закольцованные подающие стояки с разгруженным циркуляционным стояком; г – подающие стояки с секционными узлами и разгруженным циркуляционным стояком

Вжилых домах последних типовых серий, в т. ч. и более 9 этажей,

кциркуляционному стояку системы ГВС присоединяют несколько подающих стояков (рис. 3.7, в, г), пропорционально их числу увеличивается скорость воды в циркуляционном стояке. Преимущества этих схем – снижение металлозатрат и снижение коррозии в полотенцесушителях.

Взданиях повышенной этажности при эксплуатации данных схем горячего водоснабжения возникают трудности при регулировании одинакового давления в водоразборных приборах различных этажей. В зданиях высотой более 50 м системы горячего водоснабжения должны быть разделены на зоны. Высота зон определяется по нормам проектирования внутреннего водопровода. В схеме на рис. 3.8, а каждая зона

56

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

обеспечивается горячей водой от своего комплекта оборудования в МТП или ЦТП. Такие схемы надежны, но имеют высокую начальную стоимость и большие эксплуатационные затраты.

При подаче горячей воды по общему подающему трубопроводу давление в верхней зоне регулируется регулятором давления на циркуляционном стояке или подкачивающим насосом на подающем стояке (рис. 3.8, б). В нижней зоне необходимое давление контролируется установкой регулятора давления на подающем стояке. Недостатком такой схемы является сложность наладки режимов циркуляции при большой разнице давлений воды в зонах.

Рис. 3.8. Схема горячего водоснабжения зданий повышенной этажности:

а– раздельная; б – совместная

3.3.Определение потребного количества тепла на горячее водоснабжение

Средний тепловой поток на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий в зимний период определяется по формулам (1.20), (1.21). Максимальный тепловой поток на ГВС жилых и общественных зданий находится по формуле (1.22), а средний поток за летний период

– по (1.23).

Годовое потребное количество тепла непосредственно на нужды горячего водоснабжения при работе системы горячего водоснабжения неполные сутки [30]

57

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

где Qсргвз, Qсргвл – средний тепловой поток в зимний и летний периоды Гдж/ч (Гкал/ч);

nз, nл – количество часов работы системы ГВС в сутки соответственно в зимний и летний периоды, ч/сут;

Zз, Zл – продолжительность работы системы ГВС соответственно в зимний и летний периоды, сут.

Годовое потребное количество тепла на нужды горячего водоснабжения при круглосуточной работе системы горячего водоснабжения

где K i – коэффициент теплопередачи i-й неизолированной трубы, принимается равным 11,6 Вт/(м2 · °С) или 9,98 ккал/(м2 · ч· °С);

d i ,li – соответственно наружный диаметр и длина i-го участка

трубопровода, м;

tн,tк – температура горячей воды соответственно в конце и начале

расчетного участка, °С;

to – температура окружающей среды, принимается прокладке тру-

бопроводов: в вертикальных каналах, коммуникационных шахтах – 23 °С, в ванных комнатах – 25 °С; в кухнях и туалетных комнатах жилых домов, общежитий и гостиниц – 21 °С, на лестничных площадках – 16 °С, в каналах подземной прокладки – в соответствии со средней температурой грунта, в тоннелях – 40 °С, в неотапливаемых подвалах при среднемесячной температуре самого холодного месяца в году от – 11 до 20 °С, на чердаках – 9 °С);

η – КПД изоляции, принимается равным для трубопроводов диа-

метром до 32 мм – 0,6; для 40÷70 мм – 0,74; для 80÷200 мм – 0,81.

Расход тепла на нужды горячего водоснабжения, с учетом тепловых потерь в трубопроводах системы ГВС,

58

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

где Qтп – тепловые потери системой ГВС (стояками, подающими

и циркуляционными трубопроводами, полотенцесушителями и т. д.); K тп – коэффициент, учитывающий потери трубопроводами горя-

чего водоснабжения [30].

3.4.Расчет и подбор баков-аккумуляторов

иемких водонагревателей

Тепловая мощность водонагревателей и объем баковаккумуляторов определяются в соответствии с графиком потребления горячей воды (по часам суток).

На основании почасового графика (рис. 3.9, а) строятся интегральные графики расходуемого и сообщенного тепла в системе горячего водоснабжения для определения расчетной емкости аккумулятора тепла

(рис. 3.9, б).

а – суточный; б – интегральный; 1 – изменение расхода тепла по часам суток; 2 – среднечасовой расход тепла за сутки; 3 – фактическое потребление тепла; 4 – сообщенное тепло

Установка аккумуляторов горячей воды дает возможность выровнять нагрузку станционных водонагревателей и тем самым уменьшить запас пиковой мощности на тепловой станции, вследствие чего обеспечивается меньшая разрегулировка расхода тепла на отопление и вентиляцию. Аккумуляторы на абонентских вводах позволяют устранить колебания температуры горячей воды при минимальных и максимальных водоразборах и уменьшить расчетную теплопроизводительность местных подогревателей.

59

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

Емкость аккумулятора определяется с помощью интегрального графика, который строится на основе суточного расхода тепла (см. рис. 3.9, а). Для построения интегрального графика необходимо определить по суточному графику произведение часового расхода тепла Qi на

соответствующую продолжительность ni использования тепла. Полученное произведение, представляющее расход тепла за время ni , на ин-

тегральном графике откладывается на ординате в конце того же отрезка времени. Последующие значения расхода тепла Qi ni за последующие

промежутки времени ni на интегральном графике суммируются с пре-

дыдущими. В итоге получается ломаная линия 3 фактического потребления тепла, каждая ордината этого графика выражает общий расход тепла от начала потребления до рассматриваемого момента. Ордината графика фактического потребления тепла в конце суток показывает расход тепла за сутки.

Так как тепло из тепловых сетей поступает равномерно и непрерывно, то график сообщенного потребителю тепла выражается прямой линией 4. Тангенс угла наклона графика сообщенного тепла численно равен среднечасовому расходу тепла за сутки

Меньший наклон линий графика 3 по сравнению с графиком 4 означает, что поступление тепла из сетей превосходит фактическое потребление и, наоборот, при большем наклоне линий графика 3 фактическое потребление тепла превосходит его поступление из тепловых сетей, что при отсутствии аккумуляторов тепла недопустимо. Разность ординат графиков 3 и 4 показывает количество неиспользованного тепла из тепловых сетей, которое могло быть накоплено в аккумуляторе. Если неиспользуемое тепло аккумулируется, то разность ординат графиков поступления и потребления тепла в каждый момент времени ука-

зывает на наличие запаса тепла в аккумуляторе. Ордината Qmax количе-

ственно выражает наибольший запас тепла.

При определении необходимого запаса тепла в аккумуляторе среднечасовой расход тепла, найденный по формуле (3.5), должен быть не менее значения

60