Тема занятия 4. Водяные системы теплоснабжения.

Полученное в источнике тепло передают тому или иному теплоносителю (вода, пар), который транспортируют по тепловым сетям к абонентским вводам потребителей.

В зависимости от организации движения теплоносителя системы теплоснабжения могут быть замкнутыми, полузамкнутыми и разомкнутыми.'

В замкнутых системах потребитель использует только часть тепла, содержащегося в теплоносителе, а сам теплоноситель вместе с оставшимся количеством тепла возвращается к источнику, где снова пополняется теплом (двухтрубные закрытые системы). В полузамкнутых системах у потребителя используется и часть поступающего к нему тепла, и часть самого теплоносителя, а оставшиеся количества теплоносителя и тепла возвращаются к источнику (двухтрубные открытые системы). В разомкнутых системах как сам теплоноситель, так и содержащееся в нем тепло полностью используются у потребителя (однотрубные системы).

На абонентских вводах происходит переход тепла из тепловых сетей в местные системы теплопотребления. При этом в большинстве случаев осуществляется утилизация неиспользованного в местных системах отопления и вентиляции тепла для приготовления воды для систем горячего водоснабжения. На вводах происходит местное регулирование количества и потенциала тепла, передаваемого в местные системы, и осуществляется контроль за работой этих систем.

В зависимости от числа теплопроводов в тепловой сети водяные системы теплоснабжения могут быть однотрубными, двухтрубными, трехтрубными, четырехтрубными и комбинированными, если число труб в тепловой сети не остается постоянным. Упрощенные принципиальные схемы систем приведены на рисунке 4.1.

Температура воды в подающей магистрали тепловой сети принимается 150°С (при температурном графике 150 - 70°С) и даже более (до 180°С).

Замкнутые водяных систем теплоснабжения относятся к закрытым системамтеплоснабжения, а разомкнутые к открытым системам.

В закрытых системах теплоснабжения вода, циркулирующая в тепловой сети, используется только как теплоноситель, но из сети не отбирается (рис. 4.1, в,д).

Рисунок 4.1. Принципиальные схемы водяных систем теплоснабжения

а - однотрубной (разомкнутой); 6, г- двухтрубной (полузамкнутой) ;в,- двухтрубной (замкнутой) д- трехтрубной( разомкнутой); е- четырехтрубной (полузамкнутой);

К преимуществам закрытых систем теплоснабжения следует отнести: небольшой расход подпиточной воды, компенсирующей только утечки их теплосети через «неплотности»; стабильность качества воды, поступающей в систему горячего водоснабжения; простота контроля герметичности системы теплоснабжения, который производится по величине подпитки

Основными недостатками закрытых систем являются: усложнение оборудования и эксплуатации абонентских вводов из-за установки подогревателей горячего водоснабжения; образование накипи в подогревателях и в трубопроводах горячей воды; коррозия трубопроводов горячей воды – из-за использования недеаэрированной водопроводной воды

В открытых системах теплоснабжения вода, поступающая в тепловую сеть частично разбирается у абонентов для горячего водоснабжения (рис. 4.1, а,в,г, е).

Основными преимуществами открытых систем теплоснабжения по сравнению с закрытыми являются: упрощение и удешевление абонентских вводов; повышение долговечности местных систем горячего водоснабжения (горячая вода – умягченная и деаэрированная); возможность использования однотрубных систем теплоснабжения.

Недостатки открытых систем: усложнение и удорожание (увеличение мощности) водоподготовительных установок; усложнение эксплуатации из-за нестабильности гидравлического режима теплосети, связанной с переменным расходом воды на нужды горячего водоснабжения; усложнение контроля герметичности системы теплоснабжения.

Эффективность водяных систем теплоснабжения определяется схемой присоединения потребителей к водяным тепловым сетям, которая является связующим звеном между наружными тепловыми сетями и местными потребителями тепла. 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 и системы горячего водоснабжения. Максимальная температура воды в тепловой сети обычно равна 150°С, но в некоторых системах она равна 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.

Схемы присоединения местных систем отопления по признаку гидравлической связи с тепловыми сетями различаются на зависимые и независимые, рисунок 4.2.

В зависимых схемах присоединения теплоноситель в отопительные приборы поступает непосредственно из тепловых сетей. Таким образом, один и тот же теплоноситель циркулирует как в тепловой сети, так и в отопительной системе. Вследствие этого давление в местных системах отопления определяется режимом давлений в наружных тепловых сетях.

В независимых схемах присоединения теплоноситель из тепловой сети поступает в подогреватель, в котором его тепло используется для нагревания воды, заполняющей местную систему отопления.

При этом сетевая вода и вода в местной системе отопления разделены поверхностью нагрева и таким образом тепловая сеть и система отопления полностью гидравлически изолированы друг от друга. Гидравлическая изоляция теплоносителей на абонентском вводе используется для защиты местных установок от повышенного или заниженного давлений в тепловых сетях, при которых возможно разрушение нагревательных приборов или опорожнение местных систем отопления.

На рисунке 4.2. зависимое присоединение систем вентиляции (а) и отопительных приборов показано на схемах б, в, д. При зависимом присоединении местных установок на абонентском вводе применяют наиболее простое и дешевое оборудование. В отопительных приборах полезное использование перепада температур сетевой воды достигает наибольшего значения, благодаря этому может быть уменьшен расход теплоносителя на вводе и сокращена стоимость тепловых сетей за счет уменьшения диаметров труб.

Основной недостаток зависимого присоединения потребителей состоит в том, что давление теплоносителя в тепловых сетях передается на приборы местных систем.

Вентиляционные установки (рис. 4.2а) представляют собой теплообменники поверхностного типа (калориферы) для нагревания воздуха, подаваемого в помещения. Калориферы вентиляционных систем присоединяют к тепловым сетям непосредственно, т. е. по зависимой схеме.

Зависимые местные системы отопления используются в условиях, когда давление тепловых сетях не превышает прочности отопительных прибора. Отопительные чугунные радиаторы выпускаются на избыточное давление до 0,6 МПа, а стальные конвекторы -до 1,0 МПа, алюминиевые – до 9 МПа. Зависимое присоединение отопительных установок (рис. 4.1б) применяют в системах теплоснабжения промышленных предприятий и гражданских зданиях, если температура сетевой воды в подающем трубопроводе не превышает 95-105°С.

Рисунок 4.2. Присоединение местных систем теплопотребления к тепловым сетям непо­средственное (а, б) -а с понижением потенциала (в,г,д)

I - 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; В- расширительный сосуд;

9- циркуляционный насос; 10 - насосный смесительный узел; 11- подмешивающий насос; 12 - подпиточное устройство.

Если температура сетевой воды в подающем трубопроводе больше 95-105°С и разность давлений в подающем и обратном трубопроводах достаточна (0,08-0,15 МПа) для нормальной работы элеватора, то отопительные системы присоединяются по схеме рис. 4.2в. Необходимая температура воды, поступающей в нагревательные приборы, поддерживается элеваторным смешением обратной воды из системы отопления с сетевой водой из подающего трубопровода.

При разности давлений в подающем и обратном трубопроводах на абонентском вводе, недостаточной для нормальной работы элеватора используется схема на рис. 4.2д. Замена элеваторного смешения на насосное на 10% для отопления и вентиляции сокращает потребность сетевой воды и позволяет использовать при монтаже местных систем отопления трубы небольшого диаметра. Отопительные системы с высоким гидравлическим сопротивлением необходимы для повышения гидравлической устойчивости тепловых сетей, гарантирующей надежное теплоснабжение при резких колебаниях расходов сетевой воды.

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, а затем закрывается задвижка на обратном трубопроводе.

Независимое присоединение местной отопительной системы (рис. 4.2г) применяют для подключения абонентов к тепловой сети с недопустимо высоким давлением теплоносителя. По данной схеме подключаются высотные здания, для которых давление теплоносителя в сетях недостаточно для заполнения отопительных приборов на верхних этажах. Местная система оборудуется расширительным баком, создающим собственное независимое от наружных сетей гидростатическое давление. Это предохраняет систему от повышенных или аварийных колебаний давления в наружной тепловой сети. Схема независимого присоединения отопительных установок сложнее зависимого, а оборудование теплового пункта значительно дороже.

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 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.

В закрытых системах теплоснабжения местные системы горячего водоснабжения гидравлически изолированы от внешних тепловых сетей (рис. 4.3.А- а, б, в).

В закрытых системах теплоснабжения в зависимости от соотношения максимальных тепловых потоков на горячее водоснабжение и отопление присоединение водоподогревателей горячего водоснабжения следует принимать при 0,2<Qhmax/Qomax<1.0- двухступенчатые схемы, а при 0,2≤Qhmax/Qomax≥1.0– одноступенчатую параллельную.

В открытых системах теплоснабжения наиболее распространены схемы–г, д, показанные на рисунке 4.3.Б без баков-аккумуляторов.

Рисунок 4.3. Схемы присоединения местных систем горячего водоснабжения в двухтрубных водяных системах:

А - в закрытых системах: а - параллельное присоединение подогревателя; 6 - двухступенчатое последовательное присоединение подогревателя; в - двухступенчатое смешанное присоединение подогревателя;

Б -в открытых системах: г - непосредственное с несвязанным регулированием расходов тепла на отопление и горячее водоснабжение; д - со связанным регулированием расходов тепла на отопление и горячее водоснабжение; К - водоразборный кран; В - воздушный кран; О - отопительный прибор; Э - элеватор; П - подогреватель: С - смеситель; ВВ -водопроводная вода; РР, РТ - регуляторы расхода и температуры; ПI , ПII- первая и вторая ступени подогревателя

За время отопительного сезона температура сетевой воды в подающем трубопроводе изменяется от 60 до 150°С, а в обратном - от 30 до 70°С. В водоразборные приборы вода должна подаваться с температурой не более 60°С.

При параллельном присоединении подогревателя горячего водоснабжения (схема а) расход греющей сетевой воды через подогреватель регулируется регулятором температуры РТ в соответствии с нагрузкой горячего водоснабжения и независимо от нагрузки на отопление.

В схеме б с двухступенчатым последовательным присоединением подогревателя горячего водоснабжения вторая ступень II подключается к подающему трубопроводу по предвключенной схеме, а первая ступень I - к обратному трубопроводу по последовательной схеме. Сетевая вода из подающей трубы разветвляется ко второй ступени через регулятор температуры РТ и к регулятору расхода PP. За регулятором расхода сетевая вода из ступени II смешивается с потоком воды, движущимся к элеватору. После отопительной установки теплоноситель еще раз направляется в ступень I для нагревания водопроводной воды, поступающей в систему горячего водоснабжения. Водопроводная вода предварительно нагревается в ступени I, окончательно догревается до нормы (60°С) в ступени II подогревателя. Для схемы б применяется принцип связанного регулирования. для выравнивания суточной неравномерности тепловой нагрузки.

В двухступенчатой смешанной схеме в расход тепла на отопление не зависит от потребности тепла на горячее водоснабжение, с установкой регуляторов расхода и температуры по принципу несвязанного регулирования.

Колебания нагрузки горячего водоснабжения при несвязанном регулировании нарушают равномерность суточного графика тепловой нагрузки. В результате этого суммарный расход сетевой воды на вводе по сравнению со схемой б несколько увеличивается, но он значительно ниже, чем при параллельной схеме а, поскольку имеется частичное использование тепла воды после отопления в ступени.

Рекомендуемая литература.

Осн. 1 [29-33,36-47], 3 [57-61];

доп.7 [27-41].