Системы теплоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Под теплоснабжением понимают систему обеспечения теплом зданий и сооружений. Изучение всего комплекса теоретических, технических и экономических вопросов, связанных с конструированием, расчетом, монтажом и эксплуатацией устройств для производства и передачи тепловой энергии к потребителям, а также ее использованием, и составляет содержание «Теплоснабжения».

Системы теплоснабжения с различными устройствами и назначениями элементов классифицируют по признакам:

По источнику приготовления теплоты различают три вида систем теплоснабжения:

1). высокоорганизованное централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки теплоты и электроэнергии на ТЭЦ - теплофикация;

2). централизованное теплоснабжение от районных отопительных и промышленно-отопительных котельных;

3). децентрализованное теплоснабжение от мелких котельных, индивидуальных отопительных печей и т.п.

По роду теплоносителя различают водяные и паровые системы теплоснабжения. Водяные системы применяют в основном для теплоснабжения сезонных потребителей и горячего водоснабжения, а в некоторых случаях и для технологических процессов. Паровые системы теплоснабжения распространены главным образом на промышленных предприятиях, где требуется высокотемпературная тепловая нагрузка.

По способу подачи воды на горячее водоснабжение водяные системы делят на закрытые и открытые. В закрытых водяных системах теплоснабжения воду из тепловых сетей используют только как греющую среду для нагревания в подогревателях поверхностного типа водопроводной воды, поступающей затем в местную систему горячего водоснабжения.

В открытых водяных системах теплоснабжения горячая вода к водоразборным приборам местной системы горячего водоснабжения поступает непосредственно из тепловых сетей.

По количеству трубопроводов различают однотрубные и много трубные системы теплоснабжения.

По способу обеспечения потребителей тепловой энергией различаются одноступенчатые и многоступенчатые системы теплоснабжения.

В одноступенчатых системах теплоснабжения потребители теплоты присоединяют непосредственно к тепловым сетям (рис. 2.1)

Рис. 2.1 Схема одноступенчатой системы теплоснабжения:

1 - магистральные трубопроводы; 2 - ответвления; МТП - местный тепловой пункт; ТП - теплофикационный подогреватель; ПК - пиковый котел; СН - сетевой насос

В многоступенчатых системах (рис. 2.2) между источником теплоты и потребителями размещают центральные тепловые пункты (ЦТП) или контрольно-распределительные пункты (КРП), в которых параметры теплоносителя могут изменяться по требованию местных потребителей.

2. Эффективность водяных систем теплоснабжения во многом определяется схемой присоединения абонентского ввода, который является связующим звеном между наружными тепловыми сетями и местными потребителями теплоты. Схемы присоединения местных систем отопления по признаку гидравлической связи с тепловыми сетями различаются на зависимые и независимые.

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. В независимых схемах присоединения теплоноситель из тепловой сети поступает в подогреватель, в котором его теплота используется для нагревания воды, заполняющей местную систему отопления. При этом сетевая вода и вода в местной системе отопления разделены поверхностью нагрева и таким образом сеть и система отопления полностью гидравлически изолированы друг от друга.

При зависимом присоединении местных установок на абонентском вводе применяют наиболее простое и дешевое оборудование. Кроме того, в отопительных приборах полезное использование перепада температур сетевой воды достигает наибольшего значения, благодаря чему 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. Поэтому завис. местные с-мы отопления используются в условиях, когда давление в тепловых сетях не превышает прочности отопительных приборов.



Рис. 2.3 Схемы присоединения местных с-м отоп-я и гор. Вод-ния в двухтрубных водяных с-мах. Зависимые схемы отопительных систем: а -с элеваторным смешением; б - с насосным смешением; в- независимая схема отоп-й с-мы; г - схе-ма с-мы гор. вод-ния с верхним баком аккумулятором; В воздушный кран; О - отоп-й прибор; Р - расширит. бак; К - водоразборный кран; Д - измерительная диафрагма; Э - элеватор; Н - циркуляц. насос местной с-ы; С - смеситель; ПК - пиковый котел; ТП - теплофикационный подогреватель; СН, ПН - сетевой и подпиточный насосы; РП, РР, РТ - регуляторы подпитки, расхода и температуры; ОК - обратный клапан; -подающий и обратный трубопроводы

3. Местные системы горячего водоснабжения в открытых системах теплоснабжения присоединяются непосредственно, в закрытых - через поверхностные водо-водяные подогреватели.

В открытых системах теплоснабжения наиболее распространена схема с баком-аккумулятором. 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. Это достигается смешением в смесителе воды из подающего и обратного трубопроводов. Когда водоразбор на горячее водоснабжение становится меньше расчетного, вода насосом подается к смесителю и далее, смешиваясь с горячей водой из тепловой сети, идет на зарядку верхнего аккумулятора. По такой схеме аккумулятор заряжается под напором воды в обратном трубопроводе тепловой сети. Насос предназначен для восполнения потерь напора в местной системе горячего водоснабжения

В закрытых системах теплоснабжения местные системы горячего водоснабжения гидравлически изолированы от внешних тепловых сетей. Гидравлическая изоляция сетевой и местной водопроводной воды гарантирует защиту местных систем горячего водоснабжения от выноса шлама из отопительных установок, который существенно ухудшает качество воды в водоразборных приборах при непосредственном водоразборе из тепловых сетей. При параллельном присоединении подогревателя горячего водоснабжения расход греющей сетевой воды через подогреватель регулируется регулятором температуры РТ в соответствии с нагрузкой горячего водоснабжения и независимо от нагрузки на отопление. Одноступенчатый подогреватель не обеспечивает глубокого охлаждения, сетевой воды. Кроме того, по такой схеме не используется теплота обратной воды после отопления, имеющей на продолжении отопительного сезона достаточно высокую температуру (40 - 70°С), которой вполне достаточно для покрытия значительной части нагрузки горячего водоснабжения и нагрева водопроводной воды вплоть до 60°С. Из-за неполного использования теплосодержания теплоносителя на абонентском вводе наблюдается завышенный расход сетевой воды, складывающийся из расчетного расхода воды на отопление и расхода на горячее водоснабжение при максимальной нагрузке.

4. По режиму потребления теплоты в течение года различают две группы потребителей: сезонные потребители, нуждающиеся в теплоте только в холодный период года, с зависимостью расхода теплоты в основном от температуры наружного воздуха; круглогодовые потребители, нуждающиеся в теплоте весь год, со слабо выраженной в большинстве случаев зависимостью расхода теплоты от температуры наружного воздуха.

Для сезонного теплового потребления характерны следующие особенности: 1) в течение года тепловые нагрузки изменяются в зависимости от температуры наружного воздуха; 2) годовые расходы теплоты, определяемые метеорологическими особенностями текущего года в районе теплоснабжения (холодная или теплая зима), имеют значительные колебания; 3) изменения тепловой нагрузки на отопление в течение суток в основном за счет теплоустойчивости наружных ограждений зданий незначительны; 4) расходы тепловой энергии для вентиляции по часам суток могут отличаться большим разнообразием в зависимости от сменности и режимов работы предприятий.

Расчетную тепловую мощность (Вт) систем отопления жилых и общественных зданий определяют по формуле

где - расчетная мощность систем отопления жилых зданий, Вт; - укрупненный показатель мощности системы отопления, приходящийся на 1 жилой площади, Вт/; F - жилая площадь,; k - коэффициент, учитывающий расход теплоты на отопление общественных зданий ().

Круглогодовые тепловые нагрузки. Тепловые нагрузки на горячее водоснабжение имеют не только резкие колебания внутри суток, но и в течение недели. Большое разнообразие тепловых нагрузок различных промышленных предприятий, жилых и общественных зданий, несовпадение по времени их максимумов приводит к необходимости построения графиков теплового потребления как для отдельных зданий, так и для района теплоснабжения в целом. Графики теплового потребления характеризуют изменение тепловых нагрузок по времени. Среднюю за отопительный период тепловую нагрузку на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий определяют по формуле

где m - количество жителей в районе; - укрупненный показатель среднечасовой тепловой нагрузки на горячее водоснабжение, приходящийся на 1 чел., Вт/чел.

Нормы расхода воды зависят от благоустроенности жилых домов, гостиниц и приводятся в соответствующих указаниях на проектирование горячего водоснабжения.

5. Тепловое потребление для целей горячего водоснабжения в течение года изменяется сравнительно мало, но отличается большой неравномерностью по часам суток. Летом расход теплоты в системах горячего водоснабжения жилых зданий по сравнению с зимой уменьшается на 30 - 35%. Это объясняется тем, что в летнее время температура воды в холодном водопроводе на 10 - 12°С выше, чем в зимний период. Кроме того, значительная часть городского населения летом в субботние и воскресные дни выезжает в загородные зоны, т. е. в те дни, когда в жилом секторе зимой наблюдаются максимальные разборы горячей воды. Продолжительность отопительного сезона для жилых и общественных зданий определяют числом дней с устойчивой температурой наружного воздуха ниже +80C.

Зависимость сезонных тепловых нагрузок от температуры наружного воздуха линейная. Графики часового расхода теплоты на отопление и вентиляцию приведены на рис. 1.1. Минимальный расход теплоты определяют при



Рис.1.1 График расхода теплоты на отопление и вентиляцию

6. Системы теплоснабжения представляют собой взаимосвязанный комплекс потребителей теплоты, отличающихся как характером, так и величиной теплопотребления. В этих условиях необходимо искусственное изменение параметров и расхода теплоносителя в соответствии с фактической потребностью абонентов. Регулирование повышает качество теплоснабжения, сокращает перерасход тепловой энергии и топлива.

В зависимости от места осуществления регулирования различают центральное, групповое, местное и индивидуальное регулирование.

Центральное регулирование выполняют на ТЭЦ или в котельной по преобладающей нагрузке, характерной для большинства абонентов. В городских тепловых сетях такой нагрузкой может быть отопление или совместная нагрузка отопления и горячего водоснабжения. На ряде технологических предприятий преобладающим является технологическое теплопотребление.

Групповое регулирование производится в центральных тепловых пунктах для группы однородных потребителей. В ЦТП поддерживаются требуемые расход и температура теплоносителя, поступающего в распределительные или во внутриквартальные сети.

Местное регулирование предусматривается на абонентском вводе для дополнительной корректировки параметров теплоносителя с учетом местных факторов.

Индивидуальное регулирование осуществляется непосредственно у теплопотребляющих приборов, например у нагревательных приборов систем отопления, и дополняет другие виды регулирования.

Тепловая нагрузка многочисленных абонентов современных систем теплоснабжения неоднородна не только по характеру теплопотребления, но и по параметрам теплоносителя. Поэтому центральное регулирование отпуска теплоты дополняется групповым, местным и индивидуальным, т. е. осуществляется комбинированное регулирование.

Комбинированное регулирование, состоящее из нескольких ступеней, взаимно дополняющих друг друга, создает наиболее полное соответствие между отпуском теплоты и фактическим теплопотреблением.

По способу осуществления регулирование может быть автоматическим и ручным.

Качественное регулирование осуществляется изменением температуры при постоянном расходе теплоносителя. Качественный метод является наиболее распространенным видом центрального регулирования водяных тепловых сетей.

Количественное регулирование отпуска теплоты производится изменением расхода теплоносителя при постоянной его температуре в подающем трубопроводе.

Качественно-количественное регулирование выполняется путем совместного изменения температуры и расхода теплоносителя.

Прерывистое регулирование достигается периодическим отключением систем, т. е. пропусками подачи теплоносителя, в связи с чем этот метод называется регулированием пропусками.

7. В зависимости от места осуществления регулирования различают центральное, групповое, местное и индивидуальное регулирование.

Центральное регулирование выполняют на ТЭЦ или в котельной по преобладающей нагрузке, характерной для большинства абонентов. В городских тепловых сетях такой нагрузкой может быть отопление или совместная нагрузка отопления и горячего водоснабжения. На ряде технологических предприятий преобладающим является технологическое теплопотребление. Центральное регулирование отопительной нагрузки применяют в системах теплоснабжения с децентрализованным горячим водоснабжением. В таких системах отопление является основной тепловой нагрузкой. Центральное регулирование осуществляется в соответствии с потребностью теплоты для отопления зданий при различных наружных температурах воздуха. При качественном регулировании задача расчета состоит в определении температуры воды в зависимости от тепловой нагрузки. Расход воды остается постоянным в течение всего отопительного сезона.

Местное регулирование предусматривается на абонентском вводе для дополнительной корректировки параметров теплоносителя с учетом местных факторов.

Регулирование тепловой нагрузки возможно несколькими методами: изменением температуры теплоносителя - качественный метод; изменением расхода теплоносителя - количественный метод; периодическим отключением систем - прерывистое регулирование; изменением поверхности нагрева теплообменника. Сложность осуществления последнего метода ограничивает возможность его широкого применения.

Качественное регулирование осуществляется изменением температуры при постоянном расходе теплоносителя. Качественный метод является наиболее распространенным видом центрального регулирования водяных тепловых сетей.

Количественное регулирование отпуска теплоты производится изменением расхода теплоносителя при постоянной его температуре в подающем трубопроводе. При количественном регулировании температура сетевой воды в подающем трубопроводе постоянна. Регулирование тепловой нагрузки осуществляется изменением расхода воды Задачей расчета является определение расхода и температуры обратной воды в зависимости от величины отопительной нагрузки.

Качественно-количественное регулирование выполняется путем совместного изменения температуры и расхода теплоносителя.

8. Центральное качественное регулирование по отопительной нагрузке принимается в системах теплоснабжения со среднечасовой нагрузкой горячего водоснабжения, не превышающей 15%, от расчетного расхода теплоты на отопление. При центральном качественном регулировании по отопительной нагрузке расход воды в отопительных системах остается постоянным в течение всего отопительного сезона.

Периодическое отключение систем отопления предотвращает перегрев помещений. Число часов ежесуточной работы системы определяют из уравнения.

В связи с периодическим отключением отдельных отопительных установок общий расход воды в сети сокращается по мере повышения температуры наружного воздуха. Температуру обратной воды для этого диапазона принимают постоянной.

Регулирование местными пропусками, осуществляемое вручную, приводит к значительным колебаниям температуры воздуха в помещениях и к перерасходу теплоты. Более целесообразным является групповое или местное количественное регулирование, выполняемое автоматически. По мере повышения температуры наружного воздуха расход сетевой воды на отопление сокращается. Смесительные насосы, установленные в ЦТП после подогревателей горячего водоснабжения, увеличивают расход подмешиваемой воды из обратной линии для поддерживания гидравлического и теплового режима системы отопления.

9. Тепловая нагрузка горячего водоснабжения отличается большой суточной неравномерностью. В случае установки аккумуляторов горячей воды расчет графиков регулирования производится по среднечасовой нагрузке горячего водоснабжения. При отсутствии аккумуляторов графики рассчитывают исходя из максимального часового расхода теплоты.

По характеру изменения температуры воды в подающем трубопроводе и при условно принятом для расчета графиков регулирования постоянном расходе теплоты на горячее водоснабжение отопительный период делиться на два диапазона

В диапазоне I при постоянной нагрузке горячего водоснабжения и постоянной температуре воды расход сетевой воды тоже остается неизменным.

В диапазоне II постоянный расход теплоты на горячее водоснабжение при переменной температуре сетевой воды обеспечивается местным количественным регулированием. С увеличением температуры сетевой воды регулятор РТ прикрывается, уменьшая поступление греющей воды в подогреватель. Расчет регулирования сводится к определению температуры обратной воды и эквивалента расхода сетевой воды на горячее водоснабжение. Методика расчета зависит от схемы присоединения подогревателей.

1. Параллельное присоединение подогревателей горячего водоснабжения. В диапазоне I при постоянном расходе сетевой воды температура воды после водоподогревателей также постоянна. Расчетная разность температур сетевой воды принимается равной дфґґґ= ф1ґґґ - ф2,гґґґ=35 ч 40°С.

Эквивалент расчетного расхода сетевой воды определяют из выражения

Расход сетевой воды равен

В диапазоне II эквивалент расхода сетевой воды находят на основании решения уравнения регулирования.

2. Смешанная схема включения подогревателей. В двухступенчатой смешанной схеме предварительный подогрев водопроводной воды в подогревателе нижней ступени за счет использования теплоты обратной воды снижает расход сетевой воды на горячее водоснабжение.

В диапазоне I температура водопроводной воды на выходе из подогревателя нижней ступени определяется из условия недогрева ее до температуры греющей среды на величину

где = 510°С.

Температура сетевой воды на выходе из подогревателя нижней ступени определяется

где W/o - эквивалент расчетного расхода воды на отопление.

В диапазоне II вследствие повышения температуры воды после отопления подогрев водопроводной воды в подогревателе ступени I увеличивается. При этом тепловая нагрузка подогревателя ступени II соответственно снижается. Регулятор температуры РТ уменьшает поступление сетевой воды в подогреватель верхней ступени.

10. При центральном качественном регулировании по отопительной нагрузке температура воды в подающем трубопроводе в диапазоне изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха. По характеру изменения температуры воды и расхода теплоты на вентиляцию отопительный период делится на три диапазона.

В диапазоне I (от до ) при переменной вентиляционной нагрузке температура в подающей линии постоянна.

В диапазоне II (от до ) по мере увеличения вентиляционной нагрузки возрастает и температура воды.

В диапазоне III (от ) при постоянном расходе теплоты на вентиляцию температура воды в подающей линии переменна. Как следует из графиков, центральное качественное регулирование вентиляционной нагрузки возможно лишь в диапазоне II, где характер изменения температуры воды соответствует изменению нагрузки. В диапазонах I и III осуществляется местное количественное регулирование изменением расхода сетевой воды или расхода нагреваемого воздуха.

Задачей расчета является определение температуры воды после калориферов и расхода сетевой воды. Расчет графиков производится отдельно для каждого диапазона с учетом принятого способа регулирования.

1. Регулирование расходом сетевой воды. Общее уравнение регулирования (4.4) применительно к вентиляционной нагрузке запишется в виде

где - расход теплоты на вентиляцию при текущей температуре наружного воздуха; - расход сетевой воды на вентиляцию; - температура воды после калориферов; k - коэффициент теплопередачи; - температурный напор в калорифере.

В диапазоне I с увеличением вентиляционной нагрузки возрастает расход воды, что приводит к сокращению времени пребывания воды в калорифере и к росту температуры обратной воды. Регулирование расхода воды осуществляется с помощью регулировочного клапана РК по импульсу от температуры воздуха за калорифером.

Для диапазона II при постоянном расходе воды



отсюда температура воды после калориферов определится из выражения

В диапазоне III постоянный расход теплоты на вентиляцию при переменной температуре сетевой воды обеспечивается местным количественным регулированием.

Температуру обратной воды определяют методом подбора. Расчет графиков регулирования целесообразно начинать с расчетных условий, соответствующих .

2. Регулирование расходом воздуха. Местное количественное регулирование осуществляется изменением расхода наружного воздуха, проходящего через калорифер при постоянном расходе сетевой воды.

11. Центральное качественное регулирование по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения принимается при суммарном среднечасовом расходе теплоты на горячее водоснабжение более 15% от суммарного максимального часового расхода на отопление, Qhm/Q0' > 15. Присоединение подогревателей горячего водоснабжения не менее чем у 75% абонентов должно быть выполнено по двухступенчатой последовательной схеме. Сетевая вода перед поступлением в систему отопления проходит через подогреватель верхней ступени, где температура ее снижается от до . Расход воды на горячее водоснабжение изменяется регулятором температуры РТ. Обратная вода после системы отопления поступает в подогреватель нижней ступени, где остывает от ф2,о до ф2, Постоянный расход сетевой воды на вводе поддерживается регулятором PP. Последовательное включение подогревателя верхней ступени дает возможность использовать в качестве теплового аккумулятора строительные конструкции здания. В часы максимального водопотребления снижается температура воды, поступающей в систему отопления, что приводит к уменьшению отдачи теплоты. Этот небаланс компенсируется в часы минимального водопотребления, когда в систему отопления поступает вода с температурой более высокой, чем требуется по отопительному графику. Суточный баланс теплоты на отопление обеспечивается при расчете температурного графика по «балансовой» нагрузке горячего водоснабжения Qгб, несколько превышающей среднечасовой расход теплоты на горячее водоснабжение

где - балансовый коэффициент, учитывающий неравномерность суточного графика горячего водоснабжения, обычно =1,2. Задачей расчета является определение перепадов температур сетевой воды в подогревателе верхней ступени и нижней ступени. При постоянном расходе сетевой воды и при «балансовой» нагрузке горячего водоснабжения суммарный перепад температур сетевой воды в подогревателях верхней и нижней ступени -величина постоянная

где - расчетная разность температур сетевой воды по отопительному графику. Перепады температур сетевой воды в подогревателях верхней и нижней ступени определяют для каждого диапазона отдельно.

Диапазон I. Предварительно определяют температуру водопроводной воды на выходе из подогревателя нижней ступени I при температуре наружного воздуха и , задавшись величиной недогрева

?

Перепад температур сетевой воды в подогревателе нижней ступени находят из уравнения:

, откуда

.

При известном суммарном перепаде температур д значение определяют из выражения

Диапазон II. Перепад температур сетевой воды в подогревателе нижней ступени находят по формуле

По найденным значениям д1 и д 2 и известным температурам воды отопительно-бытового графика (ф1,о, ф2,о) находят температуры в подающем и обратном трубопроводах при регулировании по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения

12.Температура воды в подающем и обратном трубопроводах определяется по формулам

и

с точкой излома температурного графика при минимально допустимой температуре воды в подающей линии =70°С.

В диапазоне I при постоянной температуре воды в подающем трубопроводе регулирование отопительной нагрузки осуществляется обычно местными пропусками. Периодическое отключение систем отопления предотвращает перегрев помещений. Число часов ежесуточной работы системы определяют из уравнения

В связи с периодическим отключением отдельных отопительных установок общий расход воды в сети сокращается по мере повышения температуры наружного воздуха. Температуру обратной воды для этого диапазона принимают постоянной и равной .

Регулирование местными пропусками, осуществляемое вручную, приводит к значительным колебаниям температуры воздуха в помещениях и к перерасходу теплоты. Более целесообразным является групповое или местное количественное регулирование, выполняемое автоматически. По мере повышения температуры наружного воздуха расход сетевой воды на отопление сокращается. Смесительные насосы, установленные в ЦТП после подогревателей горячего водоснабжения, увеличивают расход подмешиваемой воды из обратной линии для поддерживания гидравлического и теплового режима системы отопления.

В диапазоне II при осуществляется центральное качественное регулирование. Расчетный расход воды на отопление определяется по формуле

.

13. При центральном качественном регулировании по отопительной нагрузке температура воды в подающем трубопроводе в диапазоне изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха. По характеру изменения температуры воды и расхода теплоты на вентиляцию отопительный период делится на три диапазона. В диапазоне I (от до ) при переменной вентиляционной нагрузке температура в подающей линии постоянна. В диапазоне II (от до ) по мере увеличения вентиляционной нагрузки возрастает и температура воды. В диапазоне III (от ) при постоянном расходе теплоты на вентиляцию температура воды в подающей линии переменна. Как следует из графиков, центральное качественное регулирование вентиляционной нагрузки возможно лишь в диапазоне II, где характер изменения температуры воды соответствует изменению нагрузки. В диапазонах I и III осуществляется местное количественное регулирование изменением расхода сетевой воды или расхода нагреваемого воздуха. Задачей расчета является определение температуры воды после калориферов и расхода сетевой воды.

1. Регулирование расходом сетевой воды. Общее уравнение регулирования применительно к вентиляционной нагрузке запишется в виде

где - расход теплоты на вентиляцию при текущей температуре наружного воздуха; - расход сетевой воды на вентиляцию; - температура воды после калориферов; k - коэффициент теплопередачи; - температурный напор в калорифере,

(Двумя штрихами обозначены величины, относящиеся к расчетной температуре наружного воздуха для проектирования вентиляции ).

Изменение коэффициента теплопередачи калорифера описывается

где Фк - параметр калорифера; - эквивалент расхода сетевой воды на вентиляцию.

Уравнение (4.34) с учетом зависимости (4.35) запишется в виде

(4.36)

Заменив отношение расходов воды отношением расходов теплоты по зависимости, после преобразований

Получим

Неизвестное значение температуры обратной воды определяется решением уравнения (4.37) методом последовательных приближений.

Расход воды находят по формуле

В диапазоне I с увеличением вентиляционной нагрузки возрастает расход воды, что приводит к сокращению времени пребывания воды в калорифере и к росту температуры обратной воды. Регулирование расхода воды осуществляется с помощью регулировочного клапана РК по импульсу от температуры воздуха за калорифером.

Расчет графиков производится по формулам (4.37) и (4.38).Для диапазона II при постоянном расходе воды уравнение (4.37) упрощается

отсюда температура воды после калориферов определится из выражения



где -расчетная температура воды на выходе из калорифера, принимаемая равной 60С. Расчетный расход сетевой воды определяют по формуле (4.38) при расчетных значениях тепловой нагрузки Q"в и температурах воды . В диапазоне III постоянный расход теплоты на вентиляцию при переменной температуре сетевой воды обеспечивается местным количественным регулированием. Уравнение (4.37) для этого диапазона запишется так

1=

Температуру обратной воды определяют методом подбора.

2. Регулирование расходом воздуха. Местное количественное регулирование осуществляется изменением расхода наружного воздуха, проходящего через калорифер при постоянном расходе сетевой воды. Общее уравнение регулирования в данном частном случае запишется в виде формулы (4.39). Расчетный расход воды определится по формуле (4.38) при расчетном расходе тепла и температуре воды, соответствующей расчетным значениям . В диапазоне I рост вентиляционной нагрузки при постоянной температуре в подающем трубопроводе и постоянном расходе воды приводит к увеличению перепада температур сетевой воды. Из уравнения (4.39) при Gв= l имеем



В диапазоне II осуществляется центральное качественное регулирование. В диапазоне III по мере понижения наружной температуры уменьшается количество наружного воздуха, поступающего в калорифер. Система работает с рециркуляцией. Из уравнения (4.39) при =1 и =1.

- (-)

Рис. 4.8 Графики температур, расходов теплоты и сетевой воды при регулировании вентиляционной нагрузки расходом воздуха

Рис. 4.9 Графики температур, расходов теплоты и сетевой воды на горячее водоснабжение при параллельной схеме включения подогревателей: ЦР - центральное регулирование

14. Параллельное присоединение подогревателей горячего водоснабжения. В диапазоне I при постоянном расходе сетевой воды температура воды после водоподогревателей постоянна. Расчетная разность температур сетевой воды принимается равной дфґґґ= ф1ґґґ - ф2,гґґґ=35 ч 40°С.

Эквивалент расчетного расхода сетевой воды определяют из выражения

Расход сетевой воды равен

В диапазоне II эквивалент расхода сетевой воды находят на основании решения уравнения регулирования

Предварительно определяют эквивалент расхода вторичной (водопроводной) воды

Параметр подогревателя Ф находят по данным расчетного режима

Произведение расчетного коэффициента теплопередачи k'" на поверхность нагрева находят из выражения

где ; ;

С понижением температуры наружного воздуха расход сетевой воды уменьшается. Температуру обратной воды после водоподогревателя определяют из выражения

15. Графики температур, построенные с помощью равенств

,

называют повышенными. По мере понижения температуры наружного воздуха и роста температуры воды после отопления соответственно возрастает нагрузка подогревателя нижней ступени и увеличивается значение . Перепад температур сетевой воды в подогревателе верхней ступени пропорционально уменьшается.

Расчет графиков центрального регулирования производят по режиму теплопотребления «типового» абонента, для которого отношение средней часовой нагрузки горячего водоснабжения к расчетной отопительной такое же, как в целом по району.

Для абонентов, режим теплопотребления которых отличается от типового, предусматривается групповое или местное регулирование.

Рис. 4.14 График температур при центральном регулировании по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения в закрытой системе теплоснабжения («повышенный» температурный график) , - отопительно-бытовой график регулирования; ф1,, ф2, - повышенный график.

Рис. 4.15 Независимая схема присоединения отопительной системы при двухступенчатом последовательном присоединении подогревателей горячего водоснабжения: ПО - подогреватель отопления: ЦН - циркуляционный насос; РО - регулятор отопления; ДТ - датчик температуры воздуха в помещении

При разнородной тепловой нагрузке абонентов целесообразно сочетание центрального качественного регулирования по совместной нагрузке с местным количественным регулированием. Это становится возможным при замене регуляторов расхода РР регуляторами отопления РО, осуществляющими местное регулирование отопительных систем по импульсу от температуры воздуха в отапливаемом помещении (рис. 4.15)

Скорректированный график применяют при соотношении тепловых нагрузок у большинства потребителей в пределах 0,15 ? Qhm/Q0' ? 0,3 . Регуляторы расхода в абонентских узлах ввода устанавливают перед ответвлением на горячее водоснабжение; они поддерживают постоянный расход воды, равный расчетному на отопление. Водоразбор из подающей линии уменьшает поступление сетевой воды в систему отопления. Небаланс теплоты на отопление компенсируется некоторым повышением температуры в подающем трубопроводе по сравнению с отопительным графиком. При этом методе регулирования строительные конструкции здания могут быть использованы в качестве аккумулятора теплоты, выравнивающего неравномерности суточного графика теплопотребления.

Для сохранения суточного баланса теплоты на отопление основной расчет проводится по балансовой нагрузке горячего водоснабжения

=

Qhm c балансовым коэффициентом, равным =1,1.

Расход воды на отопление при любой температуре наружного воздуха и балансовой нагрузке горячего водоснабжения определяют из уравнения теплового баланса системы отопления с учетом водоразбора на горячее водоснабжение



где G'o - расчетный расход воды на отопление, кг/с.

Подставив значение из выражения (4.69) и разделив равенство (4.71) на величину расчетного расхода на отопление G'o, найдем относительный расход воды по

=

Заменив в равенстве величину ее значением по формуле (4.32), после алгебраических преобразований получим

где

Температуру воды в подающем и обратном трубопроводах определяют по формулам

На рис. 4.19 показан скорректированный график температур воды и изменение расхода воды на отопление.

При температуре обратной воды >60°С водоразбор осуществляется только из обратной магистрали.

На этом диапазоне в систему отопления поступает расчетный расход воды =l, вследствие чего скорректированный график соответствует отопительному.

Рис. 4.19 График центрального качественного регулирования открытых систем теплоснабжения по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения (скорректированный график)

16. Можно естественным образом выделить следующие две основные разновидности потребления горячей воды: бытовое и коммунально-бытовое (умывание, банное мытье, питье, мытье посуды и приготовление пищи, уборка помещений, стирка, бассейны) и производственное самого различного назначения (технологические процессы, мойка машин и аппаратов и т.п.). На водоразбор к потребителям должна поступать вода питьевого качества. В отдельных случаях требуется кипяченая вода (вокзалы). В точке водоразбора к температуре горячей воды предъявляются следующие требования: 1) в системах централизованного горячего водоснабжения (ЦГВ) с непосредственным водоразбором из тепловой сети - не ниже 60 °С; 2) в системах ЦГВ с нагревом водопроводной воды в водонагревателях - не ниже 50 °С; 3) в местных системах ГВ - не ниже 60 °С; 4) температура воды, подаваемой к смесителям умывальников и душей общеобразовательных школ, дошкольных учреждений, детдомов, учреждений соцобеспечения и некоторых лечебно-профилактических учреждений предусматривается не выше 37 °С; 5) в любом случае температура воды не должна превышать 75 °С. Если по технологическим требованиям (предприятия общественного питания и другие учреждения) требуется вода более высокой температуры, необходимо предусматривать местные системы или догрев воды из систем ЦГВ.

Системы горячего водоснабжения подразделяются на местные и централизованные. При местном ГВ (МГВ) вода нагревается непосредственно у места ее потребления. Система МГВ обеспечивает водой один или несколько водоразборных приборов в смежных помещениях. Вода при МГВ нагревается в индивидуальных водонагревателях паром, горячей сетевой водой, за счет сжигания топлива, электричеством. Используется также солнечный нагрев воды. Наиболее характерные примеры МГВ - газовые водонагреватели и дачные душевые установки с солнечным нагревом. Поскольку использование электричества значительно дороже газового нагрева, применение электроводонагревателей на проектной стадии должно иметь необходимое технико - экономическое обоснование. Использование газовых водонагревателей регламентируется нормами газоснабжения. В системах ЦГВ вода приготавливается для потребителей целого здания, группы зданий, квартала, населенного пункта и т.п., а затем по трубопроводам подается к водоразборным приборам. Нагрев воды производится в водогрейных котлах, паро - или водоводяных нагревателях. Местными системами оборудуются здания, не подключенные к системам централизованного теплоснабжения (ЦТ), не имеющие собственных котельных, или, если система ЦТ не рассчитана на покрытие тепловой нагрузки ГВ. Системами ЦГВ оборудуются здания, подключенные к системам ЦТ или имеющие собственные котельные. Если число водоразборных точек в таких зданиях мало, экономически может быть обосновано и применение системы МГВ.

Основные виды классификации схем систем ЦГВ.

1. По обеспечению давления системы ГВ могут быть работающими: а) под давлением холодного водопровода; б) под давлением тепловой сети; в) под давлением, создаваемым насосом, установленным на холодном или горячем водопроводе; г) под статическим давлением, создаваемым баком холодной или горячей воды.

2. По месту прокладки распределительных трубопроводов системы могут быть: а) с нижней разводкой; б) с верхней разводкой.

3. По наличию и способу обеспечения циркуляции: а) без циркуляции; б) с естественной циркуляцией; в) с насосной циркуляцией.

4. По наличию и месту расположения баков-аккумуляторов горячей воды: а) без аккумулятора; б) с нижним баком; в) с верхним баком.

17. Секундный расход воды, отнесенный к одному прибору л/с, определяется по СНиП. При неодинаковых приборах, обслуживающих одинаковых потребителей - по СНиП. При неодинаковых приборах, обслуживающих группы различных потребителей, определяется по выражению

где - число водоразборных приборов в группе потребителей; - вероятность их одновременного действия.

Если потребители в здании одинаковые, то вероятность действия приборов определяется без учета изменения отношения числа потребителей U к числу приборов N по участкам системы по формуле

где - норма расхода горячей воды потребителем в час наибольшего водопотребления (принимается по СНиП).

При различных группах потребителей в здании

При отсутствии данных о количестве приборов разрешается принимать. По зданиям, где отсутствуют данные о расходах воды и характеристики приборов принимают = 0,2 л/с.

Максимальный секундный расход на любом участке системы ГВ определяется как

л/с

где - коэффициент, определяемый по СНиП.

Часовой расход воды прибором при одинаковых потребителях в здании определяется непосредственно по СНиП. При различных потребителях в здании - по формуле

л/час

Часовая вероятность одновременного действия приборов для системы в целом или группы потребителей составляет

При отсутствии данных разрешается принимать = 200 л/час.

Максимальный часовой расход воды на систему горячего водоснабжения в целом (на головном участке) составит

паропровод конденсатопровод коррозия насос

, м3/ч

где - коэффициент, определяемый по СНиП.

Максимальный суточный расход воды на систему ГВС составляет

, м3/сут.

где - норма расхода горячей воды одним потребителем, л/(сут?чел), для группы, состоящей из потребителей, принимаемая по СНиП.

Средний часовой расход воды за сутки (период) максимального водопотребления продолжительностью T часов составляет:, м3/час (3.8)

Расходы теплоты на систему ГВС (расчетные тепловые потоки) определяются по известным расходам воды следующим образом. Средний за сутки максимального водопотребления

,кВт

где 55 °С - средняя температура горячей воды;

tс - средняя температура холодной водопроводной воды (5 °С зимой и 15 °С - летом);

Qht - потери теплоты трубопроводами системы ГВС.

Максимальный часовой расход теплоты

, кВт

Принимая теплоемкость воды = 4,1868 кДж/(кг?К), а ее плотность = 1000 кг/м3, получим

, кВт

, кВт

19.Нормы расхода горячей воды на бытовые и производственные нужды установлены в зависимости от степени благоустройства зданий и технологической потребности при нагреве ее от 55 до 65°С. Однако, ввиду неодновременности потребления горячей воды ее расход по трубопроводам значительно отличается от нормального, поэтому гидравлический расчет трубопроводов горячего водоснабжения производится по фактическим секундным расходам горячей воды, которые принимаются за расчетные расходы. Расчетный секундный расход (л/с) горячей воды при водоразборе и на участках трубопроводов определяют по формуле

где g -- секундный расход горячей воды одним водоразборным прибором, л/с; a -- коэффициент, зависящий от общего количества водоразборных приборов на расчетном участке и вероятности их действия в часы наибольшего водопотребления. Если на расчетном участке трубопровода имеются различные по производительности водоразборные приборы, то в этой формуле принимается расход воды для прибора с наибольшей производительностью.

Вероятность действия водоразборных приборов Р в отдельном здании или группе зданий одинакового типа и назначения определяется зависимостью

где -- норма расхода горячей воды одним потребителем в час наибольшего водопотребления, л/ч; N -- общее количество водоразборных приборов в здании или группе зданий; m -- количество потребителей горячей воды в здании, чел.

Вероятность действия водоразборных приборов для участков трубопроводов, обслуживающих группу зданий различного типа и назначения от ЦТП, определяют по формуле

где -- средняя вероятность действия водоразборных приборов группы зданий; Р1, Р2, ..., Рi -- вероятность действия водоразборных приборов каждого здания, найденная по величине среднеарифметического расхода горячей воды g одним водоразборным прибором для всех зданий; N1, N2, ..., Ni -- общее количество водоразборных приборов в каждом здании.

При этом если для всех зданий , то вместо определения необходимо для каждого участка квартального трубопровода найти сумму величин NP.

20. Задачей гидравлического расчета является определение диаметров подающих трубопроводов и потерь напора. Расчетным расходом для определения потерь напора на участке трубопровода является секундный расход с учетом остаточной циркуляции

, л/с

где - коэффициент остаточной циркуляции. Эта величина определяется по СНиП в зависимости от соотношения секундного и циркуляционного расходов в системе ГВС

Причем не равно нулю только на начальных участках системы (до первого водоразборного стояка) при >2,0. Во всех остальных случаях =0. Потери напора в водоразборных стояках, объединенных кольцующей перемычкой в секционные узлы, определяются по расчетным расходам воды с коэффициентом 0,7. На самих кольцевых участках расчетный расход воды принимается не менее максимального секундного для одного из обслуживаемых приборов. Скорость воды в системах ГВС должна быть не более 3 м/с. Однако опыт эксплуатации систем показывает, что при >1,5 м/с в трубопроводах начинается заметное шумообразование. При неодинаковом сопротивлении стояков диаметр стояка определяется, исходя из расчетного расхода и располагаемого напора у основания данного стояка. При одинаковом сопротивлении стояков их диаметры принимаются диаметру последнего стояка. Потери напора на участках системы ГВС определяются по выражению

, мм

где - удельные линейные потери напора, мм/м; l - длина участка; kl - коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях.

Располагаемым называется гарантированный на вводе напор, который может быть использован для подачи воды на нужды горячего водоснабжения. Требуемым называется напор, который необходим на преодоление всех гидравлических сопротивлений для подачи воды к наиболее удаленному и высоко расположенному прибору. Так для закрытой системы горячего водоснабжения располагаемым является напор холодного водопровода в точке подключения к нему системы горячего водоснабжения. Требуемый напор в этом случае составляет:

Нтреб =Нпод + Нсч + Нвн + Нг + Нсв

где Нпод - потери напора в подающих трубопроводах в режиме водоразбора; Нсч - потери напора в счетчике воды (водомере); Нвп - потери напора в водонагревателе; Нг - разность геодезических отметок наиболее высоко расположенного прибора и точки подключения системы ГВ к холодному водопроводу; Нсв - свободный напор на приборе. В открытой системе теплоснабжения, когда водоразбор осуществляется непосредственно из теплосети, располагаемым является напор в обратном трубопроводе тепловой сети в точке подключения системы ГВ. Тогда требуемый напор (в силу отсутствия водонагревателя):

Нтреб = Нпод + Нсч + Нг + Нсв

При этом Нг исчисляется от указанной точки подключения к тепловой сети. В самотечных системах ГВ, работающих под давлением воды в верхних баках-аккумуляторах, располагаемым напором является сама геодезическая разность отметок уровня воды в баке и наиболее высоко расположенного прибора. Требуемый напор в этом случае

Нтреб = Нпод + Нсв

21. После распределения циркуляционных расходов по расчетным участкам выполняется гидравлическая увязка системы в режиме "чистой" циркуляции. Последовательность расчета такова.

Предварительно назначаются диаметры циркуляционных трубопроводов на 1-3 типоразмера меньше соответствующего подающего трубопровода. Определение потерь напора по участкам ведется по тем же формулам и номограммам, что и при гидравлическом расчете подающих трубопроводов, но при циркуляционных расходах. Расчет ведется параллельно по подающим и циркуляционным трубопроводам с суммированием до очередного узла разветвления. Аналогично определяются потери напора в подключаемом к тому же узлу полукольце, образованном стояком, секционным узлом или ветвью системы.

Полученные потери напора в полукольцах, стыкующихся в данном узле, не должны отличаться более чем на 10%. Если это условие не выполняется, производится увязка узла в следующем порядке (каждый следующий метод применяется, если не дает должного результата предыдущий).

1). Варьируются диаметры трубопроводов.

2). Устанавливается диафрагма на циркуляционном трубопроводе полукольца с меньшими потерями напора. Диаметр диафрагмы определяется по выражению

где qhм - расход воды в полукольце с меньшими потерями напора;

ДН - разность потерь напора в полукольцах, которая и должна быть «погашена» в диафрагме, даПа.

Диафрагма не может быть менее 10 мм (из-за постепенного зарастания и возможности ее нерасчетной работы).

3) Изменяется циркуляционный расход, но не более чем на 30%. Изменение расхода необходимо учитывать на всех последующих (к теплоцентру) участках.

4) Устанавливается дополнительный кран для регулировки системы в процессе наладки. Кран устанавливается на циркуляционном трубопроводе в дополнение к обычному отключающему крану.

22. Наличие аккумулирующей емкости позволяет выравнивать неравномерность потребления горячей воды, а также уменьшить поверхность нагревателей исходя из условия расчета производительности водоподогревателей по среднечасовому расходу теплоты на горячее водоснабжение. По месту расположения баки различают верхние и нижние, по конструкции - открытые и закрытые. В закрытых баках сохраняется напор водопровода, а в открытых он полностью теряется. Но открытый бак более безопасен, т.к. не является сосудом под давлением. Кроме того, по режиму работы различают баки: с переменной температурой и постоянным объемом , и соответственно, с постоянной температурой и переменным объемом. Емкость бака-аккумулятора определяем на основании интегрального графика подачи и потребления теплоты в системе ГСВ.

Емкость бака-аккумулятора , при переменном объеме воды в нем и постоянной ее температуре.

где - максимальная разность ординат интегральных графиков подачи и потребления теплоты (см.рис.1),кВт

- температура холодной водопроводной воды, °C

Рис. 3.18 Варианты организации режимов работы баков-аккумуляторов: а) нижнего закрытого; б) открытого без регулятора уровня; в) открытого с регулятором уровня

23. По способу подачи воды на горячее водоснабжение водяные системы делят на закрытые и открытые. В закрытых водяных системах теплоснабжения воду из тепловых сетей используют только как греющую среду для нагревания в подогревателях поверхностного типа водопроводной воды, поступающей затем в местную систему горячего водоснабжения. В открытых водяных системах теплоснабжения горячая вода к водоразборным приборам местной системы горячего водоснабжения поступает непосредственно из тепловых сетей.

Основным преимуществом открытых систем теплоснабжения является высокая эффективность теплофикации благодаря максимальному использованию низкопотенциальных источников тепла на ТЭЦ для нагревания большого количества подпиточной воды.

В закрытых системах подпитка сетей не превышает 0,5% от объема сетевой воды, содержащейся в системе, поэтому возможности утилизации тепла сбросной воды и продувки на ТЭЦ значительно ниже открытых систем. Но для подготовки подпиточной воды в открытых системах требуется более мощное оборудование химводоочистки и деаэрации. Тепловые пункты открытых систем теплоснабжения проще и дешевле теплопунктов закрытых систем, так как на абонентских вводах вместо подогревателей устанавливаются только смесители горячего водоснабжения. Трудности эксплуатации водонагревателей с дефицитными латунными трубками часто являются определяющими причинами широкого распространения открытых систем. На горячее водоснабжение в открытых системах расходуется деаэрированная сетевая вода, вследствие чего местные установки менее подвержены коррозии. В закрытых системах для уменьщения коррозии местных установок горячего водоснабжения требуется дополнительная затрата на оборудование для обработки водопроводной воды. Открытые системы отличаются высокой нестабильностью гидравлических режимов, для повышения надежности теплоснабжения необходима установка аккумулирующих емкостей у источника тепла или на абонентских вводах. В ряде городов с открытым водоснабжением качество сетевой воды не всегда отвечает санитарным нормам. Требования к качеству воды по цветности и запаху нарушаются из-за недостаточной промывки систем отопления после ремонта, из-за неполной деаэрации подпиточной воды, особенно в РК. Сочетание открытой системы с независимой схемой присоединения отопительных установок этот недостаток устраняет, поскольку сетевая вода проходит только через подогреватель отопительной системы, не соприкасаясь с самой системой. Таким образом, выбор между открытой и закрытой системами может быть сделан исходя из норм качества холодной и горячей воды и затрат на теплоприготовительное оборудование источника тепла и абонентских вводов.