<<< На главную <<<

Водяные системы теплоснабжения

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 указанных систем (рис 2.1)

Принципиальные схемы водяных систем теплоснабжения
а – однотрубной (разомкнутой),
б – двухтрубной открытой (полузамкнутой),
в – двухтрубной закрытой (замкнутой),
г – комбинированной,
д – трехтрубной,
е – четырехтрубной,

1 – источник тепла,
2- подающий трубопровод теплосети,
3 – абонентский ввод,
4 – калорифер вентиляции,
5 – абонентский теплообменник отопления,
6 – нагревательный прибор,
7 – трубопроводы местной системы отопления,
8 – местная система горячего водоснабжения,
9 – обратный трубопровод теплосети,
10 – теплообменник горячего водоснабжения,
11- холодный водопровод,
12 – технологический аппарат
13 – подающий трубопровод горячего водоснабжения,
14 – рециркуляционный трубопровод горячего водоснабжения,
15 – котельная,
16 – водогрейный котел,
17 - насос
















Рис 2.1. Принципиальные схемы водяных систем теплоснабжения
При значительном удалении источника тепла от теплоснабжаемого района (при «загородных» ТЭЦ) целесообразны комбинированные системы теплоснабжения, представляющие собой сочетание однотрубной системы и полузамкнутой двухтрубной системы (рис. 2.1, г). В такой системе входящий в состав ТЭЦ пиковый водогрейный котел размещается непосредственно в теплоснабжаемом районе, образуя дополнительную водогрейную котельную. От ТЭЦ до котельной подается по одной требе только такое количество высокотемпературной воды, которое необходимо для горячего водоснабжения. Внутри же теплоснабжаемого района устраивается обычная полузамкнутая двухтрубная система.
В котельной к воде от ТЭЦ добавляется подогретая в котле вода из обратного трубопровода двухтрубной системы, и общий поток воды с более низкой температурой, чем температура воды, поступающей от ТЭЦ, направляется в тепловую сеть района. В дальнейшем часть этой воды используется в местных системах горячего водоснабжения, а остальная часть возвращается в котельную.
Трехтрубные системы находят применение в промышленных системах теплоснабжения с постоянным расходом воды, подаваемой на технические нужды (рис.2.1, д). Такие системы имеют две подающие трубы. По одной из них вода с неизменной температурой поступает к технологическим аппаратам и теплообменникам горячего водоснабжения, по другой вода с переменной температурой идет на нужды отопления и вентиляции. Охлажденная вода от всех местных систем возвращается к источнику тепла по одному общему трубопроводу.
Четырехтрубные системы (рис.2.1, е) из-за большого расхода металла применяются лишь в мелких системах с целью упрощения абонентских вводов. В таких системах вода для местных систем горячего водоснабжения приготавливается непосредственно у источника тепла (в котельных) и по особой трубе подводится к потребителям, где непосредственно поступает в местные системы горячего водоснабжения. В этом случае у абонентов отсутствует подогревательные установки горячего водоснабжения и рециркуляционная вода систем горячего водоснабжения возвращается для подогрева к источнику тепла. Две другие трубы в такой системе предназначаются для местных систем отопления и вентиляции.

Двухтрубные водяные системы теплоснабжения

Закрытые и открытые системы. Двухтрубные водяные системы бывают закрытыми и открытыми. Различаются эти системы технологией приготовления воды для местных систем горячего водоснабжения (рис. 2.2). В закрытых системах для горячего водоснабжения используется водопроводная вода, которая подогревается в поверхностных теплообменниках водой из тепловой сети (рис.2.2, а). В открытых системах воду для горячего водоснабжения берут непосредственно из тепловой сети. Отбор воды из подающей и обратной труб тепловой сети производят в таких количествах, чтобы после смешения вода приобрела нужную для горячего водоснабжения температуру. (рис.2.2, б).
Принципиальные схемы приготовления воды для горячего водоснабжения
а – при закрытой системе,
б – при открытой системе,
1 – подающий и обратный трубопроводы тепловой сети;
2 – теплообменник горячего водоснабжения;
3 – холодный водопровод;
4 – местная система горячего водоснабжения;
5 – регулятор температуры;
6 – смеситель;
7 – обратный клапан

В закрытых системах теплоснабжения сам теплоноситель нигде не расходуется, а лишь циркулирует между источниками тепла и местными системами теплопотребления. Это значит, что такие системы закрыты по отношению к атмосфере, что и нашло отражение в их названии. Для закрытых систем теоретически справедливо равенство Gух=Gприх, т.е. количество уходящей от источника и приходящей к нему воды одинаково. В реальных же системах всегда Gух>Gприх. Часть воды теряется из системы через имеющиеся в ней неплотности: через сальники насосов, компенсаторов, арматуры и т.п. Эти утечки воды из системы не велики и при хорошей эксплуатации не превышают 0,5% объема воды в системе. Однако даже в таком количестве они приносят определенный ущерб, так как с ними бесполезно теряются и тепло, и теплоноситель.
Практическая неизбежность утечек позволяет исключить из оборудования водяных систем теплоснабжения расширительные сосуды, так как утечки воды из системы всегда превышают возможное приращение объема воды при повышении ее температуры в течение отопительного периода. Пополнение системы водой для компенсации утечек происходит у источника тепла.

Для открытых систем даже при отсутствии утечек характерно неравенство Gух>Gприх. Сетевая вода, выливаясь из водоразбоных кранов местных систем горячего водоснабжения, соприкасается с атмосферой, т.е. такие системы открыты по отношению к атмосфере. Пополнение открытых систем водой происходит обычно так же, как и закрытых систем, у источника тепла, хотя в принципе в таких системах пополнение возможно и в других точках системы. Количество подпиточной воды в открытых системах значительно больше, чем в закрытых. Если в закрытых системах подпиточная вода покрывает только утечки воды из системы, то в открытых системах она должна компенсировать еще и предусмотренный отбор воды.
Отсутствие на абонентских вводах открытых систем теплоснабжения поверхностных теплообменников горячего водоснабжения и замена их дешевыми смесительными устройствами является основным преимуществом открытых систем перед закрытыми.
Основной же недостаток открытых систем заключается в необходимости иметь у источника тепла более мощную, чем в закрытых системах, установку по обработке подпиточной воды во избежание появления коррозии и накипи в нагревательных установках и тепловых сетях.
Наряду с более простыми и дешевыми абонентскими вводами открытые системы обладают еще следующими положительными качествами по сравнению с закрытыми системами:

а) позволяют использовать в больших количествах низкопотенциальное тепло, что уменьшает расход топлива на приготовления теплоносителя;
б) обеспечивают возможность уменьшения расчетной производительности источника тепла путем осреднения расхода тепла на горячее водоснабжение при установке центральных аккумуляторов горячей воды;
в) увеличивает срок службы местных систем горячего водоснабжения, так как в них поступает вода из тепловых сетей, не содержащая агрессивных газов и накипеобразующих солей;
г) уменьшают диаметры распределительных сетей холодного водоснабжения (примерно на 16%), подавая абонентам воду для местных систем горячего водоснабжения по отопительным трубопроводам;
д) позволяют перейти к однотрубным системам при совпадении расходов воды на отопление и горячее водоснабжение.

К недостаткам открытых систем кроме увеличения затрат, связанных с обработкой больших количеств подпиточной воды, относятся:

а) возможность при недостаточно тщательной обработке воды появление цветности в разбираемой воде, а в случае присоединения радиаторных систем отопления к тепловым сетям через смесительные узлы (элеваторные, насосные) еще и возможность загрязнения разбираемой воды и появления в ней запаха вследствие отложения в радиаторах осадков и развития в них особых бактерий;
б) усложнение контроля за плотностью системы, поскольку в открытых системах количество подпиточной воды не характеризует величины утечки воды из системы, как в закрытых системах.
Малая жесткость исходной водопроводной воды (1-1,5 мг*экв/л) способствует применению откытых систем, исключая необходимость в дорогой и сложной противонакипной обработке воды. Целесообразно применять открытые системы и при очень жестких или агрессивных в отношении коррозии исходных водах, ибо при таких водах в закрытых системах необходимо устраивать обработку воды на каждом абонентском вводе, что во много раз сложнее и дороже единой обработки подпиточной воды у источника тепла в открытых системах.

Присоединение местных систем теплопотребления к тепловым сетям.

Переход тепла из тепловых сетей в местные системы теплопотребления происходит или без снижения потенциала тепла, или с его снижением. Без снижения потенциала тепла в водяных системах присоединяются непосредственно к тепловой сети калориферы систем вентиляции и системы отопления производственных помещений, в которых по нормам допускается повышенная температура воды в нагревательных приборах. С понижением потенциала тепла к тепловой сети присоединяются системы отопления большинства абонентов (за исключением вышеуказанного случая) и системы горячего водоснабжения. Максимальная температура воды в тепловой сети обычно равна 150оС, но в некоторых системах она достигает 180-190оС. Максимальная же температура воды по санитарно-гигиеническим требованиям в системах отопления не должна превышать 95-105оС, в системах горячего водоснабжения 75оС.
Принципиальные схемы присоединения местных систем к тепловым сетям с понижением и без понижения потенциала тепла приведены на рис. 2.3.
Присоединение местных систем теплопотребления к тепловым сетям непосредственное и с понижением потенциала.
Для снижения потенциала тепла, передаваемого в местные системы, применяются теплообменные устройства (теплообменники) смесительного и поверхностного типа. Смесительные узлы отопления бывают с элеватором и насосом (рис. 2.3,в и д).
Схема элеватора приведена на рис.2.5, а принцип его действия рассмотрен в пар.12. Элеватор выполняет две функции: служит смесителем воды и побудителем циркуляции воды в местной системе. Элеваторные смесительные узлы были предложены проф. В.М. Чаплиным еще в начале развития централизованного теплоснабжения в нашей стране и с тех пор получили широкое распространение в отечественной практике благодаря простоте устройства (отсутствию движущихся частей) и надежной эксплуатации.
Схема элеватора с регулируемым соплом.
Недостатками элеваторных смесительных узлов являются:
а) малый КПД (0,25-0,3), вследствие чего для создания заданной разности давлений после элеватора (в подающем и обратном трубопроводах местной системы) в трубопроводах теплосети до элеватора необходимо иметь значительно большую (в 8-10 раз) разницу давлений. Это приводит к необходимости увеличения мощности располагаемого у источника тепла циркуляционного насоса, за счет работы которого и обеспечивается подмешивание в элеваторе;
б) невозможность осуществления автономной циркуляции воды в местной системе отопления при аварийном прекращении циркуляции воды в тепловой сети, что при отрицательных наружных температурах ускоряет остывание отапливаемых помещений и способствует замерзанию воды в наиболее уязвимых местах местной системы (например, в лестничных клетках и т.п.);
в) постоянство коэффициента подмешивания u=Gпод/Gсети, т.е. постоянство соотношения между количеством подмешиваемой воды из обратного трубопровода Gпод и количеством сетевой воды, проходящей через сопло элеватора, Gсети, что жестко связывает между собой гидравлический и температурный режимы тепловой сети и местной системы отопления.
Последний недостаток элеваторов не позволяет с повышением наружной температуры уменьшать количество циркулирующей по тепловой сети воды с сохранением ее расчетной температуры, что уменьшило бы затраты электроэнергии на перемещение теплоносителя. При постоянном коэффициенте подмешивания всякое сокращение расхода сетевой воды через сопло элеватора приводит к пропорциональному сокращению расхода воды в местной системе отопления, а это вызывает ее разрегулировку, т.е. неравномерную теплоотдачу отдельных нагревательных приборов.
В тех случаях, когда по указанным выше причинам применение элеваторов невозможно (при малой разности давлений в трубах тепловой сети) или нерационально, в смесительных узлах применяют насосы. При индивидуальных абонентских вводах, располагаемых в самих зданиях, насосы в смесительных узлах должны быть бесшумными, но так как в {больших количествах отечественная промышленность таких насосов еще не выпускает, то на} практике смесительные узлы применяют только при выносных групповых вводах.
В последние годы делаются попытки внедрения в практику элеваторов «с регулируемым соплом», т.е. элеваторов с переменным сечением сопла. Рис.2.5.