Нормальная и связанная подача тепла в системы отопления.

На абонентских вводах, обслуживающих местные системы горячего водоснабжения и отопления, при отсутствии в системе горячего водоснабжения баков-аккумуляторов находят применение два способа подачи тепла в систему отопления: нормальная и связанная подача. При нормальной подаче система отопления получает тепло независимо от системы горячего водоснабжения и любые изменения в расходе тепла на горячее водоснабжение не отражаются на количестве тепла, получаемого системой отопления. При связанной подаче количество тепла,получаемого системой отопления, зависит от расхода тепла в системе горячего водоснабжения. Достигается это лимитированием (ограничением) общего количества тепла, поступающего на ввод из расчета часового расхода тепла на отопление и среднечасового расхода тепла на горячее водоснабжение. При этом поступление тепла в систему горячего водоснабжения не ограничивается, в результате чего всякое отклонение расхода тепла на горячее водоснабжение от среднечасового вызывает противоположное изменение в подаче тепла в систему отопления и соответствующее изменение температуры воздуха внутри отапливаемых помещений. В среднем же за сутки в отапливаемых помещениях обеспечивается заданная температура внутреннего воздуха. Схемы абонентских вводов, иллюстрирующие сам принцип осуществления связанной подачи тепла в систему отопления, приведены на рис. 2.

 

Рис. 2. Схемы вводов, отражающие основной принцип связанной подачи. тепла в систему отопления

а — ввод закрытой системы теплоснабжения с влиянием горячего водоснабжения на температуру греющей воды теплообменника отопления; б —то же, с влиянием горячего водоснабжения на расход греющей воды теплообменника отопления; в — ввод открытой системы теплоснабжения; 1 — тепловая сеть; 2 — ограничитель расхода сетевой воды; 3 — трехходовой регулятор температуры; 4 — местная система горячего водоснабжения; 5 — подогреватель горячего водо­снабжения; 6 — обводной трубопровод; 7 — водопровод; 8 — теплообменник отопления; 9 — местная система отопления; 10, 11 — отбор воды из подающего и обратного трубопроводов, тепловой сети;, 12 — двухходовой регулятор температуры; 13 — смеситель

 

 

На вводах закрытых систем теплоснабжения влияние горячего водоснабжения на подачу тепла в систему отопления может осуществляться путем изменения или температуры (схема а), или расхода (схема б) сетевой воды, поступающей в теплообменник отопления.

По схеме а подогреватель горячего водоснабжения 5 установлен на сетевой воде до теплообменника отопления 8 и имеет обводной трубопровод 6. Перераспределение сетевой воды между подогревателем и обводным трубопроводом осуществляется трехходовым регулятором температуры 3, получающим импульс от температуры воды, поступающей в местную систему горячего водоснабжения 4. При отсутствии водоразбора регулятор температуры 3 перекрывает поступление сетевой воды к теплообменнику горячего водоснабжения и вся сетевая вода проходит по отводной трубе 6 и с наибольшей температурой, равной температуре воды в сети, поступает в теплообменник ' отопления 8. Отапливаемые помещения получают в эти часы повышенное количестве тепла. Днем же, в часы максимального водоразбора, регулятор температуры перекрывает обводной трубопровод и вся сетевая вода проходит через теплообменник горячего водоснабжения. В эти часы в теплообменник отопления поступает сетевая вода с наиболее низкой температурой и отапливаемые помещения недополучают тепло.

По схеме б подогреватель горячего водоснабжения 5 включен по сетевой воде параллельно с теплообменником отопления. При этой схеме в зависимости от величины водоразбора трехходовой регулятор температуры 3 перераспределяет сетевую воду между теплообменниками горячего водоснабжения и отопления. В ночные часы при отсутствии водоразбора теплообменник отопления получает максимальное количество сетевой воды, а в часы максимального водоразбора—минимальное. Общее количество поступающей на ввод сетевой воды как при схеме а, так и при схеме б лимитируется автоматом 2.

По схеме а поверхность нагрева теплообменника горячего водоснабжения будет всегда меньше, чем по схеме б (за исключением случая, когда в расчетном режиме при максимальном водоразборе Q_от=0). Происходит это потому, что в часы максимального водоразбора через этот теплообменник по схеме а проходит вся сетевая вода, а по схеме б только часть сетевой воды. В результате средняя разность температур и коэффициент теплопередачи в теплообменнике по схеме а всегда больше, чем по схеме б При открытых системах теплоснабжения влияние горячего водоснабжения на подачу тепла в систему отопления осуществляется только путем изменения количества сетевой воды, поступающей в теплообмен­ник отопления (схема в). По этой схеме к смесителю 13 поступает вода из подающего // и обратного 10 трубопроводов тепловой сети. Количество воды, отбираемой из подающей трубы, давление в которой всегда больше давления в обратной трубе, регулируется двухходовым регулятором температуры 12. Чем больше общий отбор воды и чем ниже температура воды в тепловой сети τ_с, тем больше количество воды, отбираемой из подающего трубопровода, и тем меньше сетевой воды поступает к теплообменнику отопления.

Основное преимущество связанной подачи тепла в систему отопления перед нормальной подачей состоит в меньших расчётных расходах сетевой воды, что снижает затраты на сооружение тепловых сетей и перемещение теплоносителя. Сокращение расчетных расходов сетевой воды при связанной подаче тепла происходит:

а) в результате уменьшения расчетных расходов тепла, так как при связанной подаче расчетный часовой расход тепла на ввод складывается из нормального расхода тепла на отопление и среднечасового расхода тепла на горячее водоснабжение, в то время как при нормальной подаче расчетный часовой расход тепла на ввод складывается из нормального расхода тепла на отопление и максимального часового (при отсутствии аккумуляторов) расхода тепла на горячее водоснабжение, который в 2— в раза больше среднечасового расхода тепла;

б) благодаря возможности применения в тепловых сетях так называемых «повышенных» графиков температур воды (см. § 25).

К недостаткам связанной подачи тепла в систему отопления относятся:

а) наличие внутрисуточных колебаний температуры воздуха в отапливаемых помещениях;

б) сложность обеспечения отапливаемых помещений нормальным суточным количеством тепла при неравномерном расходе тепла в системе горячего водоснабжения по дням недели (см. § 2, рис. 1.2 и 1.3) и различных соотношениях расходов тепла на горячее водоснабжение и на отопление у отдельных абонентов в теплоснабжаемом районе.

Величина внутрисуточного отклонения температуры внутреннего воздуха от ее нормального значения при связанной подаче тепла в систему отопления зависит от многих факторов, важнейшими из которых являются:

а) теплоаккумулирующая способность отапливаемых зданий (помещений);

б) соотношение расходов тепла на горячее водоснабжение и на отопление ρ_max

Чем больше теплоаккумулирующая способность здания и чем меньше соотношение расходов тепла на горячее водоснабжение и на отопление, тем меньше амплитуда колебаний температуры внутреннего воздуха. Нормированной величины допустимых отклонений температуры внутреннего воздуха под влиянием горячего водоснабжения пока не существует, но большинство специалистов считают, что такие отклонения не должны превышать ±1 — 1,5°С.

Связанная подача тепла в систему отопления наиболее эффективна в крупных системах теплоснабжения при максимальном часовом расходе тепла на горячее водоснабжение более 10% расчетного расхода

Наименование «смешанная» данная схема получила потому, что в ней подогреватель II ступени соединен по сетевой воде параллельно с теплообменником отопления, а подогреватель I ступени соединен с теплообменником отопления последовательно.

Характерной особенностью любой схемы ввода с нормальной подачей тепла на отопление, в том числе и параллельной, и смешанной схем, является наличие автомата' 4 на трубопроводе, подводящем сетевую воду к теплообменнику отопления. Этот автомат обеспечивает независимость поступления сетевой воды в теплообменник отопления от расхода воды через теплообменник горячего водоснабжения, т. е. независимость поступления тепла в отапливаемые помещения от расхода тепла в системе горячего водоснабжения.

Автомат отопления может обеспечивать постоянный или переменный расход сетевой воды через теплообменник отопления. Если регулирование отпуска тепла на отопление происходит так, что. сам абонент не оказывает влияния на количество получаемого им тепла (пассивное регулирование), то автомат отопления поддерживает постоянный расход сетевой воды. В этом случае регулирование отпуска тепла на отопление осуществляется только центрально изменением температуры сетевой воды у источника тепла, а для поддержания постоянства расхода сетевой воды через теплообменник отопления используется наиболее простой автомат прямого действия, который получил не совсем точное название регулятора расхода (РР) (см. гл. 3). Если же регулирование отпуска тепла на отопление производится так, что абонент тем или иным способом воздействует на количество получаемого им тепла (активное регулирование), то автомат отопления изменяет расход сетевой воды через теплообменник отопления в зависимости от характера получаемого им импульса.

И в параллельной, и в смешанной схеме температура воды, поступающей в систему горячего водоснабжения, поддерживается постоянной регулятором температуры (РТ), установленным перед теплообменником горячего водоснабжения. Автомат РТ изменяет количество сетевой воды, проходящей через теплообменник горячего водоснабжения, в зависимости от водоразбора, т. е. в зависимости от количества нагреваемой водопроводной воды.

Для получения наибольшей разности температур греющей и нагреваемой в теплообменниках горячего водоснабжения воды рециркуляционный трубопровод системы горячего водоснабжения 10 целесообразно присоединять к той точке, где температура нагреваемой водопроводной воды становится равной температуре рециркуляционной воды. Практически рециркуляционную воду соединяют с водопроводной водой при смешанной схеме между подогревателями, при параллельной схеме и сборке подогревателя из стандартных секций между равным числом секций.

.

.

Рис. 2.7 Схемы абонентских вводов с нормальной подачей тепла в систему отопления

а — параллельная; б — смешанная; 1 — тепловая сеть; 2 — местная система горячего водоснабже­ния; 3 — рециркуляционный трубопровод; 4 — регулятор расхода воды на отопление; 5 — теплообменник отопления; 6 — местная система отопления; 7 — перемычка; 8 — циркуляционный насос; 9 — водопровод; 10 — подогреватель горячего водоснабжения; 10. и 10.. — то же, I и II ступени;

11 — датчик внутренней температуры

 

При присоединении систем отопления к сети через элеваторные узлы на индивидуальных абонентских вводах закрытых систем теплоснабжения независимо от конкретной схемы ввода устанавливается еще дополнительно насос (рис. 2.8), предназначаемый для увеличения подмешивания воды из обратного трубопровода

в подающий перед элеваторным узлом и для осуществления автономной циркуляции воды в местной системе отопления при прекращении циркуляции воды в тепловой сети. При групповом абонентском вводе дополнительный насос устанавливается в ЦТП

 

Рис.2.8 Элеваторный узел с дополнительным насосом

1-элеватор; 2- насос; 3- обратный клапан

 

Увеличение подмешивания необходимо в теплый период отопительного сезона во избежание подачи излишнего тепла в систему отопления, когда в целях нагревания воды систем горячего водоснабжения до заданной температуры (60—65°С) температура воды в тепловой сети не опускается ниже определенного предела (70—75°С), а для нормальной подачи тепла в систему отопления требуется более низкая температура воды, поступающей в элеватор...

В летний период система отопления отключается от тепловой сети ициркуляция сетевой воды происходит только через теплообменники горячего водоснабжения.

Сравнение параллельной и смешанной схем показывает, что прю одинаковой поверхности нагрева подогревателей горячего водоснабжения смешанная схема позволяет уменьшить суммарный расчетный расход воды по вводу на 4—6%, а среднюю за отопительный сезон температуру воды, возвращаемой к источнику тепла-, на 2—3°С. Такие сравнительно небольшие преимущества смешанной схемы перед параллельной имеют значение только при теплофикационных системах, где понижение температуры возвращаемой на ТЭЦ воды приводит к экономии топлива. В районных же системах теплоснабжения от водогрейных котельных понижение температуры возвращаемой воды не отражается на расходе топлива, а лишь увеличивает мощность рециркуляционных насосов. В таких системах смешанная схема не имеет особых преимуществ перед параллельной вследствие небольшого сокращения расчетных расходов сетевой воды и более сложного устройства абонентских вводов.

Рис. 2.9. Последовательная схема абонентского ввода 1,1 — подогреватели горячего водоснабжения; 3 — теплообменник отопления; 4 — регулятор рмхода; 5 — датчан расхода; 6 — перемычка; РТ — регулятор температуры

Экономичная связанная подача тепла в систему отопления осуществляется в настоящее время в закрытых системах теплоснабжения по двухступенчатой «последовательной» схеме абонентского ввода, разработанной ВТИ, МЭИ и теплосетью Мосэнерго (рис. 2.9). Наименование «последовательная» схема получила потому, что в данном случае по­догреватели горячего водоснабжения 1 (/) и II (2) ступени соединены по сетевой воде последовательно с теплообменником отопления 3. При последовательной схеме, так же как и при смешанной, происходит утилизация тепла обратной воды теплообменника отопления для подогрева водопроводной воды, и рециркуляционная вода систем

 

горячего водоснабжения соединяется с водопроводной водой между подогревателями.

Применяемая на практике автоматика последовательной схемы (автоматика теплосети Мосэнерго) состоит из двух элементов: регулятора температуры воды, поступающей в систему горячего водоснабжения, РТ и автомата постоянства расхода воды РР]. Последний, хотя и установлен на обводном трубопроводе подогревателя II ступени, однако получает импульс от датчика 5, контролирующего общий расход сетевой воды через ввод. При отсутствии водоразбора в системе горячего водоснабжения автомат РТ закрыт и вся сетевая вода проходит по обводному трубопроводу подогревателя 2. При таком режиме ввода температура сетевой воды, поступающей в теплообменник отопления, имеет наиболее высокое значение и отапливаемые помещения получают избыточное количество тепла. С началом водоразбора автомат РТ приоткрывается и в первый момент времени общий- расход воды через подогреватель и его обводную линию становится больше, чем при закрытом автомате РТ. Но с увеличением общего расхода сетевой воды перепад давления в импульсной шайбе 5 увеличивается и автомат РР1 на обводном трубопроводе прикрывается. При максимальном водоразборе автомат РТ полностью открыт, а автомат РР₁ полностью закрыт. Теоретически совместная работа автоматов РТ и РР₁ должна обеспечивать постоянство расхода сетевой воды через ввод. Практически данная автоматика не обеспечивает строгого лимитирования расхода сетевой воды через ввод. Превышение заданного.лимита расхода сетевой воды через ввод может происходить в часы максимального водоразбора, если из-за эксплуатационного загрязнения или отложения накипи в подогревателях горячего водоснабжения уменьшились их ко­эффициенты теплопередачи, а также если по тем или иным причинам

(например, в отдельные предпраздничные дни) водоразбор превысит расчетное максимальное значение. В указанных случаях автомат РР₁ будет полностью закрыт, а автомат.РТ будет пропускать расход сетевой воды больше предусмотренного.

- Последовательная схема ввода в общеизвестном виде (см. рис. 2.9) пригодна только при значениях ρ_max< 0,6; при р_max>0,6 применяют обычно схемы с нормальной подачей тепла в систему отопления с увеличенным расчетным расходом сетевой воды. Для реализации же более экономичной по расходу воды связанной подачи тепла в систему отопления при ρ_max>0,6 на вводах, очевидно, должны применяться какие-то другие схемы. Такими схемами, пока еще не получившими широкого распространения, являются смешанная схема «с ограничением», т. е. с лимитированием общего расхода сетевой воды через ввод, и последовательная схема с регулируемой перемычкой, предло­женная кафедрой теплофикации и газоснабжения МИСИ им. В. В. Куйбышева (рис. 2.10). По сравнению со смешанной схемой «с ограничением» последовательная схема с перемычкой имеет меньшую поверхность нагрева подогревателей горячего водоснабжения и является более гибкой, позволяющей изменять общий расход сетевой воды через •ввод при сохранении нормального отопительного расхода сетевой воды через теплообменник отопления. При применении схемы с перемычкой температурный график воды в сети рассчитывается по объекту с максимально допустимым значением . Регулятор расхода воды РР₁ на перемычке теплообменника II ступени настраивается на отопительный расход сетевой воды. При отсутствии водоразбора регулятор температуры РТ закрыт, и через ввод проходит только отопительный расход воды, который полностью поступает в теплообменник отопления — регулятор на перемычке РР₂ закрыт. При малом водоразборе, пока текущее значение не превышает , суммарный расход

Рис. 2.10. Последовательная схема ввода с регулируемой перемычкой

1, 2 — подогреватели горячего водоснабжения; 3 — теплообменник отопления; 4 — регулятор общего расхода сетевой воды; 5 — датчик регулятора общего расхода сетевой воды; 6 — регулятор расхода сетевой воды через теплообменник отопления; 7 — датчик регулятора расхода сетевой воды через теплообменник отопления; 8 — перемычка

 

сетевой воды через подогреватель II ступени и его обводной трубопровод остается равным отопительному расходу, и регулятор РР₂ остается в закрытом положении. Когда же водоразбор увеличится настолько, что отопительного расхода сетевой воды окажется недостаточно для подогрева водопроводной воды до нужной температуры в подогревателе II ступени (регулятор РР] при этом будет закрыт полностью), регулятор температуры РТ будет пропускать через ввод расход сетевой воды, превышающий отопительный расход. В этом режиме ввода регулятор РР₂ открыт и пропускает часть сетевой воды в обратный трубопровод, сохраняя через теплообменник отопления нормальный отопительный расход сетевой воды.

Центральные тепловые пункты (ЦТП). Групповые подогревательные установки горячего водоснабжения, размещаемые обычно в отдельных, строениях, получили название центральных тепловых пунктов (ЦТП), хотя центральным в указанном случае является только приготовление горячей воды, так как приготовление теплоносителей для местных систем отопления происходит при этом у каждого абонента отдельно. Более точно название ЦТП соответствует лишь такому их варианту, когда центрально (групповым методом) приготовляется для нескольких зданий не только вода для местных систем горячего водоснабжения, но и теплоноситель для систем отопления. Такие варианты ЦТП применяются при абонентах с небольшими расходами тепла и не­значительном удалении их от ЦТП.

С появлением ЦТП (рис. 2.11) двухтрубные системы превратились в системы комбинированные с двухтрубной тепловой сетью от источника до ЦТП и четырехтрубной (как минимум, см. далее) квартальной тепловой сетью от ЦТП до отдельных зданий (две трубы на горячее-водоснабжение и две трубы для отопления и вентиляции). Четырех-трубность квартальных тепловых сетей не только увеличила их.стоимость, но и значительно усложнила их эксплуатацию. При распространенных на практике подземных прокладках тепловых сетей оказались невозможными контроль и своевременная ликвидация коррозионных повреждений труб горячего водоснабжения, которые часто в нарушение существующих норм прокладываются неоцинкованными. Усиленной коррозии труб горячего водоснабжения в закрытых системах, теплоснабжения способствует также отсутствие на ЦТП какой-либо обработки водопроводной воды, поступающей в системы горячего водоснабжения. В результате коррозии труб горячего водоснабжения подземные каналы заливаются водой, и от коррозии страдают и трубы системы отопления, которые, как правило, прокладываются совместно с трубами горячего водоснабжения.

Рис. 2.11. Схема центрального теплового пункта (ЦТП) с последовательным включением подогревателей горячего во­доснабжения ' .1, 2 — подогреватели горячего водоснаб­жения; 3 — регулятор расхода сетевой во­ды; 4 — датчик регу­лятора расхода; 5 — трубопроводы систе-иы горячего водо­снабжения; 6 — тру­бопроводы системы отопления; 7 — под­мешивающей насос; 8 — перемычка; 9 — циркуляционный на­сос; 10 — тепловая сеть

 

Положительные стороны ЦТП:

а) уменьшение суммарной поверхности подогревателей горячего водоснабжения вследствие уменьшения коэффициента максимальной часовой неравномерности потребления тепла в системе горячего водоснабжения и сокращения излишков в поверхностях нагрева, получающихся в индивидуальных установках при компоновке подогревателей из стандартных секций;

б) уменьшение количества автоматических приборов и насосных установок для создания циркуляции в системах горячего водоснабжения;

в) меньшее количество обслуживающего персонала и лучшие условия для создания дистанционного управления отпуском тепла.

На ЦТП могут применяться те же схемы, что и на индивидуальных вводах, т. е. схемы как со связанной, так и с нормальной подачей тепла в системы отопления. При применении на ЦТП связанной подачи возникают осложнения с подачей тепла к калориферам приточной вентиляции, так как в подающем трубопроводе (отопительном) температура воды колеблется в течение суток в зависимости от величины водо-разбора.

В конкретных местных условиях для нормального обеспечения систем вентиляции теплом может оказаться целесообразным одно из следующих мероприятий:

а) расчет в процессе проектирования калориферов вентиляции и трубопроводов к ним на самую низшую температуру воды в подающем трубопроводе, соответствующую максимальному водоразбору; б) прокладка к зданию дополнительной подающей линии помимо ЦТП; в этом случае по отдельным направлениям квартальной тепловой сети будут пятитрубные прокладки: две подающие трубы на отопление и вентиляцию, одна общая обратная от этих местных систем и две трубы горячего водоснабжения;

в) устройство самостоятельного ввода с подачей тепла от магистральных тепловых сетей, что целесообразно при абонентах с большими расходами тепла на вентиляцию или кондиционирование.

Схемы абонентских вводов открытых систем теплоснабжения. Схемы абонентских вводов. открытых систем теплоснабжения приведены на рис. 2.12. По схеме рис. 2.12,а происходит нормальная, независимая от горячего водоснабжения подача тепла из тепловой сети в систему отопления. Это обеспечивается установкой на трубопроводе, подводящем сетевую воду к теплообменнику отопления, автомата постоянства расхода воды РР или автомата, изменяющего расход сетевой воды через теплообменник отопления в зависимости от потребности абонента в тепле.

 

 

Рис. 2.12. Схемы вводов открытых систем теплоснабжения

 

а — с нормальной подачей тепла в систему отопления; б — со связанной подачей тепла в систему отопления и местным лимитировани­ем расхода сетевой воды; в — со связанной подачей тепла в систему отопления и цент» ральным лимитированием расхода сетевой воды; / — тепловая сеть; 2 — циркуляционный трубопровод; 3 — подающий трубопровод мест­ной системы горячего водоснабжения; 4 — автомат постоянства расхода; 5 — теплообменник отоп­ления; 6 — местная система отопления; 7 — обратный клапан; 8 — смеситель; 9 — регулятор темпе­ратуры; 10 — циркуляционный насос

Контрольные вопросы для письменного экзамена

 

1.

2.

3.