Ляликов Б.А. Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

щих трубопроводах предупреждается непрерывной или кратковремен-

ной естественной циркуляцией или принудительной циркуляцией теп-

лоносителя в местной системе.

Естественная циркуляция наиболее эффективна в системах с верх-

ней разводкой, т. к. с устройством замкнутого контура (рис. 3.2) непре-

рывно действующая циркуляция возникает естественным путем. Есте-

ственное движение воды происходит за счет разной плотности горячей

и остывшей воды, что обеспечивает

ся тщательной тепловой изоляцией

стояка 1 и прокладкой разводящих трубопроводов 3, 4, 5 без тепловой

изоляции.

Рис. 3.2. Схема горячего водоснабжения с верхней разводкой и естественной

циркуляцией:

1 – подающий стояк; 2 – воздухосборник; 3 – верхний разлив;

4 – разборный стояк; 5 – циркуляционная линия; В – водомер на линии водопровод-

ной воды

В зданиях с большими чердачными помещениями вместо возду-

хосборников предпочтительнее устанавливать баки-аккумуляторы, со-

общающиеся с атмосферой, в которых имеет место частичная деаэрация

воды, в результате которой ослабляется внутренняя коррозия трубопро-

водов. Поэтому системы с верхним баком долговечнее систем с нижним

расположением аккумуляторов.

Ввиду сравнительно малой величины естественного циркуляцион-

ного давления пред

елы применения естественной циркуляции ограни-

чены. В зданиях с длиной разводящих трубопроводов, превышающей

допустимые пределы, применяется принудительная циркуляция с по-

мощью насосов. Она допускается в системах с нижней разводкой тру-

бопроводов (см. рис. 3.3). Такие схемы удобны для жилых домов новых

серий, в которых чердачные помещения отсутствуют или малы для раз-

мещения трубоп

роводов и арматуры.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

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

ной циркуляцией:

1 – полотенцесушитель; 2, 3 – подающая и циркуляционная ли-

нии; 4 – секционный водонагреватель; 5 – водопровод; 6 – циркуляционный насос;

В – водомер

Системы горячего водоснабжения с непрерывной циркуляцией ра-

ботают с постоянным подогревом воды, что является необходимым ус-

ловием применения полотенцесушителей. Полотенцесушители разме-

щаются в ванных комнатах и душевых помещениях на трубопроводах,

в которых обеспечивается протекание горячей воды. Часто полотенце-

сушители присоединяются к циркуляционным стоякам.

Системы горячего водоснабжения с нижней разводкой (рис. 3.3)

и акку

мулированием (рис. 3.4) могут иметь только нижнее расположе-

ние баков-аккумуляторов. Нижние баки находятся под статическим

давлением воды самой высокой точки водоразбора, поэтому в них де-

аэрации воды не происходит. Запас тепла в баках создается при умень-

шении или прекращении водоразбора, когда производительность насоса

и подогревателя превышает нагрузку горячего водоснабжения. В такие

периоды поступление холодной воды из водопровода в замкнутую сис-

тему уменьш

ается или полностью прекращается, а непрерывная работа

подогревателя используется на повышение тепловой энергии в системе.

При отсутствии водоразбора вся горячая вода из подогревателя по-

ступает в систему (на циркуляцию) и в бак, вытесняя из него холодную

воду сверху вниз. Вытесняемая из бака вода смешивается с остывшей

циркуляционной во

дой и вновь через подогреватель нагнетается в бак

и систему.

При частичном водоразборе убыль воды в системе пополняется из

водопровода, а поступление горячей воды в бак уменьшается на вели-

чину установившегося водоразбора. Процесс постепенного заполнения

РТ

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

аккумулятора горячей водой называется зарядкой. Когда разбор горячей

воды становится равным производительности зарядочного насоса и по-

догревателя, зарядка аккумулятора прекращается и ввиду, падения дав-

ления в циркуляционном трубопроводе, обратный клапан закрывается,

прекращая циркуляцию воды.

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

1 – аккумулятор; 2 – воздухоотводчик; 3 – полотенцесушитель;

4 – зарядочный насос;

а–е – участки

При максимальном водоразборе, превышающем производительность

установки, давление в разводящих трубопроводах становится меньше дав-

ления в водопроводе. Тогда под давлением холодной водопроводной воды

недостающее количество горячей воды будет вытесняться в систему из

бака снизу вверх, аккумулятор при этом разряжается.

Резкие колебания нагрузки горячего водоснабжения вызывают не-

прерывные смены процессов зарядки и разрядки, поэтому схемы с ниж-

ним расположением аккумуляторов должны быть полностью авт

омати-

зированы.

Отличие схем с непосредственным водоразбором (открытых) по

сравнению с закрытыми системами состоит в том, что в тепловых пунк-

тах вместо подогревателей устанавливаются групповые смесители

(см. рис. 3.5, 3.6). Необходимая температура горячего водоразбора регу-

лируется изменением подачи воды из подающего трубопровода с по-

РТ

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

мощью регулятора температуры. Для устранения перетоков воды из по-

дающего трубопровода в обратный на обратном трубопроводе устанав-

ливается обратный клапан.

Рис. 3.5. Схема горячего водоснабжения с непосредственным водоразбором

из тепловых сетей и верхним баком аккумулятором:

1 – смеситель; 2 – бак-

аккумулятор с поплавковым краном; 3 – циркуляционный насос; 4 – в систему ото-

пления; 5 – вентиль на перемычке

Для нормальной работы систем горячего водоснабжения необхо-

димо, чтобы давление после смесителей было достаточным для поступ-

ления воды к самым высоким и удаленным точкам водоразбора. В теп-

лое время года при водоразборе из подающей линии это давление

должно быть обеспечено в точках

а при открытом вентиле 5, при водо-

разборе из обратной линии – в точках

б при закрытом вентиле 5. В схе-

ме на рис. 3.5 необходимое давление в точках

а и б подбирается из ус-

ловия свободного заполнения водой бака-аккумулятора.

Горячее водоснабжение по схеме на рис. 3.5 применяется в домах

с большим и периодическим водоразбором, а без циркуляции исполь-

зуют в небольших жилых малоэтажных домах с периодическим водо-

разбором.

В схеме на рис. 3.6 циркуляция в летний и зимний периоды созда-

ется различным образом. Ко

гда водоразбор ведется из подающей линии,

РТ

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

вентиль

а закрывается. Так как большая разность давлений между по-

дающей и обратной линиями вызывает излишнюю циркуляцию воды, то

для поглощения избыточного циркуляционного давления поток воды

направляется через шайбу Ш

путем закрытия вентиля б. В зимний пе-

риод водоразбор производится одновременно из обоих трубопроводов

или только из обратного, для этого вентиль

а должен быть открытым.

Для циркуляции воды в системе ГВС необходимо, чтобы давление

в точке

в было меньше давления в точке г. Это достигается установкой

шайбы Ш

. Для уменьшения гидравлического сопротивления циркуля-

ционного трубопровода шайба Ш

отключается и вся циркуляционная

вода протекает по линии с открытым вентилем

б.

Рис. 3.6. Схема горячего водоснабжения с непосредственным водоразбором

из тепловых сетей и нижней разводкой:

– летняя шайба; Ш

– зимняя шайба

Область применения схемы на рис. 3.6 – жилые дома новых серий,

в которых чердачные помещения отсутствуют или малы для размеще-

ния трубопроводов и арматуры.

На рис. 3.7 показаны схемы присоединения стояков горячего водо-

снабжения. «Классическая» схема с циркуляционным стояком на каждый

подающий стояк отличается наибольшей металлоемкостью; с 1963 г. ука-

занная схема заменена схемой с парнозакольцованными стояками, в ко-

торой водоразборные приборы и полотенцесу

шители присоединяются

к подающим и циркуляционным стоякам. По такой схеме в часы макси-

> <

РТ

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

мального водоразбора оба стояка являются подающими, в остальное

время один из стояков выполняет функции циркуляционного. Переклю-

чение стояка с режима подачи на режим циркуляции осуществляется

автоматическим устройством в тепловом пункте. Схема не получила

распространения из-за плохого прогрева полотенцесушителей и пони-

женной температуры водоразбора из циркуляционного стояка при цир-

куляционном режиме ра

боты. Общим недостатком схем а и б является

небольшая скорость циркуляции воды, способствующая ускоренной

коррозии полотенцесушителей.

Рис. 3.7. Схема стояков горячего водоснабжения:

а – «классическая»; б – парнозакольцованные стояки; в – закольцованные подающие

стояки с разгруженным циркуляционным стояком;

г – подающие стояки с секцион-

ными узлами и разгруженным циркуляционным стояком

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

к циркуляционному стояку системы ГВС присоединяют несколько по-

дающих стояков (рис. 3.7,

в, г), пропорционально их числу увеличивает-

ся скорость воды в циркуляционном стояке. Преимущества этих схем –

снижение металлозатрат и снижение коррозии в полотенцесушителях.

В зданиях повышенной этажности при эксплуатации данных схем

горячего водоснабжения возникают трудности при регулировании оди-

накового давления в водоразборных приборах различных этажей. В зда-

ниях высотой более 50 м системы горячего водоснабжения должны

быть разделены на зоны. Высота зон определяется по нормам проекти-

рования внутреннего водоп

ровода. В схеме на рис. 3.8,

а каждая зона

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

обеспечивается горячей водой от своего комплекта оборудования

в МТП или ЦТП. Такие схемы надежны, но имеют высокую начальную

стоимость и большие эксплуатационные затраты.

При подаче горячей воды по общему подающему трубопроводу

давление в верхней зоне регулируется регулятором давления на цирку-

ляционном стояке или подкачивающим насосом на подающем стояке

(рис. 3.8,

б). В нижней зоне необходимое давление контролируется ус-

тановкой регулятора давления на подающем стояке. Недостатком такой

схемы является сложность наладки режимов циркуляции при большой

разнице давлений воды в зонах.

Рис. 3.8. Схема горячего водоснабжения зданий повышенной этажности:

а – раздельная; б – совместная

3.3. Определение потребного количества тепла

на горячее водоснабжение

Средний тепловой поток на горячее водоснабжение жилых и обще-

ственных зданий в зимний период определяется по формулам (1.20),

(1.21). Максимальный тепловой поток на ГВС жилых и общественных

зданий находится по формуле (1.22), а средний поток за летний период

– по (1.23).

Годовое потребное количество тепла непосредственно на нужды

горячего водоснабжения при работе системы горячего водоснабжения

неполные сутки [30]

РД

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

ср

гвл

ср

гвз

гв

)(

−

, ГДж (Гкал),

(3.1)

где

ср

гвл

ср

гвз

, – средний тепловой поток в зимний и летний периоды

Гдж/ч (Гкал/ч);

, n

– количество часов работы системы ГВС в сутки соответст-

венно в зимний и летний периоды, ч/сут;

, Z

– продолжительность работы системы ГВС соответственно

в зимний и летний периоды, сут.

Годовое потребное количество тепла на нужды горячего водоснаб-

жения при круглосуточной работе системы горячего водоснабжения

хл

хз

гв

])55(

β)55[(

−

+−⋅⋅⋅α=

, ГДж (Гкал).

(3.2)

Годовые потери тепла через трубопроводы системы горячего водо-

снабжения здания

()

η−

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

π= 1

кн

гв

, ГДж (Гкал),

(3.3)

где

– коэффициент теплопередачи i-й неизолированной трубы, при-

нимается равным 11,6 Вт/(м

· °С) или 9,98 ккал/(м

· ч· °С);

, – соответственно наружный диаметр и длина i-го участка

трубопровода, м;

кн

,tt – температура горячей воды соответственно в конце и начале

расчетного участка, °С;

– температура окружающей среды, принимается прокладке тру-

бопроводов: в вертикальных каналах, коммуникационных шахтах –

23 °С, в ванных комнатах – 25 °С; в кухнях и туалетных комнатах жи-

лых домов, общежитий и гостиниц – 21 °С, на лестничных площадках –

16 °С, в каналах подземной прокладки – в соответствии со средней тем-

пературой грунта, в тоннелях – 40 °С, в неотапливаемых подвалах при

среднемесячной температур

е самого холодного месяца в году от – 11 до

20 °С, на чердаках – 9 °С);

η – КПД изоляции, принимается равным для трубопроводов диа-

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

Расход тепла на нужды горячего водоснабжения, с учетом тепло-

вых потерь в трубопроводах системы ГВС,

)1(

тп

ср

гвстп

ср

гвс

полн

гвс

QQQQ

+=+=

, МВт,

(3.4)

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

где

тп

– тепловые потери системой ГВС (стояками, подающими

и циркуляционными трубопроводами, полотенцесушителями и т. д.);

тп

– коэффициент, учитывающий потери трубопроводами горя-

чего водоснабжения [30].

3.4. Расчет и подбор баков-аккумуляторов

и емких водонагревателей

Тепловая мощность водонагревателей и объем баков-

аккумуляторов определяются в соответствии с графиком потребления

горячей воды (по часам суток).

На основании почасового графика (рис. 3.9, а) строятся интеграль-

ные графики расходуемого и сообщенного тепла в системе горячего во-

доснабжения для определения расчетной емкости аккумулятора тепла

(рис. 3.9, б).

0 6 12 18 24 ,чn

Qгвс,

кВт

Qср.г

гвс,

кВт ч

+ Q

Max

а б

Рис. 3.9. Графики расхода тепла на горячее водоснабжение:

а – суточный; б – интегральный; 1 – изменение расхода тепла по часам суток; 2 – сред-

нечасовой расход тепла за сутки; 3 – фактическое потребление тепла; 4 – сообщенное тепло

Установка аккумуляторов горячей воды дает возможность выров-

нять нагрузку станционных водонагревателей и тем самым уменьшить

запас пиковой мощности на тепловой станции, вследствие чего обеспе-

чивается меньшая разрегулировка расхода тепла на отопление и венти-

ляцию. Аккумуляторы на абонентских вводах позволяют устранить ко-

лебания температуры горячей воды при минимальных и максимальных

водоразборах и ум

еньшить расчетную теплопроизводительность мест-

ных подогревателей.

Источники и системы теплоснабжения промышленных

предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –

2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

Емкость аккумулятора определяется с помощью интегрального

графика, который строится на основе суточного расхода тепла (см.

рис. 3.9, а). Для построения интегрального графика необходимо опреде-

лить по суточному графику произведение часового расхода тепла

на

соответствующую продолжительность

использования тепла. Полу-

ченное произведение, представляющее расход тепла за время

, на ин-

тегральном графике откладывается на ординате в конце того же отрезка

времени. Последующие значения расхода тепла

за последующие

промежутки времени

на интегральном графике суммируются с пре-

дыдущими. В итоге получается ломаная линия 3 фактического потреб-

ления тепла, каждая ордината этого графика выражает общий расход

тепла от начала потребления до рассматриваемого момента. Ордината

графика фактического потребления тепла в конце суток показывает рас-

ход тепла за сутки.

Так как тепло из тепловых сетей поступает равномерно и непре-

рывно, то график сообщенного потребителю тепл

а выражается прямой

линией 4. Тангенс угла наклона графика сообщенного тепла численно

равен среднечасовому расходу тепла за сутки

ср.г

tgα

∑

, Гкал/ч. (3.5)

Меньший наклон линий графика 3 по сравнению с графиком 4 оз-

начает, что поступление тепла из сетей превосходит фактическое по-

требление и, наоборот, при большем наклоне линий графика 3 фактиче-

ское потребление тепла превосходит его поступление из тепловых се-

тей, что при отсутствии аккумуляторов тепла недопустимо. Разность

ординат графиков 3 и 4 показывает количество неиспользованного теп-

ла из тепловых сет

ей, которое могло быть накоплено в аккумуляторе.

Если неиспользуемое тепло аккумулируется, то разность ординат гра-

фиков поступления и потребления тепла в каждый момент времени ука-

зывает на наличие запаса тепла в аккумуляторе. Ордината

max

количе-

ственно выражает наибольший запас тепла.

При определении необходимого запаса тепла в аккумуляторе сред-

нечасовой расход тепла, найденный по формуле (3.5), должен быть не

менее значения

тп

хср.ги

ср.г

3600

)(ρ

⋅

−

⋅⋅⋅

, МВт (Гкал/ч),

(3.6)