Водяные системы теплоснабжения

Водяные системы различают по числу теплопроводов, передающих воду в одном направлении:

· однотрубные;

· двухтрубные;

· трехтрубные;

· многотрубные.

В однотрубной системе теплоснабжения теплоноситель полностью используется у потребителей и не должен возвращаться в районную котельную или на ТЭЦ (пример - централизованное снабжение горячей водой на бытовые цели).

Двухтрубные системы теплоснабжения - системы, состоящие из двух тепло­про­водов (подающего и обратного), являются самыми распространенными. Пригодны для снабжения теплотой однородных потребителей, то есть потребителей с отоплением и вентиляцией, работающих по одинаковым режимам.

Трехтрубная система теплоснабжения - соединение двухтрубной системы теплоснабжения на нужды отопления и вентиляции с однотрубной системой горячего водоснабжения либо две подающие трубы на отопление и горячее водоснабжение и общая обратная.

Четырехтрубная система теплоснабжения - система горячего водоснабжения, которая имеет два теплопровода (второй применяется как вспомогательный для создания циркуляции с целью устранения остывания воды при малом водозаборе), плюс два теплопровода на отопление и вентиляцию.

Водяные системы теплоснабжения по способу присоединения с горячим водоснабжением разделяются на две группы:

· открытые системы;

· закрытые системы.

В закрытых системах вода, циркулирующая в тепловой сети, используется только в качестве греющей среды, то есть как теплоноси­тель, но из сетей потребителем не разбирается.

В открытых системах вода может частично или полностью разбираться у потребителей горячего водоснабжения.

В закрытых системах теплоснабжения установки горячего водоснабже­ния присоединяются к тепловым сетям при помощи водо-водяных подогревате­лей. В открытых системах осуществляется непосредственное присоединение.

Схемы присоединения систем отопления и вентиляции к тепловым сетям могут быть:

· зависимые;

· независимые.

При зависимой схеме вода из тепло­вых сетей непосредственно поступает в нагревательные приборы систем ото­пления и вентиляции.

При независимой схеме вода из тепловых сетей доходит только до тепловых пунктов местных систем и не попадает в нагревательные приборы, а в специально предусмотренных подогревателях нагревает воду, цр­кулирующую в системах отопления и вентиляции, и возвращается по обрат­ному теплопроводу к источнику теплоснабжения.

Оборудование теплового пункта при зависимой схеме значительно проще и дешевле, чем при независимой. Однако существенный недостаток зависимых схем, состоящий в передаче давления из тепловой сети в местные системы и нагрева­тельные приборы, в ряде случаев заставляет применять независимые схемы при­соединения. Они применяются в тех случаях, когда уровень давления в обратном теплопроводе тепловой сети превосходит допускае­мый для нагревательных приборов местных систем (чугунные радиаторы вы­держи­вают максимальное избыточное давление 0, 6 МПа), и в некоторых других.

В зависимости от характера тепловых нагрузок абонента и режима работы тепловой сети выбираются схемы присоединения абонентских установок к тепловой сети.

Закрытые системы. На рис. 3 показаны различные схемы присоединения систем отопления и горячего водоснабжения в закрытой двухтрубной водяной сис­теме.

По подающему теплопроводу I вода подается к потребителям теплоты, а по обратному теплопроводу II охлажденная вода поступает к источнику.

Узлы А, Б, В представляют собой зависимые схемы присоединения сис­тем отопления к тепловым сетям.

Узел А - схема, которая применяется в основном для систем отопления промыш­ленных зданий. При такой схеме температура в подающем теплопроводе тепло­вой сети не пре­восходит предела, установленного санитарными нормами для нагревательных приборов.

По санитарным нормам вода, поступающая в нагревательные приборы отопительных систем жилых зданий и бытовых помещений промышленных зданий, не может превышать 95-105 °C, в то время как температура воды в по­дающем теплопроводе тепловой сети доходит до 150 °C.

Смесительное устройство, установленное на тепловом пункте, подмеши­вает к горячей воде из тепловой сети обратную воду, прошедшую нагреватель­ные приборы. В качестве смесительных устройств на абонентских вводах применяются струйные и центробежные насосы.

Узел Б - схема с применением водоструйного элеватора. Схема получила широкое распространение, большинство пунктов жилых зданий в городах оборудовано элеваторами. Вода из подающего теплопровода через подводящий трубопровод 1 по­ступает в элеватор 2. Через патрубок 3 к элеватору подсасывается охлаж­денная вода после нагревательных приборов отопительной системы. Смешанная вода температурой ниже, чем температура воды в тепловой сети, по трубопро­воду 4 подается к потребителю.

Узел В - схема с применением центробежного насоса. Для работы элеватора требуется напор на вводе не менее 10-15 м. В случае недостаточного напора вместо элеватора ста­вится на вводе центробежный насос 1. Он устанавливается на перемычке между подающим и обратным теплопроводами. Применение элеватора выгоднее на­соса, так как для работы насоса требуются затраты электроэнергии (установка электродвигателя).

Узел Г - схема независимого присоединения отопительной системы с водоподогревателем 2. Охлажденная, отдавшая теплоту вода по трубе 3 посту­пает в обратный теплопровод тепловой сети. Циркуляция воды в отопительной системе создается насосом 4.

Узел Д - схема присоединения системы горячего водоснаб­жения к тепловой сети с применением водоподогревателя. Для горячего водо­снабжения подогреватели выпускаются с диаметрами корпусов от 50 до 500 мм. Вода из тепловой сети проходит между латунными трубками подогревателя и нагревает водопроводную воду, проходящую внутри этих трубок. Подогретая водопроводная вода поступает к водозаборным кранам системы горячего водо­снабжения. На схеме Д показан аккумулятор горячей воды 2, который применя­ется для сглаживания колебаний расхода воды в течение суток.

Узлы В, Г, Д могут быть выполнены для каждого отдельного здания. В этом случае они называются индивидуальными тепловыми пунк­тами (ИТП). В ряде случаев эти же узлы могут быть общими для группы жилых и общественных зданий и оборудовать центральный тепловой пункт (ЦТП).

Как было показано, при закрытой системе количество воды, циркулирующей в тепловой сети, остается неизменным, так как во всех абонентских установках вода выполняет только функции греющего теплоносителя и не отбирается из трубопроводов. Гидравлическая изолированность водопроводной воды, поступающей в установки горячего водоснабжения, от воды, циркулирующей в тепловой сети, - преимущество закрытой системы.

Основными недостатками закрытых систем теплоснабжения являются:

а) усложнение оборудования абонентских вводов из-за установки водо-водяных подогревателей;

б) коррозия в системах горячего водоснабжения зданий, так как в них поступает водопроводная подогретая вода, содержащая кислород (отсутствие деаэрации);

в) выпадение накипи в подогревателях горячего водоснабжения на тепловых пунктах при повышенной жесткости водопроводной воды.

Открытые системы. Открытая двухтрубная водяная система теплоснабжения представ­лена на рис. 4.

Рис. 4. Открытая двухтрубная водяная система:

А - система отопления с непосредственным присоединением; Б - система отопления с элеваторным

присоединением; В - система отопления с насосным подмешиванием; Г - система горячего водоснабжения

без циркуляционной ли­нии; Д - система горячего водоснабжения с циркуляционной линией; Е - уста­новка

для использования отработавшего пара промышленного предприятия; К - установка для использования горячей воды от технологического оборудования; С - сульфитная установка; I - подающий теплопровод;

II - обратный теплопровод; III - отработавший пар; IV - деаэрированная умягченная вода;

V - горячая вода из промышленной установки

Вода от ТЭЦ (или районной котельной) поступает к потребителям по те­плопроводу I. Обратная вода подается по теплопроводу II. Системы отопления (узлы А, Б, В) присоединяются к тепловым сетям по тем же схемам, что и при закрытой системе.

Принципиально иные схемы присоединения систем горячего водоснаб­жения представлены на узлах Г и Д.

По трубам 1 и 2 вода из тепловой сети может поступить к смесителю 3, а от него по трубе 4 к кранам системы горячего водоснабжения. Для предотвращения возможности перетекания воды из подающего теплопровода в обратный устанавливается обратный клапан 5. При помощи смесителя возможно регулирование температуры воды, поступающей в систему горячего водоснабжения (t = 60 °С). Следовательно, основной особенностью открытых систем теплоснабжения является отсутствие на тепловых пунктах подогревателей горячего водоснабжения и непосредственный разбор воды из тепловой сети для горячего водоснабжения. В этом случае вода полностью подготовляется на ТЭЦ (деаэрирование и умягче­ние), что не вызывает коррозию трубопроводов.

Для горячего водоснабжения удобно использовать отходящие (сбросные) тепловые воды температурой 15-30 °С, которых много на промышленных предприятиях (должны отвечать ГОСТу воды питьевой). Они используются на ТЭЦ для подпитки тепловых сетей после очистки в водоочистительной уста­новке. Производительность подпиточных устройств доходит до 30-40 % расхода циркулирующей воды в закрытых системах подпитки и не превышает 1-2 %.

При использовании отходящих вод и отработавшего пара промышленных предприятий сбросные воды прямо на местах их возникновения после очистки в водоочистительных установках подаются в обратный теплопровод (узлы Е и К).

Основные преимущества открытых систем по сравнению с закрытыми:

1) возможность использования для горячего водоснабжения низкопотенциальной отработавшей теплоты промышленных предприятий;

2) упрощение и удешевление абонентских вводов и повышение долговечности местных установок горячего водоснабжения;

3) возможность использования для транзитного транспорта теплоты однотрубной системы.

К недостаткам открытых систем теплоснабжения можно отнести:

1) усложнение и увеличение объема водоподготовительных установок на ТЭЦ и в районных котельных;

2) усложнение контроля герметичности системы теплоснабжения в связи с тем, что в данных системах расход подпитки не характеризует плотность системы;

3) усложнение и увеличение санитарного контроля системы теплоснабжения.

Рассмотрим последовательную двухступенчатую схему присоединения потребителей с разнородной нагруз­кой, использование которой приводит к уменьшению количества сетевой воды на нагрев водопроводной воды (при этом уменьшены диаметры труб тепловых сетей, мощность насосов и др.).

Последовательная двухступенчатая схема была предложена Е.Я. Соколовым (рис. 5) [1].

По этой схеме водопроводная вода нагревается в двух подогревателях, сначала в первом 5 - обратной водой после отопительной системы, а потом во втором 6 - сетевой водой, которая затем поступает в отопительную систему здания 3, в котором оборудуется система горячего водоснабжения. Температура обратной сетевой воды в этом случае уменьшается, и на ТЭЦ можно для ее нагрева использовать пар более низкого давления (из вакуумных паровых турбин), что улучшает экономику выработки электроэнергии на тепловом потреблении.

Рис. 5. Принципиальная схема закрытой двухступенчатой

схемы присоеди­нения разнородных потребителей:

1 - элеватор; 2 - калорифер; 3 - система отопления; 4 - система

горячего водоснабжения; 5 - водоподогреватель первой ступени; 6 - водоподогреватель

второй ступени; 7 - бак-аккумулятор горячей воды; 8 - источник теплоснабжения