Лекция №4

Лекция №4

4. ВОДЯНЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Различают следующие типы водяных систем в зависимости от числа теплопроводов: одно-, двух-, трех - и многотрубные.

4.1. Однотрубная система

Минимальное число линий для открытой системы равно одной, двум, а для закрытой – двум.

Однотрубная система наиболее простой и перспективной для транспортировки тепловой энергии на большие расстояния является однотрубная бессливная система теплоснабжения (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Однотрубная сеть от ТЭЦ до городских распределительных сетей

1- транзитная магистраль; 2 – распределительные сети; ПКТ, ПРК – пиковые котельные ТЭЦ и района; ТП – теплофикационный подогреватель; ЦН – циркуляционный насос; ПН1, ПН2 –подпиточные насосы; РП, РР, РС – регуляторы подпитки, расхода и слива; А – аккумулятор

В однотрубной системе необходимо, чтобы вся сетевая вода разбиралась в точках водопотребления. Имеются варианты схем однотрубных систем дальнего теплоснабжения.

Однотрубная система распространяется от удаленной от города ТЭЦ до пикового источника (ПРК), расположенного вблизи города, с прокладкой в районе теплопотребления обычных двухтрубных распределительных сетей.

Однотрубная сеть от ТЭЦ до городских распределительных сетей предназначена для транзитной передачи тепла и подпитки городских тепловых сетей. Подпитка распределительных сетей идет непрерывно и регулируется регулятором расхода РР, установленным в ПРК. Неравномерное потребление горячей воды из распределительных сетей регулируется установкой аккумуляторов (А) для слива в них избытков воды и регуляторов подпитки (РП) и слива (РС).

4.2. Двухтрубные системы

Двухтрубные водяные системы (рис. 4.2.) получили широкое распространение.

Рис. 4.2. Двухтрубная водяная система теплоснабжения:

ПЛ – подающая линия тепловой сети; ОЛ – обратная линия;

О, В, ГВС – тепловые нагрузки на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение

Двухтрубные водяные системы требуют меньших начальных вложений и дешевле в эксплуатации. Они применимы в тех случаях, когда всем потребителям района требуется тепло примерно одного потенциала. Такие условия имеются в городах, где вся тепловая нагрузка (отопление, вентиляция, ГВС) может быть удовлетворена в основном теплом низкого потенциала. Они являются наиболее простыми, но не обеспечивают надежного теплоснабжения, особенно ГВС. Этот недостаток обусловлен различным уровнем температур для отопления и ГВС. Для отопления и вентиляции используется сетевая вода из тепловой сети в диапазоне температур tс. в. =f(tн. в.)=60–95 °С. Температура воды для ГВС tг = 55 – 60 °С.

4.3. Трехтрубные системы

Схема трехтрубной системы показана на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Схема трехтрубной закрытой системы теплоснабжения:

ПК – пиковый котел; ТП – теплофикационный подогреватель; СН – сетевой насос; ВВ – водопроводная вода, П – подогреватель ГВС

В трехтрубной системе по одному подающему трубопроводу подается тепловая энергия на отопительно-бытовые цели, по другому – на технологические нужды или ГВС. Таким образом, в этой системе возможно центральное регулирование двух различных по характеру тепловых нагрузок (сезонной и круглодичной).

Недостатки системы:

1) создается зависимый гидравлический режим в обратной трубе, который вызывает колебания давлений в элеваторе, что приводит к разрегулировке подачи тепла на отопление;

2) из-за отсутствия циркуляционного трубопровода ГВС утром вода в системе ГВС холодная.

4.4. Четырехтрубные системы

Четырехтрубные системы являются самыми надежными (рис. 4.4).

 

 

Циркуляционный водопровод

Рис. 4.4. Схема четырехтрубной системы теплоснабжения

В четырехтрубных системах циркуляционный трубопровод ГВС обеспечивает циркуляцию горячей воды, тем самым предотвращается охлаждение воды в период пониженного водоразбора. Преимущество четырехтрубных систем состоит в том, что отпадает надобность в дорогостоящих ЦТП.

Повышение надежности трех- и четырехтрубных систем требует двойного увеличения затрат в сооружение тепловых сетей. Эти затраты сопоставимы или даже превышают затраты в источник теплоснабжения. Поэтому трех - и четырехтрубные сети длительной протяженности от ТЭЦ и РК не проектируются. Четырехтрубные тепловые сети проектируются небольшой протяженности от небольших местных котельных и сельскохозяйственных комплексов.

В системах теплоснабжения с ТЭЦ и районными котельными четырех-трубные сети применяются, как внутриквартальные и микрорайонные, от ЦТП.

4.5. Присоединение потребителей в водяных

системах теплоснабжения

4.5.1. Зависимые схемы

Зависимые местные системы отопления используются в условиях, когда давление в тепловых сетях не превышает прочности отопительных приборов (0,6 МПа для чугунных радиаторов; 1,0 МПа – для стальных конвекторов).

Зависимые системы - 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. Вследствие этого давление в местных системах отопления определяется режимом давлений в наружных тепловых системах. При высокой температуре сетевой воды (tсв) требуется применение специальных смесительных устройств для понижения температуры, т. к. в жилых домах в отопительных приборах допускается tсв £ 95 °C, на предприятиях tсв £ 105-115 °С.

Применяются три зависимые схемы: без смешения; с элеватором; со смесительным насосом (СНС).

Схема без смешения

Зависимые схемы без смешения (рис. 4.5).

Зависимая схема без смешения может применяться в случае, когда температура сетевой воды в подающей линии тепловой сети не превышает 95 °С. Эта схема используется, когда в качестве источника применяется небольшая котельная с низкими выходными параметрами теплоносителя в трех - и четырехтрубных сетях (t1 = t3).

 

Рис. 4.5. Зависимая схема без смешения

В системах централизованного теплоснабжения, работающих по температурному графику 130/70 °С или 150/70 °С при низких температурах наружного воздуха (tнв), температура сетевой воды в подающей линии тепловой сети tсв > 95 °С, поэтому на тепловом пункте (ТП) следует предусматривать специальные смесительные устройства для понижения температуры воды перед системой отопления. В качестве смесительных устройств используются:

-  элеватор;

-  смесительные насосы.

Схема с элеватором

Зависимая схема с элеваторным смешением показана на (рис. 4.6).

 

Рис. 4.6. Зависимая схема с элеваторным смешением:

Gп – подмешиваемый расход; Gс - расход после смешения; Gо - расход из подающей линии на входе в элеватор

Вода поступает на абонентский ввод с температурой t1 (t3 < t1). Конструкция и принцип действия элеватора и распределение скоростей и давления теплоносителя в элементах его конструкции показаны на рис. 4.7, 4.8.

Принцип работы водоструйного элеватора заключается в использовании энергии воды из подающего трубопровода (см. рис. 4.7). Рабочая вода с давлением P1 на выходе из сопла (К) приобретает значительную скорость, статическое давление ее становится меньше, чем давление в обратной магистрали P2, в результате чего обратная вода подсасывается струей рабочей воды. В камере смешения (КС) скорость воды выравнивается, давление постоянно; в диффузоре (Д) скорость смешанного потока уменьшается по мере увеличения его сечения, а статическое давление воды увеличивается до P3 > P2.

На выходе из сопла должно быть создано разрежение, тогда в патрубок будет подсасываться теплоноситель в количестве Gп c температурой t20..Для нормальной работы элеватора перепад давления на абонентском вводе должен поддерживаться в пределах DР = 15 – 18 м в. ст.

Рис. 4.7. Конструкция элеватора:

К - конфузор; КС(Г) - камера смешения (горловина); Д – диффузор

К КС Д

Рис. 4.8. Изменение давления и скорости рабочей среды в элементах элеватора

Основной расчетной характеристикой для элеватора является коэффициент смешения

,

(4.1)

где t1, t2, t3 – соответственно температура воды в подающей, обратной линии и на входе в систему отопления после элеватора.

При подборе элеватора коэффициент смешения принимается на 15 % выше его расчетного значения с учетом возможности наладки присоединенной системы, т. е. U = 1,15 U¢.

Диаметр горловины элеватора рассчитывают по формуле

, мм,

(4.2)

где Gпр – приведенный расход воды в системе отопления;

, кг/ч,

(4.3)

где - расчетный расход смешанной воды, кг/ч;

h – расчетная потеря напора в местной отопительной системе, м в. ст.

Диаметр выходного отверстия сопла элеватора

, мм.

(4.4)

Минимальный диаметр выходного отверстия сопла во избежание его засорения принимают 4 мм, максимальный из условия сохранения толщины стенок сопла – не менее 1 мм. При подборе ближайший меньший диаметр сопла принимают с точностью до 0,5 мм. Подбор элеваторов можно производить как расчетным путем, так и по номограммам или таблицам.

Схема со смесительным насосом (СНС)

Если на абонентском вводе нет требуемого перепада давления для установки элеватора, тогда в качестве смесительного устройства устанавливается смесительный насос (рис. 4.9). Условие установки насоса: t3 < t1.

 

Рис. 4.9. Зависимая схема с насосным смешением

Недостаток схемы: сопровождение работы центробежных насосов вибрацией и шумом, поэтому от установки СНС в жилых домах отказываются. Как правило, смесительные насосы устанавливаются на тепловых пунктах: на ИТП, если оно в отдельном здании, ЦТП, КРП.

Все смесительные устройства характеризуются коэффициентом инжекции

U = Gп/Gо= расход подмешиваемой воды/расход рабочей воды;

Gсмеш. = Gо + Gп. = Gо(1+U).

Из уравнения теплового баланса для смесительного устройства на 1 кг Gо, получаем

U = (t10 - t3)/(t3 – t20).

Например, при температурном графике t1/t2 = 150/70 °C

Uр = (150 - 95)/(95 – 70) = 2,2.

Зависимые схемы можно применять при давлении воды в тепловых сетях не более 6 атм.

4.5.2. Независимые схемы

Независимая схема присоединения показана на (рис. 4.10).

Рис. 4.10. Независимая схема:

ПСО – подогреватель системы отопления (водоводяной); ЦН - циркуляционный насос системы отопления; ППН - подпиточный насос системы отопления; РТ – авторегулятор температуры воды в системе

В независимых схемах присоединения (рис. 4.10) теплоноситель из тепловой сети поступает в подогреватель, в котором его тепло используется для нагревания воды, заполняющей местную систему отопления. Сетевая вода и вода в местной системе отопления разделена поверхностью нагрева и, таким образом, сеть и система отопления полностью гидравлически изолированы друг от друга. Гидравлическая изоляция теплоносителей на абонентском вводе используется для защиты местных установок от завышенного или заниженного давления в тепловых сетях, при которых возможно разрушение нагревательных приборов или опорожнение местных систем отопления.

Недостаток: дополнительная установка на вводах подогревателей и насосов приводит к увеличению капитальных и эксплуатационных затрат.

Применение: проектирование систем теплоснабжения зданий повышенной этажности (12-ти и более этажей, в отдельных случаях 9-10 этажей), при превышении давления свыше 6 атм (в этом случае для любой этажности зданий может применяться независимая схема). В современных районах подогреватели устанавливаются на ЦТП

ППН обеспечивает восполнение утечек теплоносителя из системы отопления, включается периодически. При пуске системы обеспечивает заполнение системы отопления.

РТ – обеспечивает регулирование температуры воды в системе отопления Схема обеспечивает надежное теплоснабжение.