Задачами гидравлического расчета систем горячего водоснабжения являются:
1) обеспечение во всех водоразборных приборах, здания или группы зданий необходимого расхода горячей воды с температурой в соответствии с п.2.2 СНиП 2 – 04 – 01 – 85* [2], [3];
2) определение диаметров трубопроводов и потерь давления на трение и местные сопротивления.
Рекомендуется принимать диаметры подающих и разводящих трубопроводов из расчета, что при движении горячей воды от ввода до наиболее удаленной, а при нижней разводке и высоко расположенной точки водоразбора располагаемый напор в системе был использован максимально. В этом случае скорость воды с учетом зарастания труб отложениями накипи и шлама в подающих трубопроводах и стояках не должна превышать 1,5 м/с, а на ответвлениях в квартиры и помещения к водоразборным приборам – 2,5 м/с.
Имея исходные данные о типе, числе и расположении в зданиях водоразборных приборов и принятых проектных решений, составляют расчетную аксонометрическую схему трубопроводов горячего водоснабжения (рис.2).
На схеме намечают ориентировочные, в соответствии с планом здания, вводы водопровода, теплоносителя, необходимую трубопроводную и водоразборную арматуру.
Схема трубопроводов разделяется на расчетные участки, где расход теплоносителя является постоянным, участки и стояки нумеруются в направлении от наиболее удаленной точки водоразбора к генератору тепла. Вертикальные и горизонтальные размеры расчетных участков определяются по планам и разрезам здания.
6. Классификация систем теплоснабжения.
Классифицировать системы теплоснабжения можно по разным признакам.
Классификация систем теплоснабжения по месту выработки тепловой энергии можно разделить на централизованные и местные.
-централизованные, когда источник производства тепловой энергии работает на теплоснабжение выделенной группы зданий и связан транспортными устройствами с приборами потребления тепла.
Пример централизованного теплоснабжения:
-в городах, отопление домов и квартир в зимний период производится от ТЭЦ или ГрЭС, они и являются источниками централизованного теплоснабжения;
-котельная, которая производит отопление зданий одного или нескольких районов.
-местные, когда потребитель и источник теплоснабжения находятся в одном помещении или в непосредственной близости.
Пример местного теплоснабжения:
-автономная система теплоснабжения (АСО), когда котёл находится непосредственно в доме или прилегает к нему.
Классификация систем теплоснабжения по роду теплоносителя в системе:
-водяные, когда в системе отопления (в трубах и батареях) циркулирует горячая вода;
-паровые, когда в системе отопления (в трубах и батареях) циркулирует пар.
Классификация систем теплоснабжения по способу подключения системы отопления к системе теплоснабжения (пример представлен ниже на рисунке 1):
-зависимые, когда теплоноситель нагреваемый в теплогенераторе и транспортируемый по тепловым сетям поступает непосредственно в теплопотребляющие приборы (батареи);
-независимые, когда теплоноситель циркулирующий по тепловым сетям и отдаёт своё тепло через теплообменник другому теплоносителю, которые в свою очередь забрав тепловую энергию в теплообменнике отдаёт её непосредственно потребителям и теплопотребляющим установкам.
Как видно из рисунка №1, теплоноситель который нагревается в котельной (источник теплоснабжения) с помощью насосов подаётся по тепловым сетям в здания к потребителям тепловой энергии. Теплоноситель который нагревается в котлах и который отдаёт тепло в батареях и циркулирует в системе отопления один и тот же. Преимуществами данного способа являются простота в эксплуатации. Недостатком такого метода является, то что давление в систем отопления потребителей постоянно скачет и зависит от параметров теплоносителя котельной и в связи с этим эта система менее долговечна.
На рисунке №2 показано 2 контура циркуляции теплоносителей. Теплоноситель который нагревается в котельной (источник тепловой энергии) по контуру 1 с помощью насосов циркулирует от котельной до теплообменника, где отдаёт своё тепло в контур 2, тоже теплоносителю, который забирает тепло из теплообменника и подаёт тепло на батареи (потребители тепловой энергии). Преимуществом данного метода является, то что давление в системе отопления потребителей тепла не зависит от параметров теплоносителя котельной, оно более равномерное и эта система более долговечна и надёжна. Недостатком данного метода является дороговизная, сложность и необходимость в обслуживании и эксплуатации дополнительного оборудования.
По способу присоединения системы горячего водоснабжения (ГВС) к системе теплоснабжения подразделяются:
-закрытая, когда вода на горячее водоснабжение забирается из водопровода холодной воды, подаётся на теплообменник, где нагревается от отопительной сетевой водой и подаётся к потребителям в кран. Преимуществом данного метода является независимость параметров (давление и температура) и качества горячей воды. Недостатком является, то что необходимо установка и обслуживание дополнительного оборудования.
-открытая, когда вода на горячее водоснабжение забирается непосредственно из тепловой сети (обычно из батареи). Преимуществом данного метода является простота и дешивизна в использовании. Недостатком является, то что качество воды, её температура и давление зависят от параметров воды в системе теплоснабжения.
Во многих наших домах теплоснабжение квартир идёт через элеваторный узел.
Схема элеваторного узла
Виды потребителей тепла
Потребителями тепла системы теплоснабжения являются:
-теплоиспользующие санитарно-технические системы зданий (системы отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, горячего водоснабжения);
-технологические установки (теплообменники, экономайзеры).
Режим потребления тепла в течение года варьируется и различают две группы потребителей:
-сезонные, нуждающиеся в тепле только в холодный период года (например, системы отопления);
-круглогодичные, нуждающиеся в тепле весь год (системы горячего водоснабжения).
В зависимости от соотношения и режимов отдельных видов теплопотребления различают три характерные группы потребителей:
-жилые здания (характерны сезонные расходы тепла на отопление и вентиляцию и круглогодичный — на горячее водоснабжение);
-общественные здания (сезонные расходы тепла на отопление, вентиляцию, кондиционирование воздуха и круглогодичный – на горячее водоснабжение);
-промышленные здания и сооружения, в том числе сельскохозяйственные комплексы (все виды теплопотребления, количественное отношение между которыми определяется видом производства).
7. Присоединение потребителей, имеющих нагрузку на отопление и горячее водоснабжение, к открытой тепловой сети.
8. Конструкции тепловой изоляции тепловых сетей.
Тепловую, изоляцию теплопроводов устраивают, чтобы избежать непроизводительных потерь тепловой энергии в окружающую среду по пути следования теплоносителя от места его приготовления до потребителей. Уменьшая непроизводительные потери тепла, тепловая изоляция одновременно защищает металлические поверхности труб, оборудования и изделий от разрушающего влияния влаги.
В качестве тепловой изоляции используют различные материалы, обладающие низким коэффициентом теплопроводности, долговечностью, достаточной механической прочностью, малой гигроскопичностью. Кроме того, тепловая изоляция должна иметь хорошую тепло- и влаго- устойчивость и гидрофобность; при малой теплоустойчивости тепловая изоляция может преждевременно разрушиться, а при высокой влажности повышается ее теплопроводность.
Для тепловой изоляции применяют минеральную вату, перлитобетонные и пенопластовые скорлупы, литые армопенобетонные и битумоперлитные покрытия труб и пр. Конструктивно тепловая изоляция может быть мастичной, формовочной (штучной, сегментной), засыпной (набивной), оберточной и литой.
9. Опоры тепловых сетей.
Тепловые сети инженерных коммуникаций характеризуются наличием опорных конструкций. Такие опорные конструкции по эксплуатационному назначению можно подразделить на подвижные и неподвижные опоры тепловых сетей.
Подвижные опоры обеспечивают теплопроводу на строительных конструкциях коммуникаций свободное перемещение. Поэтому, подвижные опоры предназначены и удачно используются для всех существующих способов прокладки. Подвижные и скользящие опоры имеют разнообразные конструктивные решения, они достаточно свободно расположены на несущих строительных конструкциях. В отличии от подвижных опор, неподвижные опоры служат для фактического разделения тепловых сетей на определенны, независимые участки. Такие участки сетей не зависят от восприятия температурных деформаций и усилий внутреннего давления. Поэтому, неподвижные опоры размещают между участками трубопроводов, имеющих естественную компенсацию или компенсаторы температурных удлинений.
Неподвижное закрепление участков трубопроводов производят различными конструкциями: это лобовые опоры, упорные, щитовые. Все эти конструкции объединяет бесканальная прокладка. Конструкции неподвижных опор тепловых сетей выполняют с применением швеллеров, заделанных в перекрытиях и днищах сооружений. Возникающие неравномерные нагрузки опор уменьшаю или демпфируют, используя пружинные подвесные опоры. В таких подвесных опорах равномерность распределения усилий осуществляется принудительно – регулировкой натяжения. Поэтому, пружинные опоры целесообразны для применения для вертикальных перемещений трубопроводов
10. Компенсаторы тепловых сетей, их конструкции.
Трубопроводы подвержены таким изменениям, как расширение или удлинение в размере. Всем известно, что происходит это в связи с резкими перепадами температуры теплоносителя или окружающей атмосферы. А если вспомнить, что трубы имеют довольно большую протяженность, то выходит, что такие деформации могут достигать гигантских размеров.
Чтобы защитить трубопровод от подобных происшествий, проектировщики конструируют систему так, что трубы имеют возможность спокойно менять свои размеры при резких охлаждениях или перегревах. Причем без всякого напряжения для материала или соединений в трубопроводе. Такая способность труб, как приспосабливание к температурным перепадам в допустимых пределах для материала, называется компенсацией тепловых удлинений. Самокомпенсацией называют способность компенсации с помощью гибких конструкций части линий и эластичных свойств металла. Эта способность реализуется за счет поворотов и изгибов в общей системе трубопровода. Но бывает, что способность самокомпенсации невозможно применить или ее становится недостаточно. Тогда на помощь приходят компенсаторы.
Компенсаторами называют специальные устройства, имеющие хорошую эластичность и гибкость в пределах своих упругих деформаций, которые применяются в различных системах трубопровода. Основной задачей компенсаторов является обеспечение герметичного соединения движущихся деталей трубопровода тепловых сетей, устройств, механизмов и электрических станций.
Компенсаторы различают, исходя из их конструкций и принципа работы. П-образные или трубные, линзовые, сальниковые и сильфонные – вот четыре основных вида компенсаторов.
Трубные компенсаторы
Данный вид компенсаторов – самый простой вид использования свойств самокомпенсации. П-образные компенсаторы используются при большом диапазоне температур и давлений. Они производятся целиком изогнутыми из одной трубы. Или же с помощью сварки с использованием сварных, крутоизогнутых или гнутых отводов. Существуют трубные компенсаторы с присоединительными концами на фланцах. Они производятся для трубопроводов, которым необходима разборка для очищения. У данного вида компенсаторов есть несколько минусов. Основными из них являются довольно большой расход труб, крупные размеры. И, последнее, для них обязательно нужны опорные конструкции. Для трубопроводов больших диаметров использование п-образных компенсаторов очень нерационально, так как строительство резко подорожает и увеличится расход труб.
Линзовые компенсаторы
Линза – это элемент сварной конструкции, состоящий из двух металлических, точнее стальных, тонкостенных полу линз. Исходя из этого, ясно, что такая конструкция легко сжимается. Линзовые компенсаторы – это ряд из последовательно включенных в трубопровод линз. Каждая такая линза имеет сравнительно небольшие компенсирующие свойства. И именно, исходя из требуемой компенсирующей способности, выбирается количество линз компенсатора. Внутри компенсатора встроены стаканы для ослабления сопротивления движению теплоносителя. А для выпуска конденсата в нижние части каждой линзы ввариваются дренажные штуцера.
Сальниковые компенсаторы
Сальниковые компенсаторы – это два вставленных друг в друга патрубка. Для герметизации пространства между патрубками применяется сальниковое уплотнение с грундбуксой. Данный вид компенсаторов обладает хорошим компенсирующим свойством и довольно небольшими размерами. Но их очень редко используют в технологических трубопроводах, из-за трудности герметизации сальниковых уплотнений. Также их совершенно не рекомендуется применять для трубопроводов токсичных, горючих и сжиженных газов. Сальниковые компенсаторы имеют ряд значительных недостатков. Таких, как: они требуют постоянный уход в процессе работы, сальниковое уплотнение очень быстро изнашивается, то есть нарушается герметизация.
Сильфонные компенсаторы
Компенсаторы данного вида имеют небольшие размеры. Их можно применять на любом участке трубопровода и при любом варианте его прокладки. Сильфонные компенсаторы не нуждаются в особом уходе и создании специальных камер. Срок эксплуатации таких компенсаторов равен сроку эксплуатации труб. Сильфонные компенсаторы отлично защищают трубы от динамических и статических нагрузок, которые могут возникнуть из-за гидроудара, вибрации или деформации. При производстве сильфонных компенсаторов применяют только высококачественные, нержавеющие стали. Поэтому они легко работаю в самых различных условиях, даже очень жестких (например, при температуре рабочей среды от 0 до 1000 градусов Цельсия и давлении от вакуума до 100атм). Конечно, исходя из внешних условий и конструкции компенсатор
11. Регулирование отпуска тепла потребителям. Виды регулирования тепловых нагрузок
тепла, отличающихся как характером, так и величиной теплопотребления. Режимы расходов тепла многочисленными абонентами неодинаковы. Тепловая нагрузка отопительных установок изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха, оставаясь практически стабильной в течение суток. Расход тепла на горячее водоснабжение и для ряда технологических процессов не зависит от температуры наружного воздуха, но изменяется как по часам суток, так и по дням недели. В этих условиях необходимо искусственное изменение параметров и расхода теплоносителя в соответствии с фактической потребностью абонентов. Регулирование повышает качество теплоснабжения, сокращает перерасход тепловой энергии и топлива. В зависимости от места осуществления регулирования различают центральное, групповое, местное и индивидуальное регулирование.
Центральное регулирование выполняют на ТЭЦ или в котельной по преобладающей нагрузке, характерной для большинства абонентов. В городских тепловых сетях такой нагрузкой может быть отопление или совместная нагрузка отопления и горячего водоснабжения. На ряде технологических предприятий преобладающим является технологическое теплопотребление. Групповое регулирование производится в центральных тепловых пунктах для группы однородных потребителей. В ЦТП поддерживаются требуемые расход и температура теплоносителя, поступающего в распределительные или во внутриквартальные сети. Местное регулирование предусматривается на абонентском вводе для дополнительной корректировки параметров теплоносителя с учетом местных факторов. Индивидуальное регулирование осуществляется непосредственно у теплопотребляющих приборов, например у нагревательных приборов систем отопления, и дополняет другие виды регулирования. Тепловая нагрузка многочисленных абонентов современных систем теплоснабжения неоднородна не только по характеру теплопотребления, но и по параметрам теплоносителя. Поэтому центральное регулирование отпуска тепла дополняется групповым, местным и индивидуальным, т. е. осуществляется комбинированное регулирование. Комбинированное регулирование, состоящее из нескольких ступеней, взаимно дополняющих друг друга, создает наиболее полное соответствие между отпуском тепла и фактическим теплопотреблением.
По способу осуществления регулирование может быть автоматическим и ручным. Качественное регулирование осуществляется изменением температуры при постоянном расходе теплоносителя. Качественный метод является наиболее распространенным видом центрального регулирования водяных тепловых сетей. Количественное регулирование отпуска тепла производится изменением расхода теплоносителя при постоянной его температуре в подающем трубопроводе.