КОМПЛЕКСНЫЕ СХЕМЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИИ

Выше были рассмотрены схемы присоединений к тепловым сетям трех видов местных установок — систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Все они рассматривались порознь, т. е. как бы с присоединением к одному общему коллектору, давление в котором неизменно. У большинства потребителей тепла обычно есть в наличии и системы отопления и установки горячего водоснабжения, а иногда и вентиляции. Все эти системы присоединяются к единому тепловому пункту, подача теплоносителя к которому производится по общему вводу. Выключение или даже сокращение расхода сетевой воды в одной из подключенных к тепловому пункту местных систем вызывает изменение перепада давлений на вводе и соответственно изменение расхода сетевой воды в другой системе этого теплового пункта. Таким образом, регулирование местных систем, присоединенных к общему тепловому пункту, получается взаимосвязанным.

Естественной аккумуляцией тепла обладают отапливаемые здания (см. гл. 1), искусственную аккумуляцию тепла в аккумуляторах горячей воды можно создать в системах горячего водоснабжения. Использование теплоаккумулирующей способности отапливаемых зданий не связано с дополнительными капиталовложениями и поэтому имеет предпочтение перед аккумуляторами горячей воды. Использование этого приема — займа сетевой воды из системы отопления в максимум горячего водоснабжения — началось с того же момента, как подвились первые подогреватели горячего водоснабжения. Регулировка теплового пункта и при параллельной схеме подключения производилась таким образом, что в часы максимума водоразбора некоторая часть сетевой воды недодавалась в системы отопления. При сокращении и дальнейшем прекращении водоразбора расход сетевой воды на отопление возрастал и становился выше нормального, что во многих случаях приводило к перегреву помещений.

По этому же принципу работали и работают тепловые пункты при открытом водоразборе с той лишь разницей, что при одинаковой величине тепловой нагрузки горячего водоснабжения заем сетевой воды при открытом водоразборе будет по величине меньшим, чем при подогревателях. Как при открытой, так и закрытой системах теплоснабжения наибольшая величина снижения расхода в отопительной системе имеет место при температуре сетевой воды 70 °С. и наименьшая — при 150° С.

На возможность организованного использования теплоаккумулирующей способности отапливаемых зданий при расчете режимов работы тепловых сетей и оборудования тепловых пунктов впервые обращено внимание еще в 1946 г. [Л.1]. Была разработана схема последовательного включения подогревателя горячего водоснабжения и системы отопления, получившая название предвключенной (рис. 3-14). Комплексные тепловые пункты с предвключенными (перед отопительными установками) подогревателями горячего водоснабжения находили в период 1947—1954 гг. достаточно широкое применение в тепловых сетях Москвы; в дальнейшем большая часть. Тактх подогревателей была реквнОтруйрована в двухступенчатые. Поверхность нагрева их рассчитывалась на летний режим при fi=70°C и t2 = 30 °С и поэтому была одинаковой с прежней схемой при параллельном включении горячего водоснабжения и отопления.

Основное значение этой схемы состояло в том, что она теоретически и экспериментально подтверждала возможность расчета наружных тепловых сетей при закрытой схеме теплоснабжения на среднюю, а не на максимальную нагрузку горячего водоснабжения. При этом расход циркулирующей воды в отопительных системах сохранялся постоянным как по часам суток, так и в отопительном сезоне, что было особенно важно для двухтрубных систем отопления. Снижался коэффициент смешения в элеватооах и это компенсировало увеличение потерь напора в тепловом пункте из-за последовательного включения подогревателя горячего водоснабжения.

Одновременно с предвключенной схемой распространение в тепловых сетях Москвы получила схема подогрева с использованием тепла сетевой воды, возвращаемой из систем отопления, которая в дальнейшем получила название двухступенчатой смешанной схемы (рис. 3-15). В таких установках существующие подогреватели горячего водоснабжения делились на две части. Первый подогрев осуществлялся за счет тепла обратной воды из системы отопления, второй — за счет тепла из подающей трубы. Сетевая вода из второй части подогревателя сливается в первую, соединяясь с водой из отопления.

В 1954 г. проф. Е. Я. Соколовым была предложена схема двухступенчатого последовательного подогрева воды для горячего водоснабжения (рис. 3-16). Для работы таких установок им был предложен повышенный температурный график (график центрального регулирования по суммарной нагрузке), в котором из-за специальной температурной добавки расчетный расход сетевой воды на комплексный тепловой пункт на всем диапазоне отопительного сезона становился постоянным и равным отопительному. Предложение Е. Я. Соколова позволило значительно сократить расчетный расход сетевой воды и тем самым способствовало снижению удельной стоимости наружных тепловых сетей. Одиако постоянный расход сетевой воды при повышенном графике температур может выдерживаться лишь для типовых потребителей, у которых Qr/Qo равно значению, принятому при расчете повышенного графика температур. Остальные потребители для поддержания tв на уровне 18 °С должны иметь переменный расход. При отсутствии у потребителя нагрузки горячего водоснабжения расход сетевой воды на отопление будет иметь минимум в точке излома температурного графика (для Москвы Н=2,5°С). Расход сетевой воды на отопительный ввод с тепловой нагрузкой 1-106 ккал/ч будет колебаться от 8,5 т/ч при 2,5 °С до 12,5 т/ч при минус 26 °С.

Расчет произведен для повышенного температурного графика, рассчитанного для типового потребителя с отношением Qrcp/Q0=0,27. Таким образом, если при отопительном графике температур специальные регуляторы требуются на тепловых пунктах с двухступенчатой схемой горячего водоснабжения, то при повышенном графике такие регуляторы должны быть установлены на отопительных вводах без горячего водоснабжения или при QrcpIQo, значительно отличающемся от типового.

При открытой системе теплоснабжения выбор схемы присоединения обычно сводится только к решению вопроса о необходимости или целесообразности установки аккумулятора горячей воды. Установка аккумулятора обычно предусматривается в тех случаях, когда она предписана нормами проектирования или заданием энергоснабжающей организации. То же правило соблюдается и при закрытых системах теплоснабжения. Однако в некоторых случаях при закрытых системах теплоснабжения вопрос об установке аккумуляторов должен решаться технико-экономическим расчетом.

Аккумуляторы снижают расход сетевой воды и диаметры сети, а также расчетную тепловую нагрузку подогревателей горячего водоснабжения Снижение расчетной тепловой нагрузки подогревателей уменьшает поверхность нагрева и, следовательно, стоимость их. Решение вопроса о технико-экономической целесообразности установки аккумуляторов может быть найдено путем сравнения расчетных затрат, а в первом приближении — начальных капиталовложений,

Основной вопрос при закрытой системе теплоснабжения — это выбор схемы присоединения подогревателей горячего водоснабжения. Выбор схемы прежде всего определяется принятым температурным режимом работы тепловой сети. При повышенном температурном графике обычно применяется последовательная двухступенчатая схема. Основным преимуществом ее является снижение расчетного расхода воды в наружной тепловой сети. Главную роль в этом играет выравнивание суточного расхода воды и тепла на горячее водоснабжение за счет займа тепла у системы отопления, второстепенную— покрытие средней нагрузки горячего водоснабжения за счет повышения температуры сетевой воды.

Однако то же может быть получено и при схеме смешанной, если ввести в схему дополнительные элементы. Условия теплоснабжения потребителей будут теми же, если схему дополнить двумя элементами (рис. 3-17): аккумулятором горячей воды (выравнивание суточного расхода воды и тепла на горячее водоснабжение и частичное освобождение от кислорода) и насосом для обеспечения системы отопления водой нужной температуры (по графику отопления).

Возможна и другая модификация смешанной схемы присоединения (рис. 3-18). Здесь нет аккумулятора горячей воды и выравнивание нагрузки горячего водоснабжения возложено на отапливаемое здание, как и в последовательной схеме. Вода в отопительные системы поступает с различной по часам суток температурой, зависящей от графика нагрузки горячего водоснабжения. Постоянство расхода циркулирующей по системам отопления воды обеспечивается с помощью работы циркуляционного насоса 2. При графиках с Тмин=70 °С циркуляционный насос одновременно используется в теплое время отопительного сезона и поэтому его установку следует считать обязательной как при схеме смешанной, так и последовательной. Часовое количество сетевой воды в схеме на рис. 3-18 поддерживается регулятором постоянства расхода 1.

При нормальном отопительном графике возможно применение всех трех видов схем — параллельной, смешанной и последовательной двухступенчатой. Поддержание постоянной температуры воздуха в отапливаемых помещениях при последовательной двухступенчатой схеме и нормальном отопительном графике возможно лишь при переменном расходе сетевой воды на абонентском вводе. Отсутствие в настоящее время автоматических регуляторов для этой цели не дает возможности обеспечения такого режима. Выполнение такого режима вручную эксплуатационным персоналом хотя и возможно, но весьма затруднительно и не может обеспечить хорошего качества теплоснабжения. По указанной причине при работе тепловой сети по отопительному графику выбор схемы присоединений производится сравнением схем параллельной и смешанной [Л. 8].

Исходя из минимума приведенных затрат по наружным тепловым сетям и подогревательным установкам, авторы считают, что для параллельной схемы необходимо температуру сетевой воды в обратном трубопроводе (за подогревателем) принимать в пределах 15—25 °С, а для смешанной схемы — недогрев местной воды в первой ступени подогревателя в пределах 8—12 °С при максимальной нагрузке горячего водоснабжения. Смешанная схема обеспечивает снижение расчетного расхода воды примерно на 5%, но при Qr/Qo 5 1 требует повышенной поверхности подогревателей горячего водоснабжения. Смешанная схема по капитальным затратам дешевле параллельной примерно на 1—1,5%. Стоимость перекачки теплоносителя при смешанной схеме ниже, чем при параллельной, на 8—12% (тем больше, чем больше QrM/Qo).

При теплоснабжении от ТЭЦ смешанная схема, кроме того, обеспечивает дополнительную выработку электроэнергии на тепловом потреблении и тем самым добавочную экономию топлива. При QrM/Qo=0,66 величина экономии условного топлива составляет 1,2 т/год на каждую присоединенную 1 Гкал/ч отопления, что составляет 0,2% от годового расхода топлива на ТЭЦ. По приведенным затратам смешанная схема дешевле параллельной примерно на 1%, т. е. на ту же величину, что и по капитальным затратам. Таким образом, применение смешанных схем присоединения в теплофикационных системах вполне целесообразно.

Что же касается сетей от котельных, то эффект применения смешанной схемы в них ниже, а понижение температуры обратной воды в принципе нецелесообразно.

Важным вопросом, который недостаточно учитывается в технико-экономических расчетах, является надежность применяемого в тепловых пунктах оборудования. Как известно, в схемах присоединения применяется довольно узкая номенклатура оборудования: трубопроводы, запорная арматура (задвижки, краны), центробежные и водоструйные насосы, подогреватели, баки горячей воды, авторегуляторы давления и температуры, контрольно-измерительные приборы — водомеры и расходомеры, манометры и термометры. Часть указанной номенклатуры непременно входит во все схемы присоединения. Это — трубопроводы, запорная арматура, контрольно-измерительные приборы. Другие элементы являются принадлежностью только специальных схем и иногда могут заменять друг друга. Особенно это относится к схемам присоединения систем отопления. То же следует сказать и об авторегуляторах. Отсюда вытекает необходимость сравнения в целом ряде случаев применяемого оборудования как по степени надежности, так и по трудоемкости обслуживания, включая ремонт.

При анализе надежности необходимо выяснять, какие последствия повлечет за собой отказ в работе того или иного оборудования в данной схеме, и затем установить необходимость в резервировании его, а также в защитных устройствах.

В приведенной ниже табл. 3-2, разработанной на основе анализа эксплуатационного опыта, представлен ряд данных, позволяющих составить количественную оценку трудоемкости эксплуатации и ремонта ряда элементов, применяемых в схемах присоединения.

Громов Н. К. Городские теплофикационные системы. М., «Энергия», 1974