Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


СХЕМЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

Тепловые пункты потребителей служат для распределения и контроля теплоносителя, трансформации его температуры и давления и, таким образом, являются связующим звеном между наружной тепловой сетью и системами потребителя. По технологической сущности тепловые пункты следовало бы называть контрольно-распределительными. Сложность и состав оборудования теплового пункта определяются в основном схемой присоединения данной местной системы (отопления, приточной вентиляции и горячего водоснабжения) к тепловой сети.

Выбор схемы присоединения должен всегда определяться как технологическими особенностями данной местной системы, так и требованиями наружной тепловой сети. Следует всегда учитывать, от какой тепловой сети получает тепло потребитель. В максимальной степени это относится к наиболее распространенному виду потребителя тепла — системам отопления.

Обычно схемы присоединения отопительных систем делятся:

1) по признаку гидравлической зависимости на схемы независимые и схемы зависимые;

2) по признаку наличия смесительных устройств (только для зависимых схем) на схемы без смешения и схемы со смешением.

При независимых схемах присоединения гидравлическая изоляция местной отопительной системы от наружной тепловой сети позволяет обеспечить работу местной системы под гидростатическим давлением собственного расширительного бака. Это избавляет систему как от повышенных давлений в наружной Тепловой сети, так и от неизбежных колебаний давления в ней, защищает ее от аварийных повышений давления в наружной сети. Такая гидравлическая изоляция особенно полезна при подключении • систем отопления, проработавших многие годы от местных котельных. В таких системах могут быть и ненадежные чугунные нагревательные приборы, чугунные трубы и трубы, заделанные в панели и стены.

Такие же схемы присоединения находят применение в зданиях, где даже случайные и небольшие повреждения могут привести к катастрофическим последствиям (музеи, архивы и пр.), а также в тех частях тепловой сети, где давление в обратной линии превышает допустимое рабочее давление для местной отопительной системы с чугунными радиаторами 6 кгс/сдр, для стальных конвекторов 9—10 кгс/см2. Независимые схемы присоединения предпочтительны также в сетях с непосредственным водоразбором, поскольку отделяют от сети наиболее вероятный источник загрязнения сетевой воды. Гидравлическая изоляция отопительной системы от наружной тепловой сети обычно выполняется с помощью водоводяного подогревателя 1 (рис. 3-1).

Система отопления должна работать с собственным расширительным сосудом 2 (рис. 3-1, о). Подпитка системы может производиться очищенной и деаэрированной водой из тепловой сети периодически путем открытия вручную крана 4 на перемычке, соединяющей обратную линию наружной сети и местной системы. Возможна подпитка из системы горячего водоснабжения. Для автоматизации подпитки на расширительном баке устанавливаются два реле уровня таким образом, чтобы контакт верхнего реле уровня замыкался при полном наполнении бака, а контакт нижнего реле — при допустимом низком уровне воды в баке. Контакты верхнего и нижнего реле служат для подачи импульсов на соленоидный вентиль, устанавливаемый на линии подпитки. В случае недостаточности давления в обратной линии тепловой сети для подачи воды в расширительный бак на подпиточной линии должен быть установлен центробежный насос, не показанный на рис. 3-1, б.


При хорошей эксплуатации и высоком качестве регуляторов возможна работа групповых независимых систем без расширительных баков, с установкой на подпиточной линии к системе регулятора давления и предохранительного клапана за ним. При ненадежной эксплуатации подачу воды насосом лучше осуществить из бака в тепловом пункте. Периодическое заполнение бака можно производить вручную.

Если такие установки работают с постоянным расходом сетевой воды, то это может осуществляться с помощью регулятора 5. Однако наличие подогревателя в схеме присоединения позволяет и требует осуществить более правильный режим регулирования. Это особенно целесообразно при наличии в графике центрального регулирования зоны постоянной температуры сетевой воды (обычно при плюсовых температурах наружного воздуха).

На рис. 3-1 показаны также примеры возможных технологических схем автоматизации независимых схем присоединения. На рис. 3-1, б показана схема, работающая «по возмущению» с задатчиком температуры 6. Необходимая температура воды в отопительной системе устанавливается персоналом 1—2 раза в сутки в зависимости от t„ и других условий.

В качестве датчика наружной температуры может быть использовано измерительно-информационное устройство, разработанное Ленинградским институтом АКХ. Устройство вычисляет приведенную температуру наружного воздуха, в образовании которой участвуют показания трех датчиков — текущей температуры наружного воздуха, скорости ветра и медленных тепловых потерь. Опытные экземпляры такого устройства пока еще проходят проверку.

На рис. 3-1, в приведена схема, работающая «по отклонению» с «местными пропусками». В «контрольных» (представительных) помещениях при этой схеме устанавливается три — пять контактных термометров 7, настраиваемых на необходимую температуру воздуха в помещениях. Замыкание двух-трех термометров ведет к выключению сетевой воды регулятором 5, для этого в схеме предусмотрены суммирующее реле

Схемы рис. 3-1 а, б и в позволяют осуществлять «натоп» потребителей с целью последующего автоматического снижения расхода воды в сети. Однако при этом необходимо считаться со значительным запаздыванием в отключении зданий, так как процесс «натопа», т. е. повышения температуры воздуха в помещениях на необходимые 1—1,5°С, будет достаточно длительным.

В многоэтажных зданиях (выше 12 этажей) теплопередачу нагревательных приборов, вероятно, наиболее правильно регулировать не только температурой подаваемой воды, но и ее количеством.

Основным недостатком независимых схем присоединения является повышенная стоимость оборудования и монтажа — подогревателя, циркуляционных насосов, расширительного сосуда. При установке подогревателя в подвале дома насос должен быть бесшумным. Если присоединяется уже существующей то используются существующие насосы и расширительный бак. Приходится считаться также с некоторым возрастанием и эксплуатационных расходов, связанных с работой циркуляционного насоса (расход электроэнергии и зарплата персонала для контроля и ремонта). Растут стоимость и эксплуатационные расходы по наружной сети из-за повышения температуры возвращаемой сетевой воды, ухудшаются показатели ТЭЦ.

Отопительные подогреватели могут устанавливаться без резерва. Для ответственных потребителей могут устанавливаться две группы отопительных подогревателей. Расчет каждой группы может быть произведен на любую нагрузку в пределах от 50 до 100% расхода тепла на отопление в зависимости от степени желаемой надежности. Применение независимых схем для присоединения систем отопления с чугунными радиаторами значительно повышает маневренные возможности тепловых сетей, так как позволяет увеличивать давление в обратных линиях. Применение независимых схем в центральных тепловых пунктах позволяет полностью отделить все внутриквартальные тепловые сети от сетей магистральных и распределительных.

Весьма важным преимуществом независимых схем присоединения является возможность сохранения циркуляции в местных системах при повреждениях в наружных сетях. Гидравлическая изоляция системы отопления предохранит их от опорожнения, а циркуляция предохранит воду в них от замерзания. Сохранение воды в системах позволяет ускорить процесс-восстановления нормального режима работы сети после ликвидации возможных повреждений на внешних сетях.

При установке отопительных подогревателей в ЦТП гидравлическая изоляция систем отопления может быть нарушена неудачным выбором схемы подпиточного устройства. При индивидуальных подогревателях в каждом здании устанавливается расширительный бак, заполнение которого водой из внешней сети производится вручную персоналом один раз в 2—3 недели. Расширительный бак вместе с тем является надежной защитой системы отопления от повышения давления при значительном росте температуры воды в системе, например, из-за неисправности регулятора температуры. При групповом подогревателе утечки воды возрастают в силу обеспечения нескольких систем, но главным образом из за возможных потерь воды в сетях после ЦТП

Установка расширительного сосуда обычно трудно осуществима в связи с разной и неопределенной очередностью сооружения отдельных зданий. Очень часто в этом случае рекомендуется непосредственная подпитка внутренней сети из внешней через автоматический регулирующий клапан. При неисправности клапана гидравлическая изоляция системы теряется. Для полной гарантии гидравлической изоляции системы отопления в этом случае можно в ЦТП установить запасной бак воды, заполняемый вручную персоналом один раз в сутки. Подпитка системы из бака производится постоянно работающим насосом, обеспечивающим необходимое гидростатическое давление, не превышающее допустимое, во внутренних сетях и системах отопления. Такая система подпитки, хотя и сложна, но обеспечивает необходимую степень надежности работы.

В отличие от независимых схем гидравлический режим схем зависимых, как правило, полностью определяется режимом давлений в наружной сети. Поэтому все зависимые схемы могут применяться лишь при том условии, если давление в обратной линии у потребителя не будет превышать рабочего давления для местной отопительной системы, а перепад давлений обеспечивает работу смесительного устройства и системы отопления.

Простейшей из зависимых является схема непосредственного присоединения системы к наружной тепловой сети. Такие схемы обычно применяются для присоединения промышленных и некоторых других зданий. На рис. 3-2 показана схема непосредственного присоединения к тепловой сети горизонтально-однотрубной системы отопления. Такая система, обеспечивая высокую гидравлическую устойчивость, может, конечно, вполне удовлетворительно работать при больших перепадах температур в системе и малых расходах воды.



Другое положение имеет место в системах горизонтально двухтрубных, где большое количество нагревательных приборов подключено параллельно друг другу к двухтрубной разводящей сети (рис. 3-3). В этих системах для сколько-нибудь приемлемой работы отопительной системы, т. е. равномерного прогрева нагревательных приборов, необходимо идеальное состояние регулировочных кранов на них. При плохом состоянии кранов такие системы могут работать лишь в случае увеличения расхода воды по сравнению с нормой в 2—3 раза. Если такое увеличение достигается за счет увеличения расхода воды из тепловой сети, то это бесполезно увеличивает расход тепла и сетевой воды за счет повышения ее температуры на выходе из системы.

Режим центрального регулирования городских тепловых сетей ориентируется на коммунальные здания и поэтому отличается от того, который необходим для зданий промышленных. Сами промышленные здания также требуют различного режима регулирования в зависимости от категории работы и величины внутренних тепловыделений.

Для обеспечения необходимого температурного режима в промышленном здании, присоединенном к городской коммунальной сети, оно обязательно должно иметь смесительное устройство. Такое смесительное устройство должно работать с переменным коэффициентом смешения — наибольшим при теплой погоде и наименьшим при низких температурах наружного воздуха. Несмотря на общеизвестность указанного положения, в практике проектирования оно, как правило, игнорируется.


Нормативный коэффициент смешения элеватора, определяемый по расчетным температурам тепловой сети и отопительной системы, как правило, меньше необходимого. Исключение составляют здания с непросушенными стенами, с большой воздухопроницаемостью

оконных переплетов и пр., в которых тепловые потери могут значительно превосходить расчетные. В этих исключительных случаях может быть необходимо, особенно в первый год их эксплуатации, даже снизить коэффициент смешения и одновременно соответственно увеличить расход воды из тепловой сети. Во всех остальных случаях расчетный коэффициент смешения должен быть увеличен.

Большинство отопительных систем удовлетворительно работает с завышением расхода воды не менее чем на 15—25%. Обеспечение необходимых для этого высоких коэффициентов смешения требует повышения перепадов давления перед элеваторами (табл. 3-1).

Таблица учитывает безукоризненное выполнение конструкции элеваторов, фактический же перепад давлений, необходимый для нормальной работы элеваторов, будет больше.

Известно, что имеющаяся в протяженных отопительных системах горизонтальная разрегулировка также требует увеличения расхода циркулирующей воды. Таким образом, в подавляющем большинстве случаев при расчетной потере напора в местной отопительной системе здания 1 м необходимая разность напоров перед элеватором составляет 12—15 м. Недоучет потребного перепада давлений для нормальной работы элеватора приводит к пониженному коэффициенту смешения, перерасходу сетевой воды и тепла.


Элеватор должен располагаться, как правило, в непосредственной близости от начала отопительной системы (первого стояка). Диаметр трубопроводов, соединяющих элеватор с системой, должен подбираться, исходя из расхода смешанной воды и задаваемой удельной потери давления в пределах 2—4 кгс/м на 1 м длины трубопровода.

Иногда местные котельные снабжают теплом несколько зданий или несколько отопительных систем в крупном здании. Рекомендуется разделение такой совмещенной системы на отдельные составляющие с установкой самостоятельного элеватора на каждую систему.

Местное регулирование на вводе с элеватором обычно может проводиться лишь «пропусками», т. е. периодическим отключением системы отопления. Отключение системы можно проводить по средней температуре группы (3—10) представительных, отапливаемых помещений либо по «тепловой модели» здания. Метод регулирования «пропусками» может дать удовлетворительные результаты при выполнении следующих условий.

Равномерность ± (1±-2) °С теплового режима здания позволяет выбрать группу представительных помещений по температуре воздуха, в которых можно регулировать отопление всего дома . Наибольшая длительность пробега воды по системе отопления не превышает 30—45 мин. Точность срабатывания датчиков температуры в помещениях составляет не менее ±0,5 °С. Максимальная частота срабатывания регулятора не превышает 23 раз в сутки.

Необходимость большого перепада давлений перед элеватором заставляет искать другую схему для массового присоединения отопительных систем, которая бы давала возможность обеспечить Высокий коэффициент смешения при значительно более низких перепадах давления на тепловых пунктах. Такой схемой является схема с насосным смешением, которая используется в тепловых сетях СССР с первых дней их зарождения. Она нашла применение во всех тех случаях, когда располагаемый перепад давлений на тепловом пункте не обеспечивает при установке элеватора необходимый коэффициент смешения. Это главным образом весьма разветвленные системы крупных, протяженных зданий с большой потерей напора, системы надстроенных и реконструированных зданий, системы промышленных объектов и пр.

В некоторых случаях с помощью установки центробежного насоса одновременно со смешением достигается повышение давления в подающей линии теплового пункта для залива системы высокого здания или, наоборот, понижение давления в обратной линии теплового пункта при высоком давлении воды в наружной сети.

Указанные три принципиальные схемы включения центробежных насосов приведены на рис. 3-5. Эти схемы, несмотря на их большую универсальность по сравнению со схемой с элеватором, не нашли широкого применения. Так, в Московской теплосети по схеме с насосами присоединено около 9% потребителей, их тепловая мощность составила всего 14% от суммарной. В большинстве сетей эксплуатационный персонал, считая эти схемы дорогими в эксплуатации, стремится перевести их на элеваторы. Основная причина этого лежит в отсутствии насосов нужной производительности и напора, в плохом исполнении насосов, в выпуске насосных агрегатов без комплектующей пусковой аппаратуры и защитных устройств. Тепловая мощность отопительной системы редко превышает 400 тыс. ккал. Следовательно, максимальная производительность такого циркуляционного насоса не должна превышать 20 г/ч при напоре около 2—5 м.

В настоящее время в эксплуатационных организациях установился совершенно ненормальный, но практически вынужденный порядок круглосуточного обслуживания персоналом циркуляционных отопительных насосов. Оправдание этому порядку лежит в плохом исполнении насосных агрегатов, отсутствии средств электрической защиты и больших трудностях в ремонте поврежденных электродвигателей. Применяемые насосные агрегаты, как правило, не соответствуют необходимым параметрам.

Обычной схемой включения насоса считается установка его на перемычке между обратной и подающей трубами теплового пункта (схема рис. 3-5, а). Основанием для этого является меньший расход электроэнергии на перекачку по сравнению со схемами на рис. 3-5, б и в.

Однако в концевых участках тепловой сети, где обычно применяются схемы присоединения со смесительными насосами, перепад давлений на только мал по величине, но подвержен суточным и сезонным изменениям. Эти изменения бывают иногда настолько значительными, что могут привести к недополучению необходимого расхода сетевой воды и тепла потребителем. Именно в этих случаях установка насоса по схемам рис. 3-5, бив позволяет при работе насоса получить необходимую дополнительную разность напоров для циркуляции воды в местной системе. Таким образом, за счет весьма умеренного перерасхода электроэнергии (и увеличения мощности насосного агрегата, если он устанавливается вновь) можно получить более надежную схему присоединения. Так же, как и в местных котельных, этот перерасход электроэнергии при небольших масштабах мощности вряд ли будет иметь какое-либо значение при анализе всех эксплуатационных затрат по теплоснабжению потребителя.

При графике тепловой сети 150—70 °С расход сетевой воды на отопление составит 12,5 т/ч на 1 Гкал/ч и расход подмешиваемой воды — 27,5 т/ч. Включение насоса по схемам 3-5,6 иве перекачкой сетевой и подмешиваемой воды 40 т/ч увеличивает подачу насоса на 45%. Однако фактическое увеличение подачи насоса будет меньше в связи с тем, что, как указывалось ранее, коэффициент смешения поддерживается на 15—25% выше расчетного.


Схема включения насоса не влияет на величину создаваемого им необходимого напора, так как насос в том и другом случаях должен преодолевать одну и ту же потерю напора в местной отопительной системе. Потеря напора, конечно, будет зависеть от превышения фактического коэффициента смешения над расчетным, но это превышение будет одинаково необходимым при всех схемах включения насоса.

Выбор между схемами включения 3-5, бив зависит от конкретных условий работы отопительной системы в заданной тепловой сети. Большее применение имеет схема рис 3-5, в, так как в концевых участках сети обычно имеет место повышенное давление в обратной линии тепловой сети. Независимо от рассмотренного случая схемы рис. 3-5 бив имеют и самостоятельное значение — схема б для присоединения высоких зданий, а схема в — при высоком давлении в обратной линии тепловой сети. Наличие насоса для подмешивания воды из обратной линии вместе с тем позволяет применять более совершенные схемы автоматизации, позволяющие более точно поддерживать необходимый тепловой режим. Для этого в принципе могут быть использованы те же технологические схемы автоматизации, которые были описаны для тепловых пунктов с отопительными подогревателями (рис. 3-1).

При схеме рис. 3-5, в отключение насоса приводит к немедленному повышению давления в отопительной системе. Если давление возрастет сверх рабочего для данной отопительной системы, то это может повлечь ее повреждение. Особенно опасны повреждения радиаторов в квартирах при высоких температурах подаваемой воды. При всех схемах насосного смешения отключение насосного агрегата приводит к поступлению горячей воды из тепловой сети непосредственно в отопительную систему, что может привести к ее повреждениям. Во избежание этого необходимо предусматривать защитное устройство, которое бы отключало отопительную систему при полной остановке всех насосных агрегатов. Такое устройство достаточно сложно. Необходимость его, а также обязательной установки вместе с рабочим и резервного насосного агрегата, требование повышенной надежности в электроснабжении приводят к мысли о возможности сочетания схем с элеватором и центробежным насосом (рис. 3-6). В этом случае выход из работы центробежного насоса может лишь привести к понижению коэффициента смешения, но не снизит его до нуля, как при схемах с насосным смешением. С помощью такой схемы можно осуществить ступенчатое температурное регулирование в зоне высоких температур наружного воздуха.


Длительность периода стояния tR от 4 до 10 °С может быть весьма продолжительной и достигать тысячи и более часов за отопительный период. В дальнейшем продолжительность этого периода будет еще больше увеличена за счет перехода на отопление начиная с 12 °С. Перерасход тепла на отопление в этот период нежелателен, особенно по санитарным соображениям. Установка центробежного насоса на вводе с нормально работающим элеватором позволяет при включении насоса получить значительное повышение коэффициента смешения и тем снизить температуру подаваемой в систему воды. Работа насоса лишь в теплое время отопительного сезона в 4—5 раз увеличивает его межремонтный период.

На рис. 3-6 приведены три модификации указанной схемы Вариант а может применяться только в том случае, если потери напора в остановленном насосе весьма невелики и не могут дополнительно заметно снизить коэффициент смешения элеватора. При работе по схеме в при малых перепадах давления перед элеватором необходимо перекрывать задвижку на всасе элеватора.

Другой схемой, которая может обеспечить двухступенчатое регулирование в зоне высоких температур наружного воздуха, является ввод с двумя элеваторами (рис. 3-7). Отключение верхнего на схеме элеватора ведет к одновременному снижению расхода сетевой воды и заметному повышению коэффициента смешения из-за уменьшения потерь напора в системе отопления. Каждый элеватор может быть рассчитан на 50% расхода воды, либо один на 30—40%, а второй—на 60—70%. Принципиально возможна разработка для этого случая элеватора с регулируемым соплом.

При проектировании зависимых схем присоединения встречаются случаи, когда давление в обратной линии у потребителя оказывается ниже необходимого гидростатического давления для системы отопления. В этом случае на обратной линии должен быть установлен регулятор давления, который и должен поддерживать необходимое давление в отопительной системе. Регулятор давления может также предотвратить спуск, воды из отопительной системы через обратную линию. Чтобы полностью сохранить воду в системе, схема присоединения дополняется обратным клапаном на подающей трубе. Сохранение воды в системе особенно важно при повреждениях наружных сетей большого диаметра, связанных с большой утечкой воды.

На всех приведенных выше схемах присоединения отопительных систем по зависимой схеме показана установка регуляторов расхода. На схемах с элеватором регулятор должен обеспечивать постоянство расхода сетевой воды, в схемах с насосами он может поддерживать расход сетевой воды переменным в соответствии с заданной программой.


В обычной практике проектирования выбор схем присоединения определяют расчетные и текущие величины давлений в точке присоединения. По наиболее простой схеме присоединения с элеватором подключаются все отопительные потребители, у которых давление в обратном трубопроводе меньше 6,0 кгс/см2, а разность давлений в подающем и обратном трубопроводах больше 2,0 кгс/см2. Схемы с насосным смешением и, особенно, с подогревателями применяются как исключение.

Такой подход к выбору схем присоединения не учитывает всех возможных режимов работы сетей. Он допустим лишь в небольших сетях. Эти сети работают при небольших рабочих давлениях с малыми потерями давления, имеют большую гидравлическую устойчивость. В этих условиях зависимая схема с элеватором, обеспечивая минимум эксплуатационных затрат на обслуживание, не имеет существенных недостатков, особенно если горячее водоснабжение проводится по отдельным трубам.

Режим протяженной сети в отличие от этого связан с наличием больших абсолютных давлений; тепловая сеть имеет весьма низкую гидравлическую устойчивость (см. гл. 4). В таких сетях отключение какой-либо части сети (например, для ремонта) ведет к резкому изменению давлений. Неправильные действия персонала при включении и отключении становятся особенно опасными.

В условиях, когда отопительные системы с чугунными радиаторами присоединяются к большой разветвленной сети, наиболее предпочтительной схемой присоединения считается независимая, при которой неопасно повышение давления в обратной линии сети, обеспечено постоянство давления и расхода в системе отопления, снижается необходимый напор на вводе, сохраняется вода в системе отопления при авариях в наружной сети. Положение значительно меняется, если отопительные системы оборудованы стальными конвекторами. Такие системы могут испытываться на 9—10 кгс/см2 и имеют весьма небольшой объем воды.

Маневренные возможности схемы с одним элеватором крайне ограничены из-за недостаточного коэффициента смешения. Это практически исключает возможность местного регулирования на вводах. Постоянство расхода воды в системе отопления приводит к необходимости постоянного режима давлений в тепловой сети, что крайне трудно осуществляется в протяженной тепловой сети. По условиям местного регулирования дополнение элеватора бесшумными насосами (рис. 3-6) весьма целесообразно.

Необходимость сохранения постоянства расхода воды в системе отопления, конечно, не может рассматриваться буквально. Однако произвольные и большие отклонения от него в зданиях с малой аккумулирующей способностью ведут к нерасчетным колебаниям температур воздуха в отапливаемых помещениях. Исходя из этого, необходимость установки на отопительных вводах регуляторов расхода воды определяется гидравлическим режимом сети, точнее, величиной возможных отклонений напоров от нормы. Выше (см. гл. 1) указывалось, что некоторые системы отопления допускают глубокие изменения в расходе циркулирующей воды без нарушения теплового режима. При таких системах возможно снижение отпуска тепла именно сокращением расхода воды.

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

Экспертиза

на главную