СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ И ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Качество теплоснабжения потребителей и экономические показатели сооружения и эксплуатации систем централизованного теплоснабжения во многом зависят от технологических особенностей примененных местных систем и установок потребителей, от качества выполнения и организации их эксплуатации. Они зависят от степени взаимной увязки между местными системами и тепловыми пунктами потребителей, с одной стороны, и тепловой сетью и источником тепла, с другой. Экономический оптимум системы централизованного теплоснабжения в целом должен быть определяющим при выборе отдельных ее частей.

Системы централизованного теплоснабжения с каждым годом получают все большее и большее распространение. Если 8—10 лет назад к таким системам присоединялись в основном старые здания, местные системы которых рассчитывались и работали прежде от домовых котельных, то уже теперь преобладающее значение получают вновь сооружаемые здания без котельных. Все местные системы таких новых зданий, казалось бы, должны быть рассчитаны на работу от крупных протяженных тепловых сетей. Между тем проектирование всех местных систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения новых зданий ведется совершенно независимо от того, от каких источников тепла и от каких тепловых сетей будут работать эти новые здания.

В довоенный период преимущественно применялись двухтрубные системы отопления как с верхней, так и с нижней разводкой. При протяженных зданиях двухтрубные системы сооружались с попутным движением воды в целях выравнивания располагаемых напоров по циркуляционным кольцам. Работа таких систем, как известно, имела большие недостатки вследствие переменного влияния гравитационного давления в стояках (вертикальная разрегулировка) и наличия неувязок в напорах по циркуляционным кольцам при малом сопротивлении стояков (горизонтальная разрегулировка).

При теплоснабжении от индивидуальных котельных эти недостатки обычно не сказывались слишком резко и температурный режим отапливаемых помещений, оборудованных такими системами, был удовлетворительно равномерен. Такое благополучие объяснялось значительным повышением расхода циркулирующей воды по отопительной системе. Это достигалось форсировкой работы циркуляционного насоса. Увеличение расхода воды прежде всего ведет к снижению перепада температур в системе, т. е. вместо расчетного перепада температур, например, 25 °С (95—70 °С) фактически перепад составляет 10—15 °С и температура подаваемой воды 80—85 °С. Отсюда заметное снижение величин гравитационного давления. Увеличение расхода позволяет довести до нормы расход воды через отдаленные от теплового пункта стояки. Правда, одновременно при этом еще более увеличивается расход воды через ближние стояки, однако увеличение расхода воды значительно меньше сказывается на тепловой отдаче нагревательного прибора, чем такое же уменьшение расхода. В табл. 2-4 приведены коэффициенты расхода тепла в зависимости от изменения расхода воды, подаваемой из сети, при различных температурных графиках.

При увеличении в отопительной системе расхода воды понижается средняя температура нагревательных приборов (график 75—70 °С вместо 95—70 °С) и теплоотдача их снижается. Однако имеющиеся запасы в теплоотдаче приборов (увеличенные против расчетных поверхности нагревательных приборов, внутренние тепловыделения) могут это понижение обычно компенсировать.

Так как увеличение расхода электроэнергии на перекачку воды в местной котельной невелико, то применяемый способ наладки двухтрубных систем, работающих от местной котельной, можно считать допустимым. Такой способ наладки даже приносит реальную экономию топлива, так как неравномерный тепловой режим обычно приводит к повышению средней температуры отапливаемых помещений и, следовательно, к перерасходу тепла. Если при хорошо работающей отопительной системе амплитуда температур воздуха в помещениях может составлять 2—3°С, то в плохо работающей системе амплитуда температур может достигать 5—6°С и средняя температура отапливаемых помещений может быть завышена против нормы на 1,5 °С. Для средней полосы СССР такое повышение средней температуры равносильно 6% перерасхода тепла.

Недостатки в регулировке двухтрубных систем отопления, большая трудность в обеспечении равномерного температурного режима в отапливаемых ими помещениях резко проявились при эксплуатации крупных систем централизованного теплоснабжения. В протяженных тепловых сетях всякий перерасход сетевой воды потребителями неизбежно приводит к перегрузке сети, в результате чего концевые потребители не могут получить даже нормы расхода сетевой воды.

Увеличение расхода циркулирующей в системе воды наиболее правильно получить путем увеличения (против нормы) коэффициента смешения, однако для этого при обычно устанавливаемых для смешения элеваторах необходимо иметь весьма значительную разность давлений на тепловом пункте. Повышение расхода циркулирующей воды в системе отопления, например, в 1,4 раза требует увеличения напора перед элеватором более чем в 3 раза, что невозможно для большинства тепловых пунктов.

Большие теоретические и экспериментальные работы по улучшению функционирования двухтрубных систем отопления были проведены проф. В. К. Дюскиным в АКХ. Им было предложено вместо обычно устанавливаемых на нагревательных приборах кранах двойной регулировки применять краны повышенного сопротивления. Такие краны в настоящее время нормализованы под названием регулирующих проходных дроссельных кранов (ГОСТ 10944—64). Размер рабочего отверстия в кранах выбирается соответственно нормальному расходу воды для установленного нагревательного прибора при падении напора, равном 100—300 кгс/см2. Введение в каждый нагревательный прибор дополнительного сопротивления значительно повышает гидравлическую устойчивость двухтрубной системы, особенно значительно снижая ее вертикальную разрегулировку. Надо полагать, что история развития двухтрубных систем отопления не закончена.

Большие работы по теории и практике расчета однотрубных систем отопления, проведенные в научно-исследовательских и проектных институтах, позволили в послевоенный период перейти на их применение в новом строительстве. Простота заготовки и монтажа однотрубных систем отопления, а отсюда и резкое снижение трудоемкости работ по монтажу послужили самым убедительным доводом в пользу их применения.

В настоящее время применяются самые разнообразные схемы однотрубных систем. Широкое применение нашли системы с замыкающими участками без сжима. Для регулирования нагревательных приборов на стояках в местах ответвления к приборам устанавливаются краны двойной регулировки. В таких системах нередко принимается увеличенный перепад температур 35 °С (105—70 °С), причем высокая температура воды срабатывается в подъемных стояках, из которых горячая вода попадает в нагревательные приборы через нижние пробки.

По самому принципу устройства однотрубные системы, конечно, имеют значительно большую гидравлическую устойчивость, нежели системы двухтрубные. Этому способствует значительное увеличение допускаемых потерь напора в однотрубных стояках. Однако увеличение гидравлической устойчивости однотрубных систем отопления, к сожалению, не означает полной независимости их работы от расхода воды и температурного режима. Причиной разрегулировки однотрубных систем отопления является разное изменение коэффициентов теплопередачи Отопительных радиаторов, расположенных последовательно по этажам здания.

По исследованиям ряда авторов для правильного функционирования однотрубных систем, так же как и двухтрубных, необходимо проводить режим количественно-качественного регулирования. Режим качественного регулирования, т. е. при постоянном расходе циркулирующей воды, приводит к непропорциональному изменению теплоотдачи нагревательных приборов, к разрегулировке системы. Однако изменение температур в отапливаемых помещениях вследствие этого не превышает в пределе ±0,5 °С, что следует признать в практических условиях достаточно удовлетворительным. Влияние изменений расхода циркулирующей воды в однотрубной системе отопления на коэффициент расхода тепла приборами по расчетам Ю. П. Соколова [Л. 16] приведено в табл. 2-5 (для режима при tn.p).

Изменение расхода циркулирующей воды наиболее резко отражается на теплоотдаче последних приборов стояка: уменьшение расхода вдвое снижает теплоотдачу на 30%, увеличение расхода в 2 раза увеличивает ее на 10%. На теплоотдачу первых приборов изменение расхода циркулирующей воды практически не влияет, их теплоотдача изменяется от температуры поступающей в систему горячей воды.

При работе однотрубной системы отопления от смесительного узла изменение коэффициента смешения изменяет как расход циркулирующей в системе воды, так и ее температуру, т. е. влияет на теплоотдачу как первых, так и последних приборов. Влияние коэффициента смешения на теплоотдачу нагревательных приборов иллюстрируется при режиме fH.p табл. 2-6.

Таблица показывает, что заметного изменения теплоотдачи приборов можно добиться лишь очень резким изменением коэффициента смешения, что практически исключает возможность применения такого способа в чистом виде. Изменения теплоотдачи последних приборов можно добиться одновременным изменением расхода сетевой воды и коэффициента смешения.

Теория работы современных однотрубных систем показывает, что они при правильном монтаже и наладке достаточно удовлетворительно могут работать при нормальном расчетном расходе циркулирующей воды. Однако в практических условиях при работе таких систем от тепловых сетей весьма часто можно наблюдать значительную амплитуду колебаний температур отапливаемых помещений, доходящую до 4—7 °С, что при выдерживании нижнего предела на уровне 18—19 °С приводит к заметному перерасходу тепла.

Причинами таких нарушений в тепловом режиме отапливаемых зданий могут являться: изменения расчетных теплопотерь отдельных помещении из-за нестандартности теплотехнических качеств выпускаемых сборных стеновых элементов заводского производства; усиленная инфильтрация наружного воздуха из-за неплотностей; недоброкачественный монтаж и слишком частые случаи самовольного изменения жильцами поверхности нагревательных приборов. Совершенно неудовлетворительно качество выпускаемых регулировочных кранов для нагревательных приборов, в результате потребитель полностью лишен возможности защитить себя от перегрева помещений, а это иногда не дает возможности обеспечить нормальный режим -прогрева последующих приборов.

Системы воздушного отопления могут применяться как с централизованным, так и с местным, поквартирным подогревом. Могут быть разработаны и системы со смешанным подогревом — первоначальным в центральных калориферах, и с доводкой до нужной, индивидуальной, температуры — в местных квартирных калориферах- доводчиках.

Такие системы гфедставляются особо желательными, поскольку могут обеспечить более хорошие условия как для жителей, так и для крупных теплоснабжающих систем (высокая прочность, малый объем воды, низкий уровень температур возвращаемой сетевой воды). Применение систем поквартирного воздушного отопления может создать реальные условия для применения однотрубных тепловых сетей [Л. 7]. Следует сказать, что внедрение систем воздушного отопления ставит весьма высокие требования к промышленности (прочные, многоходовые калориферы, бесшумные экономичные вентиляторы, долговечные фильтры), к монтажу оборудования и воздуховодов, к эксплуатации. Современный уровень оборудования, санитарно-технических работ и эксплуатации пока еще далек от необходимого.

Весьма удачно с помощью воздушного отопления разрешено отопление лестничных клеток. Для этого устанавливаются стальные конвекторы, предвключенные перед смесительным узлом (обычно элеватором) системы отопления. Такие установки, обеспечивая хорошее отопление лестничных клеток, вместе с тем совершенно ликвидируют опасность замерзания радиаторов и несколько понижают необходимый коэффициент смешения элеваторов. Обычно перепад температур в таких конвекторах составляет около 7—-12°С.

Практически полное избавление от горизонтальной разрегулировки дают применяемые в Москве посекционные системы водяного отопления. Каждая такая система отапливает одну секцию жилого дома и имеет свой самостоятелный узел смешения с элеватором, который непосредственно присоединяется к разводящей сети от центрального теплового пункта микрорайона, проходящей в подвале этого же здания. Расчетные потери напора в таких системах обычно не превышают 300—400 кгс/м2, что может иметь значение в конечных участках тепловых сетей.

Высокая стоимость протяженных магистральных теплопроводов (15—20 тыс. руб. на присоединенную 1 Гкал/ч) по закону учета сопряженных затрат на сооружение системы централизованного теплоснабжения должна быть учтена при выборе параметров местных установок. Это должно касаться, в частности, выбора температуры обратной воды от систем теплоснабжения, рабочего давления теплоприемников и их емкости. Вопрос о правильном технико-экономическом выборе расчетной температуры обратной воды от систем отопления обсуждается уже очень давно. По исследованиям целого ряда авторов расчетная температура воды от систем отопления и вентиляции не должна превышать 40—50°С вместо обычно принимаемой в настоящее время 70 °С. То же касается и калориферных установок.

Очень важным показателем местных сиётёй с пригодности в крупных системах теплоснабжения является величина их рабочего давления. Особое значение это приобретает в условиях аварийных режимов. Недостаточное рабочее давление чугунных радиаторов вынуждает ставить вопросы перевода таких систем на независимое присоединение.

В последние годы все большее применение в качестве нагревательных приборов находят конвекторы и замоноличенные регистры из стальных труб. Конвекторы плинтусного типа без кожухов системы Я. И. Кравцова и Н. Е. Пащенко испытываются, как и замоноличенные регистры в панелях, на 10—12 кгс/см2. Необходимо поднять рабочее давление и для калориферов. Конвекторы и отопительные панели с регистрами отличаются хорошим использованием металла (стали) и малым объемом водяного пространства (по сравнению с чугунными радиаторами).

Емкость систем отопления особенно важна для закрытых систем теплоснабжения, где мощность водоподготовительных установок (умягчение, деаэрация) обычно весьма ограничена. Емкость внутренних отопительных систем при перепаде температур 95—70° С в зависимости от типа нагревательных приборов приведена ниже:

Емкость систем отопления с конвекторами и калориферами в 3—4 раза ниже, чем с радиаторами.

Очень важными условиями надежной работы местных систем теплоснабжения являются следующие, предписанные СНиП Н-Г. 7-62. Подающие и обратные трубопроводы должны прокладываться отдельно для систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и производственных нужд. Выполнение этого условия позволяет произвести правильный расчет этих трубопроводов и, что особенно важно, организовать легкий контроль за распределеним циркулирующей воды по отдельным системам. У отопительных приборов должна предусматриваться установка надежно действующей арматуры, обеспечивающей монтажную и эксплуатационную регулировку.

Как указывалось выше, системы отопления должны проектироваться и сооружаться так, чтобы монтажная регулировка была не нужна. Эксплуатационная регулировка необходима во всех случаях. Для гидравлической регулировки, отключения и опорожнения отдельных колец, веток и стояков должна предусматриваться установка запорно-регулировочной арматуры. В зданиях выше трех этажей такая арматура должна устанавливаться на каждом стояке. Установка арматуры (краны типа «Косва») по стоякам создает возможность горизонтальной регулировки систем и особенно важна при ремонтах систем в отопительный период, так как дает возможность продолжать отопление большинства стояков и уменьшает потери воды из тепловой сети. Весьма важно, чтобы конструкция и качество изготовления устанавливаемых кранов позволяли обеспечить их плотное закрытие.

В жилых и общественных зданиях применяются циркуляционные системы горячего водоснабжения. В стояки обычно врезаются полотенцесушители, т. е. нагревательные приборы для дополнительного отопления ванных комнат.

Гидравлический режим таких систем весьма сложен как при распределении горячей воды по точкам водоразбора, так и при распределении циркуляционного расхода по стоякам. Обычно никакого распределения ни того ни другого не делается, результатом чего часто является отсутствие горячей воды на верхних этажах и в наиболее удаленных стояках. Для исключения такого явления необходимо диафрагмировать водоразборные краны на нижних этажах и первые по ходу воды циркуляционные стояки. Диафрагмы следует вмонтировать в краны, чтобы иметь возможность их прочистки.

Особенно важное значение имеет наладка циркуляции в групповых закрытых системах горячего водоснабжения, например от ЦТП. Здесь к трудностям распределения воды по стоякам здания добавляются еще затруднения при распределении циркуляционного расхода по зданиям, расположенным на различном расстоянии от ЦТП. Поскольку здания, получающие тепло от одного ЦТП, сооружаются обычно не сразу, а в течение нескольких лет, наладка режима циркуляции, например, путем диафрагмирования требуется многократная. Вместо этого обычно как при индивидуальных, так и при групповых системах предусматривается установка более мощного циркуляционного насоса и форсируется его работа. Результатом этого часто является дополнительная загрузка подающего трубопровода горячей воды, что вызывает перебои в подаче воды на верхние этажи. Кроме того, усиленная циркуляция приводит к завышению температуры воды в циркуляционном трубопроводе, что бесполезно увеличивает расход воды в наружных тепловых сетях.

В Москве в некоторых групповых системах от ЦТП отказались от прокладки самостоятельных -разводящих линий горячего водоснабжения в зданиях и присоединяют стояки непосредственно к разводящим сетям. Таким образом, несколько сотен стояков оказываются параллельно подключенными к трубопроводам, что совершенно исключает возможность наладки циркуляции в такой системе. Вполне естественно, что циркуляция осуществляется интенсивно через ближайшие стояки и совершенно не затрагивает последние. Перегрузка подающих линий из-за отсутствия ограничителей расхода и интенсификации циркуляции создает перебои в подаче воды на верхние этажи дальних зданий. При значительной перегрузке вода в дальние здания поступает не только из подающих линий, но и из циркуляционных, т. е. охлажденная. Необходимо, чтобы каждый дом имел отдельную систему горячего водоснабжения (при большом количестве секций — несколько систем).

Рекомендуемое групповое присоединение стояков (два-три подающих и один циркуляционный) также может полностью себя оправдать лишь при самостоятельных разводящих линиях в каждом здании.

Весьма заманчивым является предложение о ликвидации циркуляционных линий, что позволило бы значительно расширить размеры кварталов, присоединяемых через ЦТП. Что такая постановка вопроса закономерна, доказывает практика работы систем горячего водоснабжения при непосредственном водоразборе. Для этого можно, например, переключить полотенцесушители на систему отопления, а в летнее время перейти на электроподогрев, так как повышенная температура в ванных комнатах нужна практически лишь кратковременно, во время приема ванны.

При отсутствии движения воды ее остывание определяется диаметром трубы, наличием тепловой изоляции и температурой окружающей среды. Остывание воды в трубах сравнительно большого диаметра, расположенных в сухих подземных каналах, совершенно незначительно. Практически быстрое остывание воды имеет место лишь в неизолированных стояках домовой системы. Диаметр стояка такой системы, например, в девятиэтажном здании обычно составляет 25 мм и объем воды на один этаж—1,5 л. В самом неблагоприятном случае — спуске охлажденной воды всех девяти этажей — время спуска при норме 10,0 л/мин составит немногим более 1 мин.

Возможно, что наибольшее количество жалоб на недостатки горячего водоснабжения объясняется не столько режимом циркуляции, сколько слишком большими мгновенными расходами горячей воды, вызванными одновременным открытием незадиафрагмирован-ных кранов.

Интенсивная внутренняя коррозия подземных трубопроводов горячего водоснабжения является самым существенным недостатком групповых систем. Помимо сквозных свищей продукты коррозии совместно с накипью в ряде случаев способствуют зарастанию труб и арматуры. Работы по предохранению групповых систем горячего водоснабжения должны всемерно форсироваться. Особое внимание следует уделить методам деаэрации — атмосферной и вакуумной, а также обработке воды жидким стеклом.

При местных котельных системы горячего водоснабжения прежде обычно монтировались с баками горячей воды на чердаках. Баки при этом могут рассчитываться лишь на гидростатическое давление и выполняют функции деаэраторов. Частичная деаэрация воды в таких баках значительно • замедляет процессы внутренней коррозии систем горячего водоснабжения. Это обстоятельство послужило причиной относительной долговечности систем горячего водоснабжения в домах старой постройки с верхними баками. Возврат к строительству зданий с чердаками позволяет вернуться и к установке верхних баков. Отсутствие местных баков у потребителей значительно снижает качество теплоснабжения в централизованных системах.

Трубопроводы горячего водоснабжения должны сооружаться из стальных оцинкованных труб с соединением на сварке в среде углекислого газа. Должна предусматриваться установка запорной арматуры на всех ответвлениях от магистралей, на подающих и циркуляционных линиях стояков (для зданий выше трех этажей), на групповых и индивидуальных ответвлениях к квартирам. Вся арматура должна быть устойчивой к температурным воздействиям воды.

Все подогревательные и смесительные установки горячего водоснабжения, работающие от тепловых сетей, должны иметь автоматическое регулирование температуры, подаваемой в систему горячей воды. Только хорошая работа авторегуляторов может обеспечить стабильность температуры подаваемой воды, столь необходимую в системах горячего водоснабжения,

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