ВЛИЯНИЕ ОДНОТРУБНОГО ПИТАНИЯ ГОРОДСКИХ СЕТЕЙ НА ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Наличие однотрубных вводов в город и его районы сказывается на конфигурации и характеристиках внутригородских и внутрирайонных тепловых сетей, которые в данном случае остаются двухтрубными (с непосредственным водоразбором).
До настоящего времени такие двухтрубные сети проектируются, как правило, с элеваторным присоединением отопительных потребителей. Это вынуждает независимо от экономической целесообразности ограничивать высшую температуру воды в тепловой сети 150° С, хотя уже при такой температуре из-за повышенного коэффициента смешения элеваторных узлов приходится предусматривать большие напоры на вводах (до 12—18 м). Повышение напоров приводит к снижению эффективности схемы, так как означает перерасход электроэнергии на перекачку теплоносителя. Отсюда возникли различные предложения о присоединении последних» потребителей сети по независимой схеме, через теплообменники или через смесительные насосные узлы. Трудность заключается в определении понятия последних» потребителей, так как в правильно рассчитанной идеальной тепловой сети все напоры гасятся соответствующим выбором диаметром магистралей и ответвлений и по этой причине любой потребитель может рассматриваться как последний. Кроме того, происходит изменение конфигурации сети при присоединении дополнительных потребителей, часто не предусмотренных проектом.
Несомненно, что ограничение температуры воды величиной 150° С не сказывается на экономике двухтрубных сетей при питании их от турбин типа ВТ, для которых верхний предел нагрева воды не превосходит 110—115° С. Иначе обстоит дело в случае ввода в район магистрали с температурой воды 180° С, что вызывается условиями однотрубного транспорта тепла. Необходимо в таких случаях выяснить, что целесообразнее: температура воды сети не выше 150° С с сохранением схемы элеваторного присоединения или повышение температуры до 180° С -с переходом на независимое или насосное присоединение. Первое решение дает более дешевые вводы, второе — более дешевые сети.
Для района с нагрузкой 200 Гкал/ч теоретическое снижение затрат на тепловые сети составит в этом случае 1 800 руб) Г к ал.
Современные домовые элеваторные отопительные вводы, как известно, обходятся примерно в такую же сумму. Таким образом, повышение температуры воды будет целесообразно в тех случаях, когда усложнение ввода, вызванное таким повышением, не превышает по затратам стоимость обычного ввода. Можно считать, что одно это обстоятельство может привести к более широкому переводу внутрирайонных сетей на температуру воды 180° С при наличии однотрубного ввода в район.
Однако этим не ограничивается влияние схемы ввода в район. Действительно, при переходе на независимое присоединение отопительных нагрузок отпадает наиболее сложный вопрос о необходимости сохранения постоянства расхода воды на вводах. Схемы с независимо мыми вводами в значительно большей мере пригодны для осуществления количественно-качественного регулирования.
Итак, наличие однотрубных вводов способствует снижению затрат на двухтрубные внутрирайонные сети и переходу на независимые отопительные вводы. Это в значительной мере облегчает задачу перехода на однотрубные вводы в тех городах, где тепловые сети выполнены двухтрубными замкнутыми, а вводы — по наиболее экономичной из закрытых схем, схеме с двумя последовательными подогревателями. По действующим нормам расчета систем горячего водоснабжения теплообменники на вводе в дом должны рассчитываться на максимальный расход воды, определяемый с учетом коэффициента одновременности действия приборов горячего водоснабжения. Для средних условий обеспечения горячей водой максимальный расход тепла на горячее водоснабжение оказывается близким к максимальному расчетному расходу тепла на отопление жилого здания. Сравним необходимую поверхность нагрева теплообменников горячего водоснабжения по двухступенчатой схеме с поверхностью нагрева теплообменника, рассчитанного на присоединение отопительной нагрузки при повышения температуры греющей воды до 180° С. В первом случае каждая из двух ступеней нагрева должна рассчитываться на максимальную нагрузку, так как в наиболее холодный день работает только первая ступень (на холодной отопительной воде), летом — только вторая ступень. При нагреве бытовой воды из водопровода зимой с 5 до 60° С, а летом с 15 до 60° С водой в первой ступени, имеющей температуру 70° С, и соотношении нагрузок отопления и горячего водоснабжения, принятом выше, средняя разность температур в теплообменнике составит около 20° С. Такая же разность температур будет иметь место и во второй ступени — летнем» теплообменнике. С другой стороны, для теплообменника отопительного типа, рассчитанного на перепад температур греющей воды 180—75°С и нагреваемой воды 95—70° С, средняя разность температур составляет 28,5° С. Кроме того, коэффициенты теплопередачи в таком теплообменнике увеличиваются по сравнению с бытовым теплообменником за счет более высокого уровня температур и соответствующего изменения физических постоянных воды.
Нетрудно убедиться в том, что поверхность отопительного теплообменника в 3 раза меньше суммарной поверхности двух ступеней бытовых теплообменников, что и подтверждается проектными расчетами. Итак, переход к независимой схеме для установок, оборудованных двухступенчатыми подогревателями горячего водоснабжения, означает лишь необходимость снятия излишней поверхности нагрева теплообменников (2/з) и небольшие изменения схемы присоединения, что не связано с большими затратами. Освободившиеся стандартные теплообменники могут быть использованы для новых абонентских узлов (рис. 19 и 20).
Из схемы рис. 20 видно, что вода, охлажденная в отопительном теплообменнике, может быть либо возвращена в тепловую сеть, либо использована для нужд горячего водоснабжения по схеме непосредственного водоразбора. При однотрубном вводе в район отпадает вопрос о расчете теплообменника на максимальную нагрузку горячего водоснабжения, так как количество воды, возвращаемой из теплообменника, всегда более чем достаточно для удовлетворения бытового теплового потребления. Необходимые аккумулирующие устройства, как и во всех остальных случаях применения непосредственного водоразбора, могут быть размещены либо у каждого из абонентов на обратной линии, узлах смещения воды из однотрубного ввода с обратной водой двухтрубной сети, т. е. в точке расположения пиковой котельной.
Общей схеме теплоснабжения с однотрубным вводом (рис. 21) соответствует график температур (рис. 22), на котором нанесены также и относительные расходы теплоносителя. Следует учесть, что в наиболее холодные дни (число часов не превышает в средней полосе 300 в году) расход воды в двухтрубной сети увеличивается 1,0 (180—60).
Этому соответствуют увеличение сопротивления сети в 2 раза и увеличение потребной мощности насосов примерно в 3 раза. Такое увеличение может быть достигнуто, например, установкой двух электродвигателей на валу одного насоса со скоростями вращения 1 000 и 1 500 об/мин или одного двухскоростного двигателя.
В новых районных планировках стремятся отказаться от индивидуальных вводов горячего водоснабжения в дома, предпочитая этому решению организацию в пределах квартала специальной разводящей сети горячего водоснабжения от центральной подогревательной установки. Отопительные же иноды при элеваторном присоединении доводятся до каждого дома в отдельности. Такое решение, допустимое при температуре в подающей магистрали не выше 150° С, становится невозможным при переходе на 180° С. В этом случае возникает вопрос о целесообразности осуществления одного ввода в квартал не только для горячего водоснабжения, но и для отопительных нужд. Вместо центральной подогревательной установки в квартале создается центральная установка, предназначенная для нагрева отопительной воды и одновременного охлаждения воды, идущей в разводящую сеть горячего водоснабжения. Как уже указывалось, поверхности таких подогревателей примерно в 3 ?аза меньше необходимых поверхностей подогревателей горячего водоснабжения. Недостатком такой централизации, естественно, является необходимость разводки в пределах квартала двух низкотемпературных» сетей: для отопления 95—70° С и для горячего водоснабжения 60° С с рециркуляцией в размере примерно 25% для поддержания необходимой температуры у концевых потребителей. По сравнению с общепринятой для новых московских кварталов сетью имеет место увеличение диаметров отопительных внутриквартальных сетей в отношении
Однако практически увеличение диаметров будет менее значительным по следующим соображениям: во-первых, внутриквартальные сети при насосной циркуляции в них могут рассчитываться на повышенные потери напора. Так, при применении диагональных насосов с напорами 10—12 м и среднем радиусе транспорта воды в квартале 350 м можно допустить потери давления до 10—12 мм вод. ст. на 1 пог. м. Из-за необходимости почти одинаковых строительных работ для прокладки теплопроводов как по схеме 160 — 70° С, так и по схеме 95—70° С общие, затраты увеличиваются в меньшей степени, чем диаметры. Наконец, возможно достижение большой экономии на строительстве разводящих сетей горячего водоснабжения, так как эти сети в настоящее время должны проектироваться с минимальными потерями давления в них. Причиной является необходимость поддержания давления со стороны горячей воды на вводе возможно более близким к давлению водопровода, между тем как горячая вода, прошедшая через теплообменник, неизбежно уже имеет пониженное давление по сравнению с холодной водой из водопровода. При переходе на непосредственный разбор из тепловой сети избыток давления в разводящей сети всегда может быть погашен уменьшением диаметров. Диаметры же разводящих сетей горячего водоснабжения в настоящее время относительно велики, поэтому и экономия при их уменьшении может в значительной мере компенсировать перерасход по отопительным сетям квартала.
Все эти соображения говорят в пользу централизации теплоснабжения квартала (или небольшого микрорайона). Однако необходимо учесть еще и эксплуатационные выгоды новой схемы, а именно:
1. Вода для горячего водоснабжения отбирается непосредственно из тепловой сети, не проходит через радиаторы отопительных систем и, таким образом, не загрязняется, что решает в полной мере применимость воды для бытовых нужд.
2. Количество вводов, находящихся в ведении тепловых сетей, сокращается в отношении, равном числу зданий в квартале, т. е. более чем в 10 раз.
3. Соответственно сокращаются количества автоматической аппаратуры, учетных приборов и тепломеров, а также необходимое число обходчиков абонентских вводов.
4. Отпадает необходимость оставления специальных подвальных помещений в зданиях для размещения вводов.
5. Низкотемпературные тепловые сети в пределах квартала могут быть в большей степени, чем раньше, выполнены с применением неметаллических труб (например, асбоцементных, хлорвиниловых и т. п.).
Учитывая очень высокую стоимость существующих вводов с теплообменниками (до 12 тыс. руб/Гкал/ч) и центральных подогревательных установок горячего водоснабжения, обходящихся по проектам Моспроекта до 5 000 руб/Гкал, можно утверждать, что даже существенное удорожание внутриквартальных тепловых сетей при переходе на центральные вводы может окупиться в небольшой срок.
Итак, переход на однотрубные вводы позволяет достигнуть существенных преимуществ и в той части сети, которая остается двухтрубной.
Однотрубные системы тепловых сетей. Сборник статей под редакцией Громова Н. К. 1962
