ВОЗМОЖНОСТИ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ОДНОТРУБНЫХ СИСТЕМ В ПРЕДЕЛАХ РАЙОНА ИЛИ КВАРТАЛА ГОРОДА
Для осуществления однотрубных систем с полным отказом от прокладки обратных магистралей предлагаются различные решения:
1) повышение температуры воды, поступающей в систему отопления здания, для уменьшения расхода воды на отопление и приведения его в соответствие с расходом на горячее водоснабжение;
2) снижение температуры воды за отопительной системой с той же целью или совместное использование обоих факторов;
3) снижение температуры воды для горячего водоснабжения для возможности при той же температуре воды в подающей магистрали удовлетворить большую часть теплового отопительного потребления в расчетном режиме;
4) переход на повышенные нормы потребления горячей воды на бытовые нужды;
5) изыскание новых потребителей излишков горячей воды для технологии и быта.
Первое предложение само по себе не дает какого-либо эффекта, так как расход воды в однотрубной магистрали, рассчитанный на работу без слива, определяется только высшей расчетной температурой воды и соотношением нагрузок горячего водоснабжения и отопления. Поскольку верхний температурный предел практически ограничен статическим давлением в сети, то даже небольшое его увеличение потребует либо увеличения диаметров теплопроводов для уменьшения динамических потерь давления, либо применения промежуточной перекачки воды, т. е. повышенных начальных затрат и эксплуатационных расходов. Поэтому часто предлагается увеличение температуры на вводе в здание для увеличения перепада температур между подающей и обратной магистралями в здании, т. е. для сохранения средней температуры отопительного прибора и затрат на систему. Одновременно предлагается понизить температуру воды за приборами против существующих норм (например, с 70 до 50—55°С). Однако и в этом случае расход воды определяется только возможной отдачей воды на горячее водоснабжение и всякое увеличение расхода против необходимого неизбежно связано с частичным сливом воды ;в канализацию. Не касаясь вопроса о целесообразности перехода отопительных систем на новые параметры, можно утверждать, что к вопросу о необ-. ходимости обратных магистралей это изменение параметров не имеет прямого отношения, так как в подающей магистрали отопительной системы температура всегда выбирается более низкой, чем в однотрубном теплопроводе, а подмешивание в пределах системы может быть организовано независимо от решения вопроса об обратной магистрали.
Значительно важнее вопрос о действительно необходимой температуре воды для горячего водоснабжения снижение этой температуры всегда связано с увеличением расхода воды на каждую гигакалорию использованного тепла. На графике рис. 23 для расчета приняты температура подмешиваемой водопроводной воды 5° С и средняя температура воды, расходуемой на цели горячего водоснабжения, 35° С. Переход с 60 на 45° С, если бы он был возможен, увеличивал бы потребность в воде для горячего водоснабжения на 37%, т. е. мог бы сдвинуть точку, при которой балансируются расход воды и потребность в тепле на отопление и горячее водоснабжение, в сторону более низкой температуры наружного воздуха. В том же направлении действует и другой фактор — соотношение количеств тепла, которые отдаются на нужды отопления и горячего водоснабжения. Если при отдаче воды на горячее водоснабжение с температурой 60° С и расчетной температуре в теплопроводе 180°С отношение этих количеств тепла составляет 2: 1, то при отдаче воды с температурой 45° С оно увеличивается уже до 3 I. Это обстоятельство увеличивает долю тепла, которую может принять на себя однотрубная система, с 0,42 до 0,56 при сохранении в обоих случаях отношения расчетных расходов на отопление и горячее водоснабжение 86 : 14. Другая возможность использования понижения температуры воды с 60 до 45° С заключается в одновременном понижении температуры воды в подающей линии со 180 до 135° С при сохранении той же нагрузки, охватываемой системой однотрубного транспорта тепла. Это, несомненно, приведет к увеличению выработки электроэнергии на базе того же теплового потребления. Вопрос о том, что выгоднее: повышение расхода воды в теплопроводе при работе с пониженным температурным графиком или ограничение расхода с некоторой энергетической потерей, должен в каждом случае решаться технико-экономическим расчетом. Несомненно, что увеличение расхода воды на 37% приведет при прочих равных условиях к увеличению-затрат на теплопровод (примерно на 13%), что при значительном транзите тепла может поглотить выгоды от увеличения выработки электроэнергии на тепловом потреблении, которое дает экономию топлива примерно на 2% в год в целом по станции.
С точки зрения потребления в быту лишь небольшая часть воды расходуется при температурах, соответствующих температуре воды на вводе 60° С, в среднем же вода расходуется при 35—40° С. Поэтому возникают предложения о выделении специальной третьей, горячей, трубы с водой температурой 60° С, кроме теплой» воды 45°С и холодной водопроводной воды. Технически это. выполнимо, но связано с необходимостью совершенно новых внутридомовых систем разводки и удорожания этих систем.
По указанным причинам нельзя считать предложение о снижении температуры воды для горячего водоснабжения достаточно обоснованным с санитарной и технико-экономической точек зрения, тем более что это мероприятие не дает возможности полного отказа от обратной трубы, снижая лишь долю пиковой тепловой мощности в районе (например, с 58 до 44% суммарной тепловой нагрузки района).
Повышение нормы расхода воды на горячее водоснабжение означает возможность перехода на более низкую расчетную температуру воздуха, при которой достижим баланс тепла и воды для целей горячего водоснабжения и отопления. Однако на ближайшее время такое увеличение представляется мало реальным. Отношение расходов тепла, принятое выше для городов средней полосы 86: 14, получено на основе анализа проектных материалов, предусматривающих полное оборудование, жилых зданий ваннами и (нормальные условия расселения в городах. Несомненно, что рост удельной жилой площади и потребности ib горячей воде будет идти параллельно, но трудно рассчитывать на серьезное изменение этого соотношения, о чем уже говорилось вначале. В основу норм горячего водоснабжения положен расход тепла 200 ккал/ч в среднем за неделю зимой на 1 жителя города или около 75 л/сутки воды при 60° С. Такая средняя норма пока достигается только в новых кварталах жилого типа, но не в городах в делом. В лучшем случае можно ожидать увеличения нормы для новых городских районов до 90 л/чел в сутки с учетом прочих видов потребления горячей воды, но это не изменит основного соотношения в такой мере, чтобы устранялась необходимость слива значительной части воды в холодные дни. Часто предлагаемая норма 110—150 л/чел в сутки представляется исключением, которое может относиться к отдельным зданиям, резко отличающимся от средних условий города. Надо отметить, что и в зарубежных городах нормы для новой застройки близки к 90 л/чел в сутки.
Наконец, надо рассмотреть вопрос о возможных новых потребителях воды, не используемой для горячего водоснабжения в жилых зданиях. Такими потребителями могут явиться:
а) промышленность, расходующая в настоящее время большое количество пара на нагрев воды для технологических целей;
б) коммунальные нужды города (например, снеготаяние с применением сбрасываемой теплой воды).
И тот и другой виды потребления должны учитываться в полной мере, так как они увеличивают базу теплового потребления и меняют соотношение между ото- питательной нагрузкой и потреблением горячей воды в пользу последнего. Это способствует сдвигу расчетной точки однотрубной системы в сторону более холодных дней, И в этом случае необходимо провести технико-экономические расчеты для выяснения целесообразности увеличения расхода воды при возможном снижении средней температуры отдаваемой воды или же сохранения этой температуры для максимального уменьшения диаметров теплопроводов.
Использование части воды, не могущей быть израсходованной на нужды горячего водоснабжения в жилых домах, в свою очередь вызывает необходимость в прокладке обратных магистралей. Такие магистрали должны иметь не только внутриквартальный характер, но и внутрирайонный, так как только в пределах сравнительно крупного района может идти речь о рациональном использовании излишков воды.
Все расчеты, которые проводились для доказательства возможности отказа от обратных магистралей, относились к районам с чисто жилищной застройкой. Даже в пределах одного квартала имеется ряд зданий, не расходующих заметного количества горячей воды (торговые точки, школы, кинотеатры, клубы), в других же зданиях возможна и большая доля потребления горячей воды, чем в жилых зданиях (поликлиники, спортзалы, бассейны). Поэтому даже в пределах обычных кварталов с относительно однородной нагрузкой неизбежно перераспределение воды между потребителями после систем отопления, требующее в обязательном порядке прокладки обратных линий. Это совершенно очевидно в масштабах города, отдельные кварталы которого резко отличаются по характеру теплового потребления от жилых районов (например, районы правительственных и общественных зданий, районы с крупными торговыми предприятиями, промышленными предприятиями, вокзалами, театрами, вузами и т. п.). Поэтому обратные линии как распределительные магистрали, сглаживающие различия между характеристиками теплового потребления отдельных кварталов города, должны сохраниться в обязательном порядке, иначе ряд районов будет работать целиком на слив воды после систем отопления.
Возникает вопрос о том, насколько такой значительный слив может быть оправдан расходами, которые пришлось бы нести на сооружение и эксплуатацию обратных магистралей в пределах города. В пользу допустимости слива часто приводится соображение о том, что слив практически дает не большую потерю тепла, чем 132 работа на конденсационное устройство электростанции. Однако эти соображения неверны по следующим причинам. При отдаче 1 кг воды с температурой 180° С, нагреваемой в ряде ступеней паром из отборов турбины, средний уровень подвода тепла может быть оценен по средней температуре нагрева после конденсатора, т. е. при нагреве в конденсаторе до 30° С средний температурный уровень подвода тепла составляет (100 + 30) : 2 = = 105° С. При отказе от использования тепла после системы отопления практически средний уровень отдачи тепла становится равным (180 + 60) 2=Т20°С, т. е. повышается с соответствующей потерей выработки энергии на тепловом потреблении. При отдаче тепла водой вместо 180 всего 120 ккал/кг возникает необходимость увеличения расхода воды на 1 Г кал отпущенного тепла с 5,5 до 8,3 м3 с соответствующим увеличением расхода тепла для нагрева воды до той же температуры, увеличением расходов, связанных с подготовкой этой воды и ее транспортом до потребителя. С этой точки зрения для системы отнюдь не безразлично, будет ли использована вода за системами отопления или сброшена без использования в канализацию. Таким образом, суммарные затраты и эксплуатационные расходы при отдаче одного и того же количества тепла при одной и той же расчетной температуре теплоносителя будут резко различными в случаях полного использования воды и слива части воды. Лишь в тех случаях, когда такой слив невелик, незначительно сказывается на общих показателях системы и имеет место в течение очень малой доли всего времени работы системы, он становится допустимым. В частности, приходится считаться с неизбежным небалансом тепла в наиболее холодные дни, когда температура воды за системами отопления достигает значений больше 60° С, т. е. превышает требуемую по санитарным нормам температуру воды для горячего водоснабжения.
Это должно привести (хотя и необязательно приводит) к снижению потребления горячей воды в эти дни, т. е. к необходимости сброса части воды или уменьшения подачи воды (и тепла) со станции с заменой соответствующего количества тепла дополнительной нагрузкой и без того нагруженных в эти дни пиковых источников теплоснабжения. В годовом разрезе такой слив составляет около 1% общей отдачи воды и поэтому не меняет существенно показателей работы системы. Попытка же отказаться от возврата хотя бы 30% воды, служащей для подачи тепла по однотрубному теплопроводу, уже может привести к серьезным перерасходам, хотя формально при этом сливается вода со средним» уровнем температуры всего 60 -0,3 = 18° С. Расчет показывает, что расход воды при том же расчетном отпуске тепла увеличивается на 11%; соответственно возрастают расходы по подготовке воды, средний уровень отдачи тепла повышается со 105 до 116° С с уменьшением выработки электроэнергии на тепловом потреблении на 5—6%, затраты на теплопроводы увеличиваются на 4%, а расходы на канализационные сооружения — примерно на 20%. Такие показатели могут полностью ликвидировать возможную экономию за счет отказа от обратной магистрали.
Из сказанного выше можно сделать следующие выводы:
1. Изменение характеристик систем отопления практически не влияет на решение задачи об отказе от обратной магистрали.
2. Ограниченные возможности изменения характеристик потребления тепла на горячее водоснабжение не позволяют отказаться от обратной магистрали в пределах квартала или района.
3. Всякое увеличение расхода воды на горячее водоснабжение из-за снижения расчетной температуры воды, с одной стороны, приводит к увеличению возможной выработки электроэнергии на базе теплового потребления, но с другой — может утяжелить транспорт тепла.
4. Следует учитывать в полной мере возможную отдачу воды после систем отопления на промышленные и коммунальные нужды города, что вызывает необходимость в обратных магистралях в пределах квартала и района.
5. Неравномерность потребления тепла различными зданиями в пределах квартала и района не позволяет, даже при наиболее благоприятных условиях, отказаться от обратных распределительных» магистралей.
6. Всякий слив воды в большом масштабе приводит к очень серьезным затратам и расходам по эксплуатации.
Однотрубные системы тепловых сетей. Сборник статей под редакцией Громова Н. К. 1962
