Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ВЫБОРЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СХЕМЫ ИХ ПРИСОЕДИНЕНИЯ К ТЕПЛОВЫМ СЕТЯМ

Учет циркуляции при расчете водонагревателей

Расчет водонагревателей горячего водоснабжения при отсутствии баков-аккумуляторов горячей воды выполняют на максимальный часовой расход тепла на горячее водоснабжение. Рассматриваемый расход тепла включает в себя потери тепла трубопроводами системы и расход тепла на нагрев циркуляционной воды, поэтому при тепловом расчете водонагревателей расход тепла на циркуляцию отдельно учитывать не следует, тем более нецелесообразно устанавливать специальные водонагреватели для нагрева циркуляционной воды. Ночью, когда объем циркуляции максимальный, водонагреватели не загружены водоразбором. С появлением водоразбора объем циркуляции сокращается, достигая минимального в часы максимального водоразбора. Однако сохранение больших объемов циркуляции в часы максимального водоразбора при включении циркуляционной линии перед второй ступенью может снизить температуру нагреваемой воды. Это связано с тем, что подмешивание более горячей воды с температурой около 50 °С из циркуляционного трубопровода к воде, выходящей из I ступени, имеющей температуру 15—20 °С, уменьшает температурный напор водонагревателя II ступени, а следовательно, и теплосъем с него (кривая 1 на рис. 3.15). Вместе с тем вызванное этим обстоятельством снижение температуры нагрева воды, выходящей из водонагревателей, при интенсивном водоразборе не должно привести к нарушениям температурного режима у потребителей.

Потери тепла трубопроводами при перепаде температур в системе, равном 10 °С, практически не зависят от расхода воды, поэтому вследствие меньшего остывания воды в системе в часы интенсивного водоразбора возможен догрев воды в водонагревателях до меньших значений, но с таким расчетом, чтобы обеспечивалось поддержание температуры воды у водоразборных кранов не ниже минимальной (кривые 2 и 3 на рис. 3.15). Кривая 4 показывает увеличение температуры циркуляционной воды с ростом объема циркуляции. В периоды максимального водоразбора целесообразно иметь резерв по нагреву воды, для чего циркуляционную линию рекомендуется подключить к трубопроводу между секциями II ступени, где температура нагреваемой воды близка к температуре циркуляционной воды (примерно перед последними тремя секциями по ходу нагреваемой воды). Аналогичная рекомендация относится и к водонагревательной установке, присоединяемой к тепловым сетям по одноступенчатой схеме.


Необходимость в водонагревателях для нагрева циркуляционной воды возникает только в двухзонных системах горячего водоснабжения, где их применение предотвращает передачу статического давления высотной части системы на трубопроводы нижней зоны. Как показали исследования, в этих случаях наиболее эффективно использовать в качестве теплоносителя для нагрева циркуляционной воды верхней зоны системы воду, циркулирующую в системе горячего водоснабжения нижней зоны. Такое решение одновременно способствует уменьшению потерь тепла трубопроводами ночью за счет понижения температуры циркуляционной воды до 50 °С.

Нагрев циркуляционной воды нижней зоны системы осуществляется, как обычно во II ступени основных водонагревателей, до 60 °С, а в специальном водонагревателе эта вода догревает циркуляционную воду системы верхней зоны с 40 до 50 °С, охлаждаясь тем самым до 50 °С при равенстве циркуляционных расходов. Циркуляционная вода системы нижней зоны направляется по большому сечению водонагревателя — по межтрубному пространству, так как водонагреватель должен будет пропустить и расчетный расход воды на водоразбор. Нагреваемая вода, циркулирующая в системе верхней зоны, проходит по трубкам. Приведенный ниже пример расчета такого водонагревателя показывает, что он получается не очень громоздким — одна секция длиной 4 м или две по 2 м.


При аналогичном равномерном распределении нагрузки нижней и верхней зон, 314Вт/(м.°С) и температурном напоре Д= 10 °С водонагреватель с, диаметром корпуса 106 мм применяем для тепло- производительностидо 11 000 Вт, 158 мм — до 21 670 Вт (6,9 • 314Х X 10=21 670 Вт) и 82 мм — до 7000 Вт.

Определение начальной температуры греющей воды

Водонагреватели горячего водоснабжения рассчитывают на минимальную температуру воды в подающем трубопроводе тепловой сети. Минимальная температура воды обусловлена наличием систем горячего водоснабжения как потребителя теплоты в централизованном теплоснабжении. Согласно СНиП II—Г. 10—73, она составляет для закрытых систем теплоснабжения не менее 70 °С, для открытых систем теплоснабжения — не менее 60 °С. Для закрытых систем теплоснабжения, работающих по графику регулирования совместной нагрузки отопления и горячего водоснабжения (так называемый «повышенный» график), т. е. когда нагрузка горячего водоснабжения компенсируется не увеличением расхода сетевой воды, а повышением температурного графика, минимальная температура воды в подающем трубопроводе теплосети должна быть несколько выше 70 °С.

Общим для закрытых и открытых систем теплоснабжения является то, что с повышением наружной температуры по сравнению с расчетной для проектирования отопления р. температура воды в подающем трубопроводе снижается с до х — минимальной температуры воды, соответствующей температуре наружного воздуха в точке излома графика регулирования tex. При температурах наружного воздуха выше tex температура воды в подающем трубопроводе поддерживается постоянной на минимальном уровне («срезка графика»), что вызывает перегрев отапливаемых зданий, так как для отопительной нагрузки температура воды должна снижаться. В этом заключается противоречие графика регулирования для обеих основных нагрузок теплопотребления: для систем отопления во избежание перегревов необходимо снижение температуры теплоносителя, но такое снижение температуры против минимальной вызовет недогрев воды в системах горячего водоснабжения.

Для повышенного графика минимальная температура воды в подающем трубопроводе теплосети определяется расчетом в зависимости от соотношения среднечасового расхода теплоты на горячее водоснабжение QJ и расчетного расхода теплоты на отопление Qhre, а также из условия, чтобы общая площадь поверхности нагрева водонагревательной установки не превышала величины, полученной при расчете на отопительный график с минимальной температурой воды 70 °С при fx. Причем до последнего времени при построении температурного графика не учитывался ряд факторов, выявленных при изучении фактических режимов теплопотребления жилых микрорайонов. Так, при построении графика не учитывалось, что потери теплоты трубопроводами системы горячего водоснабжения, а соответственно и расход теплоты на циркуляцию компенсируются только II ступенью водонагревателя, т. е. за счет потенциала сетевой воды из подающего трубопровода. Следовательно, недоучет этого расхода приводит при двухступенчатой последовательной схеме присоединения водонагревателей горячего водоснабжения и повышенном графике температур в тепловых сетях к недоотпуску теплоты в системы отопления на протяжении всего отопительного сезона в зоне регулирования графика или увеличенному расходу сетевой воды и недогреву воды в системах горячего водоснабжения в период срезки температурного графика.

Не учитывалось в расчетах также изменение доли бытовых тепловыделений в квартирах жилых домов. При расчетной наружной температуре она составляет 20— 25 % расчетного расхода теплоты на отопление. В связи с тем, что размер бытовых тепловыделений примерно постоянен в течение отопительного сезона, с повышением наружной температуры доля их в тепловом балансе возрастает. За счет этого можно сократить подачу теплоты в систему отопления путем снижения температурного графика, поддерживаемого в системе. Необходимость учета расхода теплоты на циркуляцию и бытовых тепловыделений закреплена СНиП 11-33-75 и СНиП 2.04.01—85.

Не приводя подробного расчета температурных графиков, дадим формулу для определения минимальной (расчетной для подбора водонагревателей горячего водоснабжения) температуры воды в подающем трубопроводе тепловой сети при температуре наружного воздуха в точке излома графика


Считается, что для сокращения перерасхода теплоты на отопление при температуре наружного воздуха выше точки излома графика следует снизить температуру сетевой воды. Однако это решение может быть оправдано только в периоды водоразбора небольшой интенсивности, когда из общего расхода сетевой воды на ЦТП часть его проходит, минуя II ступень водонагревателя горячего водоснабжения. В остальных случаях снижение температуры сетевой воды против расчетной для подбора водонагревателей вызовет только недогрев воды, поступающей в систему горячего водоснабжения. Так, расчеты показывают, что если водонагреватели подобраны на температуру сетевой воды 80 °С и произошло снижение этой температуры до 72 °С, то при водоразборе, превышающем средний часовой в 1,7 раза, начнется уменьшение температуры нагрева воды с 60 до 50 °С при максимальном часовом водоразборе. Это значит, что у отдельных потребителей температура воды у водоразборных кранов будет 35— 40 °С, что недопустимо по санитарным требованиям.

На рис. 3.16 приведены результаты испытаний, подтверждающие, что уменьшение температуры воды в подающем трубопроводе тепловой сети до 67 °С (в 18 ч) снизило температуру нагреваемой воды на выходе из водонагревателя с 57 до 50 °С при водоразборе, в 1,5 раза превышающем среднечасовой. При водоразборе в 2,5 раза большем среднечасового температура горячей воды опустилась до 49 °С при температуре воды в сети 72— 73 °С. Таким образом минимальная расчетная температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети, на которую подбираются водонагреватели горячего водоснабжения, должна быть 80 °С. Это соответствует для условий Москвы соотношению среднечасового расхода теплоты на горячее водоснабжение и расчетного на отопление 0,3 при tex =2 °С. Указанное соотношение типично для жилых микрорайонов, построенных за последние 15—25 лет в Москве. Однако с учетом реального графика водопотребления для экономии теплоты при отсутствии автоматического регулирования его подачи в системы отопления возможно снижение температуры сетевой воды до 72 °С при температурах наружного воздуха выше 5°С в рабочие дни и ночью в выходные дни. Такое снижение обусловлено тем, что водоразбор в эти периоды значительно ниже расчетного. Но с 8 до 22 ч в субботу, воскресенье и в вечерние часы предпраздничных дней температура сетевой воды во избежание нарушений в работе системы горячего водоснабжения должна быть перед водонагревателями не ниже 80 °С.


Определение расчетных параметров при выборе водонагревателей, присоединенных к тепловой сети по двухступенчатой смешанной схеме

Площадь поверхности нагрева I и II ступеней водонагревателей выбирают (при отсутствии баков-аккумуляторов) по максимальному часовому расходу теплоты Qhhr на горячее водоснабжение. При этом расчетную теплопроизводительность каждой ступени находят по следующим формулам:


В зависимости от соотношения нагрузок горячего водоснабжения и отопления число секций водонагревателя составляет: 3-4 в I и 5—б во II ступени. Уменьшение расчетного недогрева приводит к увеличению площади поверхности нагрева I и II ступени водонагревателей. Так, при недогреве 5°С площадь поверхности нагрева I ступени увеличивается на 70 %, II ступени — на 14 %, а общее число секций превышает 10, что подтверждает нецелесообразность снижения расчетного недогрева воды в I ступени менее 10 °С.

Расчет водонагревателей на вышеприведенные условия позволяет с точностью до 1,6 % определять минимальное значение суммарной площади поверхности нагрева водонагревателей. Вместе с тем двухступенчатая схема присоединения водонагревателей дает возможность в довольно широких пределах перераспределять общую площадь поверхности нагрева между водонагревателями I и II ступеней без повышения расхода сетевой воды на ввод. Тем самым увеличивая поверхность нагрева водонагревателя I ступени, можно в среднем за отопительный сезон снизить температуру возвращаемой на ТЭЦ воды и получить дополнительную экономию топлива.





Приведенные данные подтверждают целесообразность перераспределения площади поверхности нагрева между ступенями водонагревателя, присоединенного по смешанной схеме, таким образом, чтобы увеличивалась I ступень. Следовательно, расчет двухступенчатой смешанной схемы присоединения водонагревателей горячего водоснабжения с целью определения суммарной площади поверхности нагрева следует проводить на расчетный недогрев воды в I ступени 10 °С , а затем перераспределить число секций между ступенями, оставляя во II ступени 3—4 секции.

Определение расчетных параметров при выборе водонагревателей, присоединенных к тепловой сети по двухступенчатой последовательной схеме

Расчетная теплопроизводительность I ступени водонагревателей QJ принимается по балансовой нагрузке горячего водоснабжения, II ступени 0, — по разности максимального часового расхода теплоты и теплопроизводительности водонагревателей I ступени:


Учет потерь теплоты трубопроводами систем горячего водоснабжения требует изменить формулы, которыми пользовались для определения расчетных расходов сетевой воды на горячее водоснабжение. Так, согласно СНиП 2.04.01—85, этот расход при двухступенчатой последовательной схеме присоединения водонагревателей и отопительном температурном графике в тепловой сети находят по формуле


Однако это уравнение справедливо для теплопотерь трубопроводов системы горячего водоснабжения, не превышающих расхода теплоты на нагрев среднечасового водоразбора от 55 °С до температуры на выходе из водонагревателя th—60 °С. Поскольку эти потери значительно выше и компенсируются дополнительным расходом теплоты только II ступени водонагревателя, применение формулы (3.41) неправомерно, так как в ней дополнительный расход теплоты равномерно распределяется между I и II ступенями.

Более правильно определять расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжение по формуле


Обеспечение нагрева воды до нормативной температуры с использованием той же нагревательной установки достигается при переходе на смешанную схему присоединения водонагревателей горячего водоснабжения с ограничением максимального расхода сетевой воды. Как показано на рис. 3.19 и 3.20, при существующем распределении секций водонагревателей даже значительное увеличение расхода сетевой воды не обеспечивает нагрев горячей воды до расчетных параметров. Температура воды в обратном трубопроводе от систем отопления в период, близкий к срезке графика, составляет 35—40°С, в обратном трубопроводе от водонагревателя II ступени — 52—57 °С , поэтому выключение системы отопления и направление всего потока сетевой воды через обе ступени водонагревателей устраняет несоответствие в распределении секций, и обе ступени работают как единая установка. На рис. 3.21 показан режим работы ЦТП по смешанной схеме при выключенной системе отопления (система была включена в 21 ч 50 мин). При этом в тех же условиях (см. рис. 3.20) минимальная температура горячей воды была выше и составила 55 °С при выключенной системе отопления. Такой же эффект создается применением смешанной схемы с ограничением. В кратковременные периоды наибольшего водоразбора вся вода из тепловой сети поступает во II ступень, а из нее — в I ступень, не смешиваясь с водой из системы отопления. Неизменный расход воды во внутриквартальной сети отопления поддерживается циркуляционно-смесительными насосами.

Повышение надежности и экономичности использования водонагревателей

Для повышения надежности снабжения потребителей горячей водой в течение всего года при проектировании ЦТП следует предусматривать установку двух параллельно включенных групп водонагревателей, каждая из которых может работать автономно при ремонте или чистке другой. На практике это означает, что вместо группы водонагревателей с условным диаметром 300 мм применяют две группы диаметром по 200 мм. Стоимость установки при этом увеличивается незначительно, но повышается ее надежность и облегчается обслуживание.


В существующих ЦТП для тех же целей необходимо сооружать обводные трубопроводы водонагревателей по нагреваемой воде так, чтобы каждая ступень могла работать самостоятельно. Для этого устанавливают перемычку между трубопроводами холодной и горячей воды с двумя задвижками, которая соединена с трубопроводом нагреваемой воды, идущем из I ступени во II. Перемычка может выполняться диаметром 100 мм, а поступление нагреваемой воды из I ступени во II прекращается установкой временных заглушек во фланцы, кciк показано на рис. 3.22. Обвод водонагревателя по сетевой воде, как правило, предусматривается проектом. Как показывают расчеты, в летний период даже три секции водонагревателя смогут нагреть воду до приемлемых параметров.

Для снижения температуры воды, выходящей из ЦТП, и уменьшения теплопотерь ночью целесообразно переключать на это время циркуляционную линию системы горячего водоснабжения в трубопровод холодной воды перед I ступенью водонагревателя. Одновременно следует снизить уставку регулятора температуры горячей воды с 60 на 50 °С. Днем циркуляционная линия должна быть включена в трубопровод нагреваемой воды перед II ступенью или, что более рационально, в трубопровод между секциями II ступени водонагревателя, температура воды в котором равна принятой температуре воды в циркуляционном трубопроводе (примерно перед тремя последними секциями по ходу движения нагреваемой воды), как показано на рис. 3.19. Переключение выполняется автоматически: реле времени, например в 0 ч, закрывает клапан 5, направляя циркуляционный поток в I ступень, и через электрогидравлическое реле переключается импульс на регулятор температуры с датчика, настроенного на поддержание температуры горячей воды 60 °С, на другой датчик с уставкой на 45—50°С. В 6 ч реле времени делает обратное переключение, при открытом клапане 5 через него будет поступать циркуляционная вода, так как давление воды перед I ступенью значительно выше, чем в месте включения трубопровода, на котором установлен клапан. При автоматическом регулировании подачи тепла на отопление, когда температура воды из системы отопления будет ниже 40—45 °С, переключение циркуляционного трубопровода перед I ступенью водонагревателя при таких температурах делать нецелесообразно. В связи с этим на обратном трубопроводе системы отопления установлен датчик температуры, по сигналу которого при снижении температуры обратной воды менее 40—45 °С клапан 5 остается открытым и в ночное время.

Повышение эффективности работы систем горячего водоснабжения/И. Н. Чистяков, М. М. Грудзинский, В. И. Ливчак и др. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1988

Экспертиза

на главную