ПОТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ. РЕЖИМ ЦИРКУЛЯЦИИ
Циркуляционный расход в системе горячего водоснабжения поддерживается для компенсации потерь теплоты в подающих трубопроводах и определяется заданным допустимым снижением температуры воды до самого удаленного водоразборного крана. В зависимости от способа конструирования системы применяются два метода определения расчетного циркуляционного расхода qcir.
Если существует возможность обеспечить постоянный температурный перепад в системе независимо от удаленности циркуляционного стояка от источника теплоты, то циркуляционный расход определяется по формуле
Для обеспечения этого условия расчетный циркуляционный расход воды должен быть распределен между отдельными ветвями и стояками системы пропорционально их тепловым потерям. Поскольку самые большие теплопотери в контуре от источника теплоты до самого удаленного секционного узла или стояка в этом узле, должен поддерживаться наибольший циркуляционный расход. По мере приближения к источнику теплоты потери ее в контурах уменьшаются и циркуляционный расход соответственно уменьшается (при постоянстве перепада температуры). При этом одновременно увеличиваются и перепады давления в точках присоединения стояков или узлов к разводящим трубопроводам системы. Поэтому сопротивление циркуляционных стояков увеличивается тем больше, чем ближе к источнику тепла они располагаются. Этот способ применим в настоящее время только при проектировании систем горячего водоснабжения ограниченного радиуса действия в одном-двух зданиях с индивидуальным тепловым пунктом.
Изменение сопротивления циркуляционных стояков может быть выполнено при помощи изменения их диаметров, в том числе и по высоте стояка, применением дросселирующих диафрагм и регулировочных вентилей. Однако применение таких мероприятий в системах большого радиуса действия нецелесообразно, так как это потребует применения диафрагм с малыми диаметрами отверстий или сильно прикрываемых регулировочных вентилей, что нежелательно из-за возможности их частых засоров. Кроме того, во многих городах пуск в эксплуатацию первого и последнего домов, присоединяемых к общей системе горячего водоснабжения, разделен большим промежутком времени (один — три года), что резко осложняет проведение наладочных работ.
Современные крупные системы горячего водоснабжения, обслуживающие из единого теплового центра группы зданий, практически полностью исключают возможность дифференцированного изменения сопротивления циркуляционных стояков. Внутридомовые системы выполняются из стандартных унифицированных трубопроводных узлов с перенесением значительной части монтажных операций со строительной площадки на заводской сборочный конвейер. При этом месторасположение стояков, а вернее, систем типовых зданий в общей квартальной сети заранее неизвестно, как чаще всего неиз- вестей и радиус действия системы, к которой присоединяется внутридомовый горячий водопровод. Поэтому задача обеспечения дифференцированного дросселирования в таких системах ложится либо на специализированные наладочные организации, либо на службу эксплуатации, которые к этому пока не готовы.
Новые конструктивные решения потребовали разработки новой методики расчета систем горячего водоснабжения. Диаметры циркуляционных стояков в однотипных внутридомовых системах остаются неизменными независимо от их месторасположения. Регулировочных диафрагм в этих стояках не предусматривается. Поэтому по мере приближения к началу системы (тепловой пункт) циркуляционный расход в стояках увеличивается. В системах этого типа наибольшее падение температуры происходит только в последнем стояке. Поэтому общий циркуляционный расход определяется с учетом неравномерности распределения потоков по стоякам и проверяется на допустимую величину остывания воды в последнем стояке системы.
Расчет сети производят исходя из необходимости обеспечить поддержание расчетного циркуляционного расхода в наиболее удаленном стояке или секционном узле системы. При этом всю систему разбивают на две основные части. Первая часть включает в себя головные участки подающего и циркуляционного трубопроводов. Вторая часть (распределительная) содержит участки подающего и циркуляционного трубопроводов, к которым подсоединены стояки или секционные узлы. Распределение расходов воды в этой части системы обусловливает величину расходов воды в головных участках. Расчетный циркуляционный расход qcir, проходящий по наиболее удаленному секционному узлу или стояку горячего водоснабжения, может быть определен из формулы (5.7), в которой SQзаменяется теплопотерями секционного узла, а вместо Attot принимается величина допустимого охлаждения воды в секционном узле, т. е. Atuz.
В рассматриваемых системах проектные решения по секционным узлам должны быть унифицированы, поэтому целесообразно определять расчетные циркуляционные расходы для всех секционных узлов при одинаковом температурном перепаде Af«z=const.
Рассмотрим работу системы горячего водоснабжения с общим числом участков «К» и числом стояков «&+1», имеющих стандартные характеристики сопротивления Ss=const (рис. 5.9).
При равном расчетном сопротивлении всех стояков системы расход воды через отдельные стояки будет увеличиваться по мере приближения к началу системы. Суммарный расход воды по всем стоякам составит
Поскольку число стояков +1 для системы есть величина постоянная, общий расход воды в системе со стандартными стояками является функцией двух переменных: расхода воды через дальний узел и среднего относительного расхода воды по узлу qUzs.
Для простоты рассуждений рассмотрим вначале случай, когда в системе все расстояния между стояками равны, т. е. 1х = 12=...1к и суммарные потери давления по подающему и циркуляционному трубопроводам каждого участка системы Hcffтакже равны, т. е. Hfr=const.
Обозначим потери давления в подающей и циркуляционной частях дальнего стояка (узла) через Ниг1 при расходе q°Jсоздающем заданный температурный перепад в стояке AlUz—const. Тогда этот расход воды будет равен
Полученное выражение имеет сложный вид и может быть заменено более простым, которое дает, однако, достаточно точный результат:
Влияние конструктивного параметра р на расчетные величины систем в циркуляционном режиме показано на рис. 5.10, из которого видно, что зона в пределах 1/Р0>4 (р2,5) характеризуется неустойчивостью гидравлического режима. При сравнительно небольшом изменении 1/р происходит существенное изменение и циркуляционного расхода, и перепада давлений в системе.
Для выявления наиболее экономичных решений, к которым следует стремиться при конструировании систем горячего водоснабжения, рассмотрим изменение величины приведенных затрат в зависимости от сопротивлений секционного узла и разводящих трубопроводов системы. При расчете приведенных затрат учитывались стоимость металла разводящих трубопроводов, расход электроэнергии циркуляционно-повысительным насосом, потери теплоты подающим и циркуляционным разводящими трубопроводами. Стоимость теплоты и металла внутридомовых систем (водоразборных и циркуляционных стояков) не учитывалась, так как она рассмотрена ранее и на конструктивные параметры систем влияния не оказывает.
Для анализа принималось несколько систем различного объема и этажности. Потери напора в секционных узлах в режиме циркуляции варьировались в широких пределах 10—60 кПа. Для каждого участка при заданной величине Ниг и р определялись диаметры подающего и циркуляционного трубопроводов, теплопотери этими трубами и масса металла. Для всей системы в целом определялся расход электроэнергии насосом на перекачку расчетного циркуляционного расхода. При расчете принималась стоимость электроэнергии CN = =0,02 руб/кВт-ч, тепла Cq=15,0 руб/Гкал, металла См =160 руб/т. Срок окупаемости принят 8 лет.
На рис. 5.11 показано изменение приведенных затрат руб/год на 1 квартиру, при изменении величины и неизменных величинах Ниг и р. Здесь потери давления в подающем трубопроводе системы в циркуляционном режиме.
Уменьшение сопротивления подающей магистрали (увеличение ее диаметра) приводит к росту приведенных затрат. Это говорит о том, что выбор диаметров трубопроводов подающей магистрали следует производить при максимально возможных скоростях движения воды при расчетном водоразборе. Тогда обеспечение расчетного параметра р производится соответствующим выбором диаметров циркуляционного трубопровода. Рост приведенных затрат с увеличением диаметров подающего трубопровода системы объясняется большей его долей в общей стоимости системы за счет большей металлоемкости и теплопотерь.
На рис. 5.12 показано изменение приведенной стоимости систем С в зависимости от параметра системы Р и принимаемых потерь давления в секционных узле при циркуляции Н“г. Эти данные показывают, что при любой величине #“ системы имеют оптимум (при минимальных приведенных затратах), причем каждой величине Huz соответствует своя величина конструктивного параметра р, изменяющегося от Р=1,3 при #“=60 кПа до 0=3,6 при #иг= 10 кПа.
При увеличении р относительно р0pt при любых величинах Ниг уменьшаются диаметры разводящих трубопроводов, следовательно, уменьшаются металлоемкость и теплопотери, но растет расход электроэнергии. При уменьшении 0 относительно р0pt рост приведенных затрат обусловлен увеличением металлоемкости и теплопотерь. Одинаковые приведенные затраты можно получить при любой величине #“г, но при этом должен меняться конструктивный параметр р. Из рис. 5.12 видно, что наиболее экономичными являются системы с наибольшими потерями давления в секционных узлах. График рис. 5.12 для систем, обслуживающих здания большей этажности (12 эт.), имеет такой же вид, но с меньшими величинами приведенных затрат.
Все предыдущие расчеты производились из условия поддержания в последнем секционном узле системы циркуляционного расхода, при котором остывание воды в нем составляет Диг=8,50С. Эта величина охлаждения принята первоначально из предпосылки охлаждения воды в подающем трубопроводе системы ДП=1,5°С. Расчеты показывают, что величина охлаждения воды в подающем трубопроводе для систем разной протяженности и этажности несколько изменяется. Принятое охлаждение Д?Л=1,5°С достаточно либо для коротких систем, обслуживающих здания пяти и более этажей, либо более протяженных систем в зданиях большой этажности.
Например, в системе горячего водоснабжения, обслуживающей 5-этажные здания (ветка из 12-секционных узлов) при подборе диаметров без учета зарастания трубопроводов снижение температуры воды в подающей магистрали составило Д/Л=2,23°С, а при подборе диаметров с учетом зарастания Af„=2,65°C. Это показывает необходимость расчета величины охлаждения воды в каждом конкретном случае проектирования квартальных систем горячего водоснабжения. Этот расчет можно производить по формуле, уточняющей величину расчетного расхода воды в наиболее удаленном стояке или секционном узле системы, который необходим для поддержания заданного охлаждения воды во всей системе от водонагревателя до наиболее удаленного водоразборного крана.
Следует заметить, что сокращение величины quz при изменении параметра р весьма незначительно. Это объясняется тем, что при изменении степени разрегулировки циркуляции по системе в наибольшей мере изменяются расходы в начальных участках подающего трубопровода квартальной сети, в которых охлаждение воды значительно меньше, чем в концевых участках с малыми циркуляционными расходами. Например, при изменении параметра (5 от 1,6 до 4 циркуляционный расход в стояке изменится только на 0,6 %, что совершенно недостаточно для получения заданного температурного перепада.
