Проектирование системы без бака-аккумулятора с приоритетным режимом подогрева воды

Принцип работы системы ГВС без бака-аккумулятора заключается в том, что потребляемый расход воды подогревается до соответствующей температуры в данный момент времени. В период пикового водоразбора необходимо подать достаточно большое количество теплоносителя, чтобы обеспечить соответствующую температуру горячей воды. В такой период для подогрева горячей воды используют сетевую воду, предназначенную для системы центрального отопления.

Средний массовый расход сетевой воды, поступающей в теплопункт, рассчитывают согласно следующей зависимости:

Рассчитанный согласно вышеуказанной зависимости расход сетевой воды должен быть достаточен для подогрева до соответствующей температуры максимального секундного расхода воды, а значит должен превышать или соответствовать максимальной секундной потребности в теплоте на подогрев воды:

Если рассчитанный согласно уравнению (12.2) и затем заказанный расход сетевой воды меньше максимальной секундной потребности в теплоносителе для целей ГВС, то необходимо увеличить его настолько, чтобы он равнялся необходимому пиковому расходу.

При реализации приоритета подготовки горячей воды увеличение расхода теплоносителя, проходящего через теплообменник ГВС, можно получить изменением сопротивления ветвей системы отопления и ГВС путем регулировки установленных на них балансировочных клапанов. Блок регулирования, обеспечивающий приоритет горячей воды в системе без бака-аккумулятора, в момент полного открытия балансировочного клапана системы ГВС и при отсутствии заданной температуры подогреваемой воды ограничивает доступ теплоносителя в теплообменник центрального отопления [9; 10].

Согласно действующим нормам [5] система ГВС должна соответствовать следующим требованиям:

- система ГВС должна быть запроектирована и выполнена таким образом, чтобы количество тепловой энергии на подготовку и обеспечение постоянной температуры воды в водоразборных точках было на рационально низком уровне;

- в зданиях (за исключением частных, загородных и для индивидуального отдыха) система ГВС должна быть оборудована постоянной циркуляцией воды, что также касается трубопроводов с внутренним объемом более 3 дм3, идущих к водоразборным точкам;

- система ГВС должна обеспечивать в водоразборных точках температуру воды не менее 55 °С и не более 60 °С, при этом система должна гарантировать возможность проведения периодической термической дезинфекции при температуре воды не менее 70 °С;

- система ГВС должна быть защищена от превышения допустимого для нее давления и температуры в соответствии с польской нормой по защите системы ГВС.

Запроектированный узел подогрева воды должен гарантировать реализацию вышеуказанных условий.

В предложенной ниже методике расчета теплообменника принято, что коэффициент теплообмена теплообменника в диапазоне эксплуатационных температуры и расхода практически постоянен. Аналогичное предположение выдвинуто и к коэффициенту теплообмена для подающих и циркуляционных трубопроводов системы ГВС, отдающих теплоту в окружающую среду.

Определение потребности в горячей воде

Теплообменник ГВС в системе без бака-аккумулятора должен обеспечивать подогрев любого, даже максимального секундного расхода разбираемой жильцами воды так, чтобы ее температура в водоразборных точках была не менее 55 °С и не более 60 °С [5]. Максимальный секундный расход горячей воды, потребляемый жильцами в течение суток, является абсолютно случайным и изменяется в довольно широком диапазоне. Его значение зависит также от проектного решения системы и ее технического состояния. Нормативно не определены условия, для которых должна быть достигнута указанная выше температура. С экономической точки зрения (затраты на систему и затраты на заказанную энергию при подключении системы к городской теплосети) нет смысла проектировать систему с учетом такого потребления воды, которое может иметь место очень редко или вообще никогда не наступит. Значение максимального расчетного потребления можно определить, предполагая, как часто оно будет превышено. А значит можно основываться на предположении, что система должна подогреть воду до такой температуры, чтобы в водоразборных точках ее температура составляла 55 °С, причем несколько раз в год температура горячей воды в пиковый период водоразбора может быть несколько ниже. Если описанная выше ситуация будет иметь место раз на 100 дней (вероятность ее появления, а также превышения составляет 1 %), то с точки зрения пользователя такую ситуацию можно принять за допустимую, и это не приведет к возникновению бактериологически опасной ситуации.

Для теплопунктов центрального отопления и ГВС без бака-аккумулятора с приоритетным режимом подогрева воды при определении необходимого расхода теплоносителя принимается во внимание среднесуточный расчетный показатель теплопотребления при подогреве воды.

Как известно, потребление горячей воды имеет нестабильный, изменяющийся практически каждый день, характер. Если в расчетах учесть показатель среднесуточного потребления, то увеличение водоразбора может привести к уменьшению среднего расхода воды на центральное отопление, а значит к плохому отоплению здания. В особенности это касается переходного периода. Допустимым можно признать расчетное потребление водоразбора с частотой появления, а также превышения раз на 10 дней (вероятность превышения 10 %). С большой долей вероятности можно утверждать, что это не приведет к такому снижению температуры в помещениях, которое может вызвать дискомфорт у пользователей.

Для определения секундных расходов горячей воды были использованы результаты исследований водоразборов, проведенных в 2001-2003 годах [7] в г. Щецине. Кроме того, был применен описанный в 4 разделе данной книги способ определения проектных значений на основании аппрокси- мационных уравнений и результатов проведенных исследований. Аппрок- симационные уравнения применены по отношению к определенному на основании исследований отдельному водоразбору с принятой вероятностью появления [8].

Максимальное секундное потребление (пятисекундное с вероятностью превышения 1 %) горячей воды Ус™ах1% вычисляют на основании количества водоразборных точек N, подключенных к теплопункту, в то время, как расчетная максимальная секундная интенсивность потребления горячей воды определяется согласно формуле:

Идентичное значение коэффициента Ъ(Ъ = 0,00102) в уравнениях (12.4) и (12.5) связано с тем, что общее количество приборов, установленных в исследуемых объектах, равнялось количеству жильцов [8].

Определение исходных параметров для выбора теплообменника системы горячего водоснабжения

Теплообменник ГВС подбирают таким образом, чтобы вода при максимальном секундном (пятисекундный) расходе подогревалась до такой температуры, при которой в водоразборных точках она равнялась 55 °С. Для выбора теплообменника необходимо определить максимальную секундную потребность в тепловой энергии на подогрев горячей воды с учетом теплопотерь в трубопроводах, подающих воду к водоразборным точкам. Кроме того, необходимо определить температуру подогреваемой воды и сетевого теплоносителя на входе и выходе из теплообменника, а также максимальный секундный массовый расход теплоносителя, необходимый для подогрева горячей воды. Способ определения исходных параметров для выбора теплообменника представлен ниже.

Определение температуры подогреваемой воды и греющего теплоносителя

С целью выбора теплообменника для подогрева воды необходимо взять за основу ряд принципов, касающихся температуры теплоносителя и подогреваемой воды во время циркуляции. Как известно, в многоквартирных жилых зданиях следует применять искусственную (насосную) циркуляцию. Чем больше в данной системе охлаждается вода, идущая к водоразборной точке, тем меньше должен быть расход циркуляционной воды. Следует принять по условиям [5], что минимальная температура горячей воды на выходе из водоразборной арматуры должна составлять 55 °С. Максимальная температура горячей воды на выходе из теплообменника не должна, по мнению автора данной работы, превышать 60 °С. Подогрев воды до температуры более 60 °С может привести к ускоренному выпадению накипи и коррозии системы.

В системах, подключенных к теплосети с центральным качественным регулированием, минимальная температура сетевого теплоносителя на входе приходится на летний период времени и составляет 65...70 °С. Именно это значение необходимо учесть, выбирая теплообменник ГВС. Температуру возврата теплоносителя на выходе из теплообменника принимают по соответствующей разнице температуры воды в теплообменнике. В этом случае расход сетевого теплоносителя равен расходу подогреваемой воды. Расчетную температуру холодной воды необходимо принять в зависимости от источника водоснабжения. Если источником водоснабжения являются поверхностные воды, то принимают tzw = 5 °С, а если глубинные - tzw = 10 °С.

Определение максимальной секундной потребности в теплоте на подготовку горячей воды

Максимальную секундную потребность в тепловой энергии на подогрев воды 0™ вычисляют согласно формуле:

Максимальное секундное потребление горячей воды можно вычислить по формуле (12.4). Способ расчета теплопотерь в подающих трубопроводах Qr представлен в разделе 9.3, посвященном проектированию циркуляционных трубопроводов.

Определение максимального секундного массового расхода сетевого теплоносителя для подогрева воды

Максимальный расход теплоносителя для ГВС от™ определяют на основании максимального секундного теплопотребления при подогреве воды и на основании принятой температуры сетевой воды на входе в теплообменник ГВС Ts, а также температуры на выходе из теплообменника Ts:

Выбор теплообменника ГВС

Выбирать теплообменник ГВС необходимо таким образом, чтобы при максимальном секундном расходе горячая вода была подогрета на выходе из теплообменника до температуры tcw, обеспечивающей температуру 55 °С на входе в каждую водоразборную точку [6].

Типоразмер теплообменника ГВС можно подобрать на основании расчетных программ фирм-производителей теплообменников, номограмм или пользуясь основными формулами [12], если известны расчетные формулы для коэффициента теплообмена теплообменника.

Поскольку теплообменники производят согласно типоразмерам, то чаще всего выбор приходится на теплообменник с мощностью, превышающей потребность. Для выбранного теплообменника необходимо определить температуру теплоносителя на выходе из теплообменника и расход теплоносителя.

Определение параметров, характеризирующих циркуляцию

Расчет расхода теплоносителя для подогрева воды в циркуляционном контуре осуществляют при отсутствии разбора горячей воды. Циркуляционный расход определяют на основании теплопотерь в подающих трубопроводах. Температуру циркуляционной воды на входе в теплообменник ГВС tcyrk определяют на основании теплопотерь в циркуляционном контуре. Затем рассчитывают циркуляционный расход воды методом последовательных приближений из уравнений, описывающих характеристику теплообменника либо при помощи программ, предназначенных для выбора теплообменника.

Определение циркуляционного расхода горячей воды

Общий циркуляционный расход циркуляционной воды рассчитывают согласно представленной ниже формуле:

Если учесть, что во время циркуляции происходит охлаждение горячей воды в системе Дtcw на 2...3 °С (от места ее подготовки до водоразборной точки), то это позволит определить действительный циркуляционный расход и практически даст гарантию реализации термической дезинфекции системы.

Шафлик В./Современные системы горячего водоснабжения. - К.: ДП ИПЦ «Taici справи», 2010.