ТЕПЛОВОЙ ПУНКТ

Тепловой пункт - комплекс оборудования, автоматических регуляторов и контрольно-измерительных приборов, обеспечивающий подачу теплоносителя потребителям с требуемыми параметрами. Тепловой пункт — конечные сооружения на тепловых сетях, располагаются перед потребителями теплоты в отдельно стоящих специальных зданиях или в отведенных помещениях зданий—потребителей теплоты. В тепловом пункте осуществляется дополнительное регулирование параметров (температуры, давления, расхода) теплоносителя. В закрытых системах теплоснабжения в теплообменных аппаратах тепловых пунктов водопроводную воду подогревают для горячего водоснабжения. В таких случаях целесообразно на тепловых пунктах осуществлять водоподготовку для уменьшения кислородной коррозии труб. У открытых систем теплоснабжения вместо теплообменных аппаратов на тепловом пункте устанавливают смесительные устройства, в которых смешивается горячая и охлажденная вода, отбираемая из подающего и обратного теплопроводов; требуемая пропорция смешения обеспечивается регулятором температуры.
В тепловых пунктах теплоноситель распределяется между потребителями, которыми являются отопительные приборы систем отопления, калориферы вентиляции и систем кондиционирования воздуха, теплообменники горячего водоснабжения. Подготовка теплоносителя для каждого из них имеет различную степень централизации. Если в тепловом пункте зданий подготавливается теплоноситель только для систем отопления и вентиляции, то такие тепловые пункты называют абонентскими вводами. Для подготовки горячей воды необходимы теплообменники и насосы для закрытых систем, что существенно осложняет оборудование теплового пункта. Поэтому тепловые пункты выполняют централизованно для группы зданий. Такие тепловые пункты называют центральными тепловыми пунктами. Если горячая вода подготавливается только для одного здания, теплообменники горячего водоснабжения размещают вместе с оборудованием для отопления и вентиляции в индивидуальных тепловых пунктах. Поскольку оснащение центральных и индивидуальных тепловых пунктов автоматикой и другими средствами управления требует значительных затрат, целесообразно эти функции сосредоточить в более крупных тепловых пунктах. Отсюда — двухступенчатая система тепловых пунктов с разделением функций между ними. Могут быть различные схемы построения. Часто оборудование, связанное с управлением, располагают в первой ступени теплового пункта — районных или крупных центральных. В тепловом пункте первой ступени устанавливают подмешивающие насосы для поддержания стабильного гидравлического режима в квартальных сетях при аварийных ситуациях на магистральных теплопроводах.
Районные тепловые пункты часто называют групповыми. Их проектируют тепловой мощностью в 30 — 50 МВт. Приготовление в них воды для горячего водоснабжения нецелесообразно, так как при этом надо развивать 4-трубную тепловую сеть в микрорайонах, что экономически невыгодно и неприемлемо с градостроительной позиций. Поэтому им передают функции управления и стабилизации гидравлического режима микрорайонах при нормальных эксплуатационных условиях и аварийных ситуациях. Эти функции могут быть переданы в центральный тепловой пункт, имеющим обычно тепловую мощность не более 10 МВт, что потребует увеличения единиц оборудования для автоматизации и управления. По мере увеличения его выпуска 2-ступенчатая схема, состоящая из центрального теплового пункта и абонентских вводов, будет конкурентоспособна системе с районными тепловыми пунктами. Теплообменные аппараты горячего водоснабжения размещают во второй ступени теплового пункта ближе к обслуживаемым зданиям: и центральный тепловой пункт при системе районные — центральные тепловые пункты или в индивидуальных тепловых пунктах при системе "центрально — индивидуальный тепловой пункт". В последнем случае циркуляционные иасосы должны быть бесшумными. Это относится и к насосам систем отопления. Разделение функций между двумя иерархиями тепловых пунктов создает более гибкую систему управления и эксплуатации, что оправдывается экономически. В абонентских вводах и индивидуальных тепловых пунктах располагаются узлы присоединения систем отопления и калориферов систем вентиляции. В узле системы отопления снижают температуру поступающего из тепловой сети теплоносителя до величины, допустимой в этих системах, и создают необходимый напор для циркуляции. В большинстве случаев используют элеватор, где требуемая температуpa воды обеспечивается необходимой пропорцией смешения. Если необходимого перепада давлений между подающей и обратной линиями нет, вместо элеватора применяют подмешивающий насос. Оба узла присоединения характеризуются тем, что теплоноситель из тепловых сетей поступает в системы отопления, то есть эти системы оказываются гидравлически связанными, их гидравлические режимы — взаимозависимы. Такие присоединения получили название зависимых. Возможен другой способ присоединения систем отопления к тепловым сетям — через поверхностные теплообменные аппараты. При нем циркуляцию теплоносителя в системе отопления обеспечивает насос. Это присоединение называется независимым.
Калориферы вентиляционных систем присоединяют к тепловым сетям до узла присоединения системы отопления без снижения температуры теплоносителя. На калориферах устанавливают регуляторы температуры, которые обеспечивают требуемый режим.
К параметрам теплоносителя, подготавливаемого в тепловом пункте второй ступени, и режимам его подачи потребителям предъявляются различные требования. Для отопления зданий подача теплоты должна соответствовать температуре наружного воздуха, то есть чем она ниже, тем больше теплоты необходимо для поддержания постоянной температуры воздуха внутри помещений. В течение суток подача теплоты сохраняется постоянными. Изменение теплопотерь через наружные ограждения зданий в связи с изменением на протяжении дня температуры наружного воздуха компенсируются теплоаккумулирующей способностью строительных конструкций. Расход теплоты на горячее водоснабжение не связан с температурой наружного воздуха (по крайней мере в течение отопительного сезона, считая, что температура холодной воды изменяется мало). Но в течение суток потребление горячей воды неравномерно. Максимальное приходится на вечерний пик, минимальный — на ночь. Максимальное потребление теплоты превышает среднее в 2—2,5 раза. Такое различие в спросе на теплоту и теплоноситель создает на тепловом пункте трудности регулирования подачи теплоты, требует решения проблемы выравнивания суточного графика потребления горячей воды, чего можно достичь за счет установки баков-аккумуляторов. При раздельном регулировании подачи теплоты на отопление зданий и горячее водоснабжение за расчетный расход теплоносителя принимают максимальный. На него должны рассчитываться и теплопроводы. При раздельном регулировании регулятор расхода устанавливают перед системой отопления. При качественном регулировании подачи теплоты на отопление зданий расход теплоносителя сохраняется постоянным, но изменяется его температуpa. Расчетный расход складывается из расхода на отопление и максимального расхода на горячее водоснабжение. Так как пик потребления уменьшается с увеличением числа потребителей, максимальные расходы для отдельных зданий (в индивидальных тепловых пунктах) будут определяться при больших коэффициентах неравномерности, чем в центральных тепловых пунктах, что обусловливается уплотнением суточного графика потребления горячей воды из-за разновременности пиков потребления. Приемлемый путь снижения расчетных расходов теплоносителя — связанное регулирование подачи теплоты на отопление и горячее водоснабжение. При нем на входе в тепловой пункт устанавливают регулятор, который пропускает расчетный расход теплоносителя на отопление и средний расход на горячее водоснабжение. При пиках потребления горячей воды на ее подогрев пойдет больший среднего расход теплоносителя, а в системы отопления будет подаваться теплоты меньше необходимой. Температуpa воздуха внутри помещений станет снижаться с некоторым запаздыванием. Ночью потребление горячей воды снижается и недоподача теплоты на отопление компенсируется. При таком регулировании используется теплоаккумулирующая способность зданий, и система теплоснабжения рассчитывается на средний или (с учетом изменения коэффициента теплопередачи) несколько больший среднего расход теплоты на горячее водоснабжение. В результате капиталовложения в систему теплоснабжения сокращаются. Учитывая экономический эффект и практическую точность регулирования температуры внутреннего воздуха, можно допустить колебания температуры в помещении в 1—1,5 С. Если отношение максимального расхода теплоты на горячее водоснабжение к расчетному расходу ее на отопление меньше 0,6, то колебания температуры в отапливаемом помещении допустимые и можно применять связанное регулирование. При большем отношении применяют раздельное регулирование.
Несвязанный принцип регулирования подачи теплоты для отопления и горячего водоснабжения осуществляется в параллельных и смешанных схемах присоединения водонагревателей горячего водоснабжения на тепловых пунктах. При параллельной схеме теплоноситель в тепловом пункте поступает по подающей линии с температурой Т1. Часть его идет в теплообменник для подогрева водопроводной воды до температуры tr, равной 60—65 С, которая поддерживается постоянным регулятором. Охлажденная вода из теплообменника с температурой т 4 поступает в обратную линию, где сливается с обратной водой из системы отопления с температурой т2. Таким образом, водонагреватель присоединен параллельной системе отопления. Расход теплоносителя в ней поддерживается постоянным регулятором расхода, а расход теплоносителя на горячее водоснабжение переменным, что зависит от разбора горячей воды. Параллельные схемы применяют при отношении максимального расхода теплоты на горячее водоснабжение к расчетному расходу на отопление менее 0,2 и более 1,2. В первом случае можно использовать связанное регулирование, но ввиду малого расхода теплоты на горячее водоснабжение экономия металла на трубы незначительно, а оборудование теплового пункта существенно усложняется. Во втором случае нагрузка горячего водоснабжения большая и при смешенных схемах с теплообменника I ступени удается снять незначительное количество теплоты (так как через систему отопления идет малый расход), что не компенсирует проигрыш, вызванный увеличением площади поверхности нагрева теплообменников.
При смешенной схеме присоединения водонагревателей I ступень их включена после системы отопления последовательно по отношению к ней. В этом основное отличие данной схемы. Благодаря дополнительному теплообменнику теплота уже охлажденной воды в отопительных приборах системы отопления утилизируется. В расчетном режиме (точке излома графика температуры) температуpa теплоносителя примерно 42 С, холодной воды 5 С. Поэтому воду, поступающую из системы отопления, можно дополнительно использовать для подогрева воды горячего водоснабжения. Теплообменник II ступени включен параллельно. Отсюда и название схемы — смешанная, то есть теплообменники включены последовательно и параллельно.
Теплоноситель из водонагревателя II ступени смешивается с теплоносителем из системы отопления. Благодаря водонагревателю I ступени расчетный расход теплоносителя на тепловом пункте сокращается на 4—6%, средняя температуpa воды, возвращаемой к источнику теплоты за отопительный сезон, снижается на 2—3 С, что при теплофикации приводит к дополнительной экономии топлива.
Связанное регулирование осуществляют в последовательных и смешенных с ограничением расхода схемах. У двухступенчатой последовательной схемы присоединения водонагревателей горячего водоснабжения обе их ступени по отношению к системе отопления включены последовательно. Водонагреватель I ступени, как и в смешенной схеме, утилизирует теплоту после системы отопления. В водонагревателе I ступени теплоноситель отдает часть сноей теплоты для нагрева воды системы горячего водоснабжения. Поскольку в систему отопления теплоноситель должен поступать с температурой rl на источнике теплоты, его надо нагревать до более высокой температуры. Возникает повышенный график температур (по сравнению с отопительным), с помощью которого обеспечивается теплотой система горячего водоснабжения. Так как теплоноситель последовательно проходит через водонагреватель II ступени и систему отопления, в которую следует подавать постоянный расчетный расход теплоносителя, повышенный график температур рассчитывают при отопительном расходе теплоносителя, что экономически выгодно, поскольку дополнительное количество теплоты на горячее водоснабжение подается за счет повышения температуры воды, а не за счет увеличения ее расхода. Повышенный график (график по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения) рассчитывают на средний, сбалансированный по суткам недели расход теплоты на горячее водоснабжение.
При средней (балансовой) нагрузке горячего водоснабжения часть теплоносителя проходит через теплообменник II ступени, а часть — по обводному трубопроводу через регулятор расхода, который поддерживает постоянный расход теплоносителя через тепловой пункт, равный расчетному расходу на отопление. После слияния воды ее температура становится равной г 1. С увеличением водозабора регулятор температуры пропускает большее количество теплоносителя через водонагреватель II ступени, а по байпасу идет меньший расход, так как регулятор поддерживает постоянный расход. В результате в систему отопления поступает теплоноситель с температурой ниже требуемой. Последовав схема с повышенным графиком широко применяется в централизованных системах теплоснабжения. Недостаток ее в том, что при закрытом регуляторе расхода расход теплоносителя на вводе в тепловой пункт не регулируется и определяется степенью открытия клапана регулятора температуры. Если он приоткроется больше, чем надо, расход горячей воды может превзойти расчетный, повысится расход теплоты на отопление зданий, что повлечет за собой перегрев помещений и перерасход топлива.
Связанное регулирование обеспечивает и смешенная схема с ограничением, которая работает по повышенному графику температур. При балансовом расходе теплоты на горячее водоснабжение теплообменник II ступени берет из тепловой сети такое же колво теплоты, как и при последовательной схеме; требуемый расход теплоты идет и в систему отопления. Разница лишь в том, что в систему отопления поступает меньше теплоносителя, но с повышенной температурой. Таким образом, в последовательной схеме изменяется температура теплоносителя, поступающего в систему отопления, а в смешенной схеме — его количество. Чтобы гидравлический режим в системе отопления оставался стабильным, расход теплоносителя должен быть постоянным. В смешенной схеме этого достигают установкой подмешивающего корректирующего насоса, после него регулятора расхода воды, который и поддерживает в системе отопления. Регулятор ограничения максимального расхода воды устанавливают на вводе в тепловой пункт. Регулятор расхода теплоты на отопление поддерживает температуру т1 теплоносителя, поступающего в систему отопления, соответственно температуре наружного воздуха. В водонагревателе II ступени теплоноситель остывает от начальной температуры тп до температуры Т2 теплоносителя, выходящего из системы отопления. Средняя температура греющего теплоносителя оказывается низке, чем в последовательной схеме. Это приводит к увеличению площади поверхности нагрева водонагревателя, что является недостатком смешенной схемы.