ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ С ГОРЯЧЕЙ ВОДОЙ В КАЧЕСТВЕ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
Технологическая схема наиболее простого ТП показана на рис. 4-2. Учет расхода тепла зданиями, в которых теплоносителем служит горячая вода, обычно производится в их ТП различного типа самопишущими дифференциальными манометрами, самопишущими термометрами или тепломерами. В ТП, в котором производится учет тепла, необходимо смонтировать диафрагму учета расхода теплоносителя, в то время как аппаратура для замера расхода может быть стационарной переносной. В последнем случае она используется для учета расхода несколькими потребителями. Замеры при помощи переносной аппаратуры выполняются в определенное время. Дифференциальные манометры учитывают расход теплоносителя G, протекающего через тепловой пункт. Самопишущие термометры определяют температуру теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах и разность этих температур At. Израсходованное тепло, кДж, подсчитывается по формуле
Для расчета расхода тепла в закрытой схеме теплоснабжения достаточно установить аппаратуру учета расхода теплоносителя на одном из трубопроводов. Обычно такую аппаратуру устанавливают на обратном трубопроводе, так как параметры put протекающего по нему теплоносителя ниже, чем в подающем, и это создает более благоприятные условия для работы дифманометра. В открытых схемах аппаратура учета устанавливается как на подающем, так и на обратном трубопроводе. В закрытой схеме расход теплоносителя, циркулирующего в подающем и обратном трубопроводах одинаковый, если нет утечки теплоносителя. В открытой схеме эти расходы разные. Разность между этими расходами должна представлять собой потребление горячей воды в открытой схеме горячего водоснабжения.
Температура теплоносителя для нужд системы отопления при качественном регулировании устанавливается при помощи водоструйного элеватора или смесительного насоса. Расчетная температура теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах наружных тепловых сетей составляет 150—70°С. В отопительной системе здания параметры теплоносителя принимаются 95—70°С. Элеватор приготовляет теплоноситель требуемых параметров 95—70°С подмешиванием к теплоносителю температурой 150—70°С подающего трубопровода охлаждающей воды из обратного трубопровода с температурой 70—38°С в количестве, необходимом для получения в подающем трубопроводе системы отопления теплоносителя нужных параметров.
Действие водоструйного элеватора происходит следующим образом:
1. Теплоноситель с более высокой температурой и более высоким давлением подающего трубопровода подается в сопло водоструйного элеватора, где из-за уменьшения диаметра сопла резко увеличивается скорость течения и кинетическая энергия теплоносителя при одновременном снижении давления (потенциальной энергии) до значения меньшего, чем в обратном трубопроводе.
2. При выходе из сопла теплоносительиз подающего трубопровода попадает в камеру смешения водоструйного элеватора, где за счет пониженного давления происходит подсос остывшего теплоносителя из обратного трубопровода и смешение его с более теплым теплоносителем из теплосети.
3. Теплоноситель пониженного давления из камеры смешения направляется в диффузор элеватора, где из-за значительного, но плавного увеличения диаметра соответственно понижаются скорость течения и кинетическая энергия с одновременным повышением давления (т. е. потенциальной энергии). Увеличенное давление теплоносителя в конце диффузора всегда будет ниже давления при входе в элеватор. Вследствие этого в подающем трубопроводе за водоструйным элеватором получается вода более низкой температуры и давления, чем при входе в элеватор. Работа водоструйных элеваторов выполняется за счет перепада давлений, созданного сетевыми насосами системы теплоснабжения.
Такая схема снижения температуры теплоносителя в ТП потребителей тепла, получившая широкое применение, была разработана и предложена В. М. Чаплиным на заре развития теплофикации СССР.
Пример расчета водоструйного элеватора с необходимыми расчетными формулами приведен в табл. 4-1.
Водоструйные элеваторы типа ВТИ—Теплосеть Мосэнерго по производительности и размерам делятся на семь номеров.
Номер элеватора, а также диаметр сопла при минимальном располагаемом давлении перед элеватором определяется по номограмме (рис. 4-3).
Расчетный диаметр сопла при фактическом располагаемом давлении Ар определяется по номограмме (рис. 4-4).
Регулирование работы элеватора обычно осуществляется заменой сопла с увеличением или уменьшением отверстия его в соответствии с изменением фактического располагаемого давления перед элеватором. Однако замена сопла элеватора является трудоемкой операцией и связана с остановом системы отопления здания. Поэтому весьма перспективным мероприятием является применение регулируемых водоструйных элеваторов новой конструкции, сопло которых оборудовано перемещаемой извне конической иглой, способной менять площадь сечения отверстия сопла и соответственно регулировать смешение теплоносителя. Помимо этого регулирование работы элеватора можно производить также частичным прикрытием или открытием вентиля, расположенного на подающем трубопроводе за элеватором.
Водоструйный элеватор представляет собой насос, не имеющий движущихся частей. Элеватор прост, дешев, работает бесшумно, не расходует дополнительной электроэнергии, при наличии избытка располагаемого давления регулирует давление теплоносителя. Минимальная затрата давления теплоносителя для работы элеватора АрР=0,14 МПа при температуре воды в сети 150—70°С, в местной системе 95—70°С и потерях давления в местной системе Др=0,01 МПа. При понижении температуры теплоносителя в местной системе до 85— 65°С минимальная затрата давления, необходимая для работы элеватора, возрастет и достигнет 0,25 МПа. При работе местной системы с температурой 105—70°С минимальная затрата давления, необходимая для работы элеватора, составит только 0,075 МПа при параметрах теплоносителя в наружных тепловых сетях 150—70°С.
Необходимая для работы элеватора минимальная затрата давления возрастет при увеличении потерь давления в местной системе сверх Др=0,01 МПа. Так, если потери давления в местной системе Др=0,03 МПа, то для работы элеватора потребуется минимальная затрата давления, равнаяJ3,42 МПа.
Сравнительно большая затрата давления, необходимая для работы элеватора, в определенной степени ограничивает возможности его применения. Кроме того, для точного регулирования температуры элеватор пригоден только при условии поддержания постоянного расхода и давления теплоносителя в системе. Для обеспечения элеваторами ТП требуемой точности регулирования необходимо, чтобы были удовлетворены следующие три условия:
1. Потери давления в местной системе отопления за элеватором должны быть постоянными. Желательно, чтобы в отопительной системе потери при наладке были установлены на уровне Др=0,01 МПа (1,0 м вод. ст.) и периодически проверялись.
2. В элеваторе должен быть обеспечен постоянный расход теплоносителя. Это относится как к подающему, так и к подмешивающему трубопроводу. Постоянство расхода теплоносителя в подающем трубопроводе целесообразно поддерживать автоматически действующим регулятором расхода типа РР (см. ниже), устанавливаемым перед каждым элеватором и одновременно в определенной мере регулирующим давление перед элеватором.
3. Диаметр сопла элеватора должен быть рассчитан в соответствии с конкретными параметрами и условиями работы, однако он должен быть не менее 2,5 мм во избежание его засорения и прекращения работы системы отопления.
Регулирование расхода теплоносителя в тепловых пунктах и местных системах для систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения. В ТП, обслуживающих отопительных потребителей, устанавливаются регуляторы расхода типа РР, обеспечивающие постоянный расход воды в системе потребителя в условиях переменного давления в наружной тепловой сети.
В зданиях, имеющих вентиляционные системы, регуляторы расхода теплоносителя обычно устанавливают во всех вентиляционных камерах. В ТП, обслуживающих несколько вентиляционных систем, регуляторы устанавливаются только в тех случаях, когда все вентиляционные камеры работают в совершенно одинаковом режиме «как в смысле температуры нагрева воздуха, так и по времени работы в сутки.
В системах кондиционирования воздуха регуляторы расхода теплоносителя устанавливаются в камерах кондиционирования воздуха.
В системах горячего водоснабжения как для санитарно-бытовых, так и для технологических нужд регулирование расхода теплоносителя при закрытых схемах теплоснабжения выполняется регуляторами типа РР, при открытых схемах — регуляторами типа ТРЖ (терморегулятор жидкостный).
Регуляторы размещаются в ТП и работают в зависимости от температуры приготовляемой для потребителей горячей воды.
Параллельно описанному регулированию расхода теплоносителя, совершаемому в ТП, возможно еще дополнительное, более тонкое регулирование расхода в каждом помещении — установкой соответствующих регуляторов перед радиаторами и калориферами, обогревающими помещение.
Таким образом, в любом помещении возможно установить заданную температуру независимо от температуры наружного воздуха и прочих условий. Точность регулирования заданной для помещений температуры обеспечивается разного типа терморегуляторами, устанавливаемыми в отопительных системах и работающими по принципу регулирования количества теплоносителя, подаваемого потребителю.
Образец хорошей работы показал комнатный терморегулятор индивидуальной установки в системах отопления, созданный в Академии наук Латвийской ССР в 1956 г. [12]. Регулирование температуры помещений весьма просто, но менее точно, выполняется кранами двойного регулирования и вентилями ручного обслуживания, устанавливаемыми перед нагревательными приборами. При наличии отопительных панелей регулирование температуры помещений осуществляется без регулирования расхода теплоносителя устройством жалюзи у отопительных панелей.
За последние годы все чаще применяется регулирование расхода теплоносителя и температуры помещений пофасадными терморегуляторами, устанавливаемыми в ТП и раздельно регулирующими отдачу тепла с учетом нагрева отдельных помещений солнцем и охлаждения ветром.
Применение терморегуляторов имеет большое практическое значение, так как они не только поддерживают необходимую температуру в помещениях, но и экономят тепло, не допуская «перетопа» помещений.
Регулирование давления. Давление в подающем трубопроводе наружной сети практически находится в пределах 0,6—1,4 МПа (60—140 м вод. ст.), в обратном трубопроводе — от 0,2 до 0,55 МПа (20—55 м вод. ст.). Давление в подающем трубопроводе наружной сети превышает предел прочности радиаторов, калориферов и других нагревательных приборов. Нагревательные приборы из обычного чугуна выдерживают рабочее давление р=0,6 МПа (60 м вод. ст.), стальные нагревательные приборы — р=0,6-?-1,0 МПа (60—100 м вод. ст.). Поэтому давление в каждом тепловом пункте при проектировании должно снижаться до значений, обеспечивающих каждой местной системе необходимую безопасность для радиаторов и требуемое располагаемое давление (разницу давлений в подающем и обратном трубопроводах).
Необходимые потери давления в различных местных системах обычно следующие: для систем отопления Др= =0,01 МПа (1 м вод. ст.), вентиляции и кондиционирования воздуха Др=0,01-0,05 МПа (1—5 м вод. ст.), горячего водоснабжения и технологии Др=0,02--0,04 МПа (2—4 м вод. ст.), не считая потерь давления, вызываемых установленной аппаратурой регулирования расхода и давления теплоносителя.
Если располагаемое давление в каждой отдельной системе не отрегулировано точно до необходимого значения, то исправная работа этой системы нарушается. Когда располагаемое давление в местной системе будет меньше необходимого, количество тепла, получаемое потребителем, уменьшится, поскольку уменьшится расход теплоносителя в системе. Когда располагаемое давление будет больше необходимого, работа системы окажется разрегулированной. Нагревательные приборы при тупиковой схеме системы отопления, расположенные ближе к тепловому пункту, получат больше тепла, чем необходимо, и наоборот, более удаленные получат его в недостаточном количестве.
Если потери давления в местной системе не отрегулированы в тепловом пункте, то потребуется их отрегулировать в каждом отдельном стояке и у каждого нагревательного прибора. Это весьма сложно.
Более правильно осуществлять основное регулирование давления в тепловом пункте, выполняя в местных системах только дополнительную, мелкую подрегулировку, необходимую также для устранения неточностей в расчете и монтаже системы.
Из этого расчета видно, что в данном ТП имеется существенный избыток располагаемого давления. Правильно выбранный элеватор не только эффективно использует избыток располагаемого давления, но также способствует окончательному отрегулированию давления, делая ненужным установку дополнительных дроссельных шайб.
На практике установка дроссельных шайб необходима почти в каждом ТП. Определение необходимого диаметра дроссельной шайбы dm, мм, выполняется на основании расчета по формуле
Для подпитки системы теплоснабжения второго контура требуется автоматизация. Подпитка системы в случае, когда давление в обратном трубопроводе первого контура ниже давления подающего трубопровода второго контура, осуществляется подпиточными насосами. Тепловые пункты независимых схем отличаются некоторой технологической сложностью, их строительство и эксплуатация требуют дополнительных затрат. В ТП должны дополнительно работать насосы для циркуляции воды в системах отопления, горячего водоснабжения, а иногда и для подпитки отопительной системы, постоянно расходующие электроэнергию. Тепловые пункты- нуждаются в регулярном обслуживании, и кроме того, в них размещается много исполнительных механизмов и приборов автоматики. Поэтому применение таких схем ЦТП обычно оправдано только при осуществлении теплоснабжения зданий со следующими характеристиками:
1) высотой не менее 12 этажей. По независимой схеме такие здания присоединяются полностью или только их верхние этажи;
2) расположенных в наибольшем отдалении от районного источника тепла, если это дает возможность понижения давления в подающем трубопроводе всей системы централизованного теплоснабжения;
3) если рельеф местности по давлению теплоносителя не допускает применения зависимых схем присрединения;
4) из-за особенностей графика давления сетевой воды (пьезометрического графика).
Шираке 3. Э. Теплоснабжение: пер. с латыш. — М.: Энергия, 1979.
