Открытая и закрытая схемы присоединения систем горячего водоснабжения к тепловой сети

В зависимости от способа присоединения систем горячего водоснабжения к тепловым сетям различают закрытые и открытые системы теплоснабжения. В закрытых системах трубопроводы горячего водоснабжения присоединяют к тепловым сетям через водоводяные теплообменники, в которых происходит нагрев воды для горячего водоснабжения. В открытых системах теплоснабжения вода для горячего водоснабжения отбирается непосредственно из тепловой сети, поэтому требуется оборудовать тепловые станции мощными источниками воды и организовывать на них водоподготовку, что ограничивает применение этой прогрессивной системы теплоснабжения.

В открытой системе вода для горячего водоснабжения забирается из подающего и обратного трубопроводов тепловой сети и смешивается в терморегуляторе (рис. 1.7). В качестве терморегулятора обычно используют приборы ТРЖ или ТРД конструкции ОРГРЭС. В результате смешивания обоих потоков давление воды за терморегулятором близко к давлению воды в обратном трубопроводе, поэтому для осуществления циркуляции в в системе горячего водоснабжения циркуляционный трубопровод подключается (рис. 1.7, а) к обратному трубопроводу тепловой сети за местом отбора воды и после дроссельной шайбы. Диаметр шайбы выбирается из расчета создания на ней сопротивления, соответствующего потерям давления в системе горячего водоснабжения.

При давлении в обратном трубопроводе тепловой сети, недостаточном для подачи воды в систему горячего водоснабжения, на трубопроводе горячей воды после терморегулятора устанавливают повысительно-циркуляционный насос (рис. 1.7,6), который выполняет функции подпиточного насоса системы отопления с независимым присоединением.

При недостаточной мощности источника водоснабжения на тепловой станции и для снижения температуры воды, возвращаемой на станцию, в г. Свердловске, применяют комбинированную схему присоединения систем горячего водоснабжения (рис. 1.8,а), при которой на тепловых пунктах часть воды забирается из городской водопроводной сети. Эту воду сначала нагревают в водонагревателе теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления, а затем смешивают с водой из подающего трубопровода теплосети. Строительство теплового пункта для такой схемы требует больших капитальных затрат, чем для схемы с непосредственным водоразбором, но меньших, чем для закрытой схемы. По данным Теплосети «Свердловэнерго» внедрение комбинированной схемы позволяет уменьшить объем водоподготовки на станции на 35—40 %, а также снизить расход электроэнергии на перекачку теплоносителя на 20%.

При значительных отборах воды на горячее водоснабжение из подающего трубопровода, как правило, сокращается расход сетевой воды, поступающей в систему отопления, что приводит к разрегулировке последней и непрогревам отдельных помещений. Для устранения этого недостатка Теплосетью «Волгоградэнерго» предложено на тепловых пунктах устанавливать предвключенные водонагреватели горячего водоснабжения (см. рис. 1.8,б). Воду на горячее водоснабжение в течение всего отопительного периода отбирают только из обратного трубопровода и при необходимости догревают до заданной температуры в водонагревателях сетевой воды из подающего трубопровода. При этом неблагоприятное влияние водоразбора из тепловых сетей на работу систем отопления сводится к минумуму, так как с возрастанием нагрузки расход сетевой воды, циркулирующей в системе отопления, увеличивается. Снижение температуры сетевой воды, поступающей в систему отопления, должно компенсироваться повышением температуры воды в, подающем трубопроводе тепловой сети по сравнению с требуемой по отопительному графику.

Непосредственный водоразбор из тепловой сети позволяет создать принципиально новую однотрубную систему теплоснабжения, в которой вся вода, прошедшая систему отопления, используется для горячего водоснабжения или на технологические нужды (см. рис. 1.8, в). Преимуществом однотрубного теплоснабжения является то, что благодаря отсутствию обратной трубы в два раза уменьшается расход труб, а следовательно, и стоимость тепловых сетей. Основная трудность при эксплуатации указанных систем возникает из-за необходимости вы-J равнить расходы воды на отопление и горячее водоснабжение. При расчетной температуре сетевой воды 150 °С расход воды на отопление для климатических условий] Москвы примерно в два раза больше расхода воды на горячее водоснабжение (на одного жителя суточный расход воды на отопление 230—270 л, на горячее водоснабжение 105—130 л), поэтому применение однотрубной системы теплоснабжения требует повышения расчетной температуры сетевой воды до 180—200 °С и наличия баков-аккумуляторов горячей воды. При этом расхождение баланса по расходу воды будет незначительным и слив минимальным.

По данным МИСИ им. В. В. Куйбышева, стоимость открытой системы теплоснабжения составляет 76,5, однотрубной— 45,8% стоимости закрытой системы теплоснабжения. Однако, несмотря на перспективность и экономичность однотрубной системы теплоснабжения, она не нашла широкого применения из-за расхождения расходов воды на отопление и горячее водоснабжение. Особенно эффективно ее применение при сверхдальней транспортировке тепла и в южных районах, где отопительная

нагрузка сравнительно невелика и для исключения слива не требуется завышенных параметров теплоносителя.

В Москве была выполнена опытная проверка так называемой «полуторной» системы: однотрубная система в котельной до ДТП и двухтрубная система с непосредственным водоразбором в квартале. Для выравнивания нагрузки горячего водоснабжения в ДТП был установлен бак-аккумулятор. Проверка показала, что при расчетной температуре теплоносителя 200 °С слив начинается только при температуре наружного воздуха tex<—12°С.

Схемы присоединения водонагревателей горячего водоснабжения в закрытой системе теплоснабжения показаны на рис. 1.9—1.12. В связи с резко переменным графиком водопотребления обязательным условием подключения водонагревателей горячего водоснабжения является оборудование их регуляторами температуры горячей воды. Параллельную (рис. 1.19) и двухступенчатую смешанную (см. рис. 1.10) схемы применяют при независимом регулировании нагрузок отопления и горячего водоснабжения. Расчетный расход сетевой воды для нужд горячего водоснабжения определяют (при отсутствии аккумуляторов горячей воды) по максимальной часовой нагрузке. При работе по этим схемам наблюдаются значительные колебания расхода сетевой воды на горячее водоснабжение из-за неравномерности потребления горячей воды в течение суток (при отсутствии на вводе баков-аккумуляторов) и сезонной неравномерности расхода сетевой воды на горячее водоснабжение (с понижением наружной температуры растет температура воды в тепловой сети, а следовательно, и расход сетевой воды на горячее водоснабжение сокращается). Для сохранения стабильного расхода воды в системе отопления перед элеватором устанавливают регулятор. Параллельную схему применяют, если расход теплоты на горячее водоснабжение значительно превышает расход теплоты на отопление. Смешанную схему применяют при нагрузке горячего водоснабжения соизмеримой с расходом тепла на отопление с целью использования теплоты воды, прошедшей систему отопления, и одновременного снижения ее температуры.

Для предвключенной и последовательной двухступенчатой схем (см. рис. 1.9 и 1.11) присоединения водонагревателей расчетный расход сетевой воды на абонентский ввод определяют по среднему, а не максимальному расходу теплоты на горячее водоснабжение.

Неравномерность потребления теплоты системой горячего водоснабжения вызывает изменение температуры воды, поступающей в системы отопления, поскольку регулятор расхода, установленный на перемычке вокруг предвключенного системе отопления водонагревателя, поддерживает постоянный расход сетевой воды на вводе. В часы максимального водоразбора система отопления недополучает теплоты, а в часы водоразбора ниже среднего уровня она, наоборот, получает теплоты больше необходимого. В делом за сутки система отопления получает свою норму расхода теплоты, и, как показали выполненные во Всесоюзном теплотехническом институте (ВТИ) и МНИИТЭПе исследования, колебания температуры в отапливаемых помещениях не превышают 1 °С. Это объясняется аккумулирующей способностью здания и системы отопления, а также тем, что в часы максимального водоразбора в квартирах имеются наибольшие бытовые тепловыделения.

При соотношении среднего расхода теплоты на горячее водоснабжение к расчетному на отопление 0,3 (а по максимальным величинам 0,7—0,9) расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжение при двухступенчатой последовательной схеме будет меньше, чем при смешанной схеме, в 2 раза и в 3,2 раза, чем при параллельной схеме (предвключенная схема применяется при меньшей доле нагрузки горячего водоснабжения).

Однако при применении последовательных схем в условиях центрального регулирования отпуска теплоты по отопительному графику нарушается необходимое соответствие. между подачей теплоты на отопление и тепло- потерями зданий, что вызывается сезонной неравномерностью расхода сетевой воды на горячее водоснабжение (отмеченной при описании смешанной схемы). Поскольку расход сетевой воды на абонентский ввод поддерживается постоянным, избыток его с понижением наружной температуры поступает в систему отопления, вызывая перегрев отапливаемых помещений. Поэтому в районах, в которых кроме отопления имеется горячее водоснабжение, следует использовать повышенный график, при котором расход теплоты на горячее водоснабжение компенсируется не расходом сетевой воды, а повышением температуры воды в подающем трубопроводе по сравнению с предусмотренной отопительным графиком (см. в гл. 3). При этом обеспечивается расход на горячее водоснабжение без дополнительного (или с незначительным увеличением) расхода воды в тепловой сети по сравнению с расчетным расходом на отопление и устраняется сезонный перерасход теплоты. Таким образом применение икледовательной двухступенчатой схемы присоединении водонагревателей горячего водоснабжения при теплоты по повышенному температурному графику позволяет значительно увеличить пропускную способность существующих тепловых сетей или снизить удельную стоимость проектируемых наружных сетей.

В последнее время находит все большее применение смешанная схема с ограничением максимального расходы сетевой воды, также дающая возможность использовать теплоаккумулирующую способность отапливаемых зданий и систем отопления для устранения влияния неравномерности потребления теплоты системами горячего водоснабжения на работу тепловой сети. В отличие от обычной смешанной схемы в этой схеме регулятор расхода устанавливают не перед системой отопления, а на иноде до места отбора сетевой воды на II ступень водонагревателя горячего водоснабжения (см. рис. 1.12). Регулятор поддерживает расход воды не выше заданного. С ростом водоразбора регулятор температуры раскроется, увеличивая расход сетевой воды через II ступень. Но увеличение этого расхода произойдет не за счет повышения общего расхода сетевой воды (так как регулятор-ограничитель не пропустит больший расход), а за счет сокращения расхода сетевой воды на отопление, что делает эту схему равноценной с последовательной по расчетному расходу сетевой воды. Постоянный расход воды в системах отопления обеспечивается работой циркуляционного насоса и дифференциального регулятора давления.

В системах горячего водоснабжения эффективно применение аккумуляторов горячей воды. Выравнивая графики тепло- и водопотребления, они позволяют в 3— 4 раза уменьшить площадь поверхности нагрева водонагревателей горячего водоснабжения, а при параллельной и смешанной схемах значительно сократить расход сетевой воды. Возможно использование либо открытых (рис. 1.13,а), либо закрытых (рис. 1.13,6) баков-аккумуляторов горячей воды. При открытых базах кроме уменьшения площади поверхности нагрева водонагревателей снижается пиковое водопотребление из городской водопроводной сети. Верхнее расположение бака предпочтительнее из-за частичной деаэрации воды, что ослабляет процессы внутренней коррозии в системах горячего водоснабжения. Для обеспечения постоянного расхода воды через водонагреватель при верхнем расположении бака в системе на трубопроводе холодной воды устанавливают регулятор расхода.

В схеме с закрытым аккумулятором бак имеет более сложную конструкцию, так как он рассчитывается на повышенное давление. Роль авторегулятора, поддерживающего постоянный расход местной воды через водонагреватель, в этой схеме выполняет циркуляционный насос. Если сумма расхода воды из водопровода и циркуляционной линии меньше установленной подачи насоса, то недостающая часть воды забирается из аккумулятора (зарядка), если больше, то излишняя часть, наоборот, вытесняет воду из аккумулятора (разрядка). Объем бака для жилого дома должен в 4—6 раз превышать средний часовой расход горячей воды.

Уменьшить площадь поверхности нагрева водонагревателей возможно, если сократить хотя бы пиковый расход теплоты в часы максимального водоразбора. Это достигается применением емких теплообменников водоснабжения, позволяющих одновременно осуществлять естественную циркуляцию в местной системе. Причем в I ступени следует сохранить скоростные водонагреватели (рис. 1.13,в), так как в случае объединения I и II ступени ночью при отсутствии водоразбора вода и I системы отопления будет охлаждать воду в водонагревателе горячего водоснабжения.