Лекции по "Водоснабжению"

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ

 

(Т Е К С Т   Л Е К Ц И Й)

 

1. ГОРЯЧЕЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ

 

1.1. Виды потребления  горячей воды.

    Требования  к ее температуре

 

Можно естественным образом  выделить следующие две основные  разновидности потребления горячей воды:  бытовое  и  коммунально-бытовое (умывание, банное мытье, питье, мытье посуды и приготовление  пищи, уборка помещений, стирка, бассейны) и производственное самого  различного назначения (технологические процессы, мойка машин и аппаратов и т.п.).

     На водоразбор  к потребителям должна поступать  вода  питьевого качества. В отдельных случаях требуется кипяченая вода (вокзалы).   В точке водоразбора к температуре горячей  воды  предъявляются следующие требования:

1) В системах централизованного  горячего водоснабжения (ЦГВ)  с непосредственным водоразбором из тепловой сети - не ниже 60 °С;

2) В системах ЦГВ  с нагревом водопроводной воды  в водонагревателях - не ниже 50 °С;

3) В местных системах  ГВ - не ниже 60 °С;

4) Температура воды, подаваемой  к  смесителям  умывальников  и душей общеобразовательных школ,  дошкольных  учреждений,  детдомов, учреждений  соцобеспечения  и  некоторых   лечебно-профилактических учреждений  предусматривается не выше 37 °С;

5) В любом случае  температура воды не должна  превышать 75  °С. Если по технологическим требованиям (предприятия общественного  питания и другие учреждения) требуется вода  более  высокой  температуры, необходимо предусматривать местные системы или догрев воды из систем ЦГВ.

 

1.2. Общая характеристика  и область применения

местных и централизованных систем ГВ

 

Системы горячего водоснабжения  подразделяются  на  местные  и  централизованные. При местном ГВ (МГВ) вода нагревается непосредственно у  места ее потребления. Система МГВ обеспечивает водой один  или  несколько водоразборных приборов в смежных помещениях. Вода  при  МГВ  нагревается в индивидуальных водонагревателях паром, горячей сетевой водой, за счет сжигания топлива, электричеством.  Используется  также солнечный нагрев воды. Наиболее характерные примеры МГВ  -  газовые водонагреватели и дачные душевые установки с солнечным нагревом.    

Поскольку использование  электричества значительно дороже газового нагрева, применение электроводонагревателей на проектной  стадии должно иметь необходимое технико-экономическое обоснование. Использование газовых водонагревателей регламентируется нормами газоснабжения.

В системах ЦГВ вода приготавливается  для  потребителей целого здания, группы зданий, квартала, населенного пункта и т.п.,  а  затем по трубопроводам  подается к водоразборным приборам. Нагрев  воды производится в водогрейных котлах, паро- или водоводяных  нагревателях.

Местными системами  оборудуются здания, не подключенные к  системам централизованного теплоснабжения (ЦТ), не  имеющие  собственных  котельных, или, если система ЦТ не рассчитана на покрытие  тепловой нагрузки ГВ.

Системами ЦГВ оборудуются  здания, подключенные к  системам  ЦТ или имеющие собственные котельные. Если число водоразборных точек  в таких зданиях мало, экономически может быть обосновано  и  применение системы МГВ.

 

1.3. Схемы систем  ЦГВ

 

Рассмотрим основные виды классификации схем систем ЦГВ.

1. По обеспечению давления  системы ГВ могут быть работающими:

• под давлением холодного водопровода;
• под давлением тепловой сети;
• под давлением, создаваемым насосом, установленным на  холодном или горячем водопроводе;
• под статическим  давлением,  создаваемым  баком  холодной  или горячей воды.

2, По месту прокладки  распределительных трубопроводов  системы могут быть:

• с нижней разводкой;
• с верхней разводкой.

3. По наличию и способу обеспечения циркуляции:

• без циркуляции;
• с естественной циркуляцией;
• с насосной циркуляцией.

4. По наличию и месту   расположения  баков-аккумуляторов   горячей

воды:

• без аккумулятора;
• с нижним баком;
• с верхним баком.

   Рассмотрим характерные  примеры схем построения систем ЦГВ.

Схема на рис.1.1 одновременно со своим конкретным техническим содержанием иллюстрирует основные  элементы  систем ГВ, которые будут впредь неоднократно  повторяться.

При непосредственном водоразборе  вместо водонагревателя в схеме присутствует регулятор температуры,  обеспечивающий  смешение воды из подающего и обратного трубопроводов тепловой сети для получения необходимой температуры на водоразборе (рис.1.2).

    

 

Схемы систем ЦГВ с нагревом водопроводной  воды более сложны  и рассматриваются далее подробнее. Для перехода к  схеме  с  непосредственным водоразбором достаточно заменить водонагреватель  на регулятор температуры и исключить трубопроводы холодной воды.

Для обеспечения неостывания воды в раздающих трубопроводах при  отсутствии водоразбора (в ночное время) служит  циркуляция.  А  для компенсации неравномерности потребления горячей воды по времени суток применяются баки-аккумуляторы.

 

Очевидно, что при схеме  системы по рис.1.5 возможны режимы работы:

с водоразбором через  водонагреватель;

с  водоразбором  из  бака-аккумулятора;

с работой водонагревателя  на  заполнение  бака;

смешанные режимы нагревателя и бака-аккумулятора.

 

Герметичный бак-аккумулятор (рис.1.5) обеспечивает использование  давления водопровода для работы системы горячего водоснабжения. Однако это требует соблюдения целого ряда жестких правил эксплуатации сосудов, находящихся под давлением.

Если по соображениям безопасности в здании нельзя  расположить  бак, находящийся под  давлением  водопровода  (0,5  МПа  и  более), бак-аккумулятор выполняется открытым (бак атмосферного  типа).  Такие баки безопасны, более просты по конструкции и дешевы. Верхнее расположение бака удобно тем,  что  позволяет  организовать подачу воды потребителям самотеком (безнасосно). Заполняется же бак под давлением водопровода.

При этом возникает необходимость  регулировки  уровня  заполнения бака, то может выполняться различными способами.  Самым  простым является механический шаровой или поплавковый клапан, аналогичный клапану смывного бачка унитаза (рис. 1.6).

Однако организовать циркуляцию через шаровой клапан невозможно,  т.к. после заполнения бака он закрывается. Для организации циркуляции  в этом случае требуется  либо  т.наз.  уравнительный  бак  (рис.1.7), снабженный шаровым клапаном, либо автоматический регулятор  на  линии подачи холодной воды соединенный импульсной линией  с  датчиком уровня в баке горячей воды.

При этом  циркуляция  может  охватывать бак горячей  воды (рис.1.8), а может не затрагивать  его,  обеспечивая неостывание  воды только в трубопроводах (рис.1.9).

Нижнее расположение атмосферного бака-аккумулятора проще  конструктивно но при этом теряется возможность самотечной  организации подачи воды. Система должна быть оборудована насосом, который обеспечивает расчетный расход воды и создание напора не меньше  требуемого для преодоления всех гидравлических потерь в системе (рис. 1.10). При  отсутствии водоразбора этот же насос обеспечивает циркуляцию.  Располагается он на циркуляционном кольце,  но на  линии  подающего  трубопровода.

Бак-аккумулятор может  быть снабжен  змеевиковым  теплообменником и служить  одновременно  емкостным  водонагревателем.  Особенно распространена эта схема при паровой тепловой сети для  обеспечения бытового горячего водоснабжения промпредприятий (рис. 1.11).

В зданиях высотой  более  4-х  этажей  рекомендуется  водоразборные стояки (в количестве от 3 до 7) объединять кольцующей  перемычкой (по верху, если разводка нижняя и  по  низу,  если  разводка верхняя) с присоединением этой перемычки к  общему  циркуляционному стояку (рис. 1.12). Перемычки рекомендуется прокладывать по чердаку, под  потолком верхнего этажа (при нижней разводке), в подвале или подполье  (при верхней разводке). Перемычки разрешается  не  делать  в  зданиях  с этажностью не более 4-х, а также в случае, когда длина  перемычки превышает суммарную  длину  циркуляционных  стояков.  Стояки, объединенные перемычкой называются секцией.

Для удобства управления и регулировки систем  группа  водоразборных и циркуляционных стояков при нижней разводке  может  объединяться по низу перемычками с присоединением к разводящему трубопроводу в одной точке.

    Следует отметить, что вариант (а) позволяет  экономить  трубы, а полное секционирование по варианту (б) обычно приводит к их перерасходу.

 

1.4. Определение расходов  воды и теплоты

в системах горячего водоснабжения

 

Нормативный метод расчета  расходов воды регламентируется в [1].

Секундный расход воды, отнесенный к одному  прибору  q_o^h  л/с, определяется по [1, Приложение 2]. При неодинаковых  приборах,  обслуживающих одинаковых потребителей - по [1, Приложение 3].

При  неодинаковых  приборах,  обслуживающих  группы  различных потребителей, q_o^h определяется по выражению

 

, л/с,

 

где N_i - число водоразборных приборов в группе потребителей;

      Р_i - вероятность их одновременного действия.

Если потребители в  здании одинаковые, то вероятность  действия приборов определяется без учета изменения отношения числа  потребителей U к числу приборов N по участкам системы по формуле

 

 

где q_hr^h - норма расхода горячей воды потребителем в час наибольшего водопотребления (принимается по [1, Приложение 3]).

     При различных  группах потребителей в здании

 

 

При отсутствии данных о количестве приборов разрешается принимать N=U. По зданиям, где отсутствуют данные  о расходах  воды  и характеристики приборов принимают q_o^h = 0,2 л/с.

Максимальный  секундный расход  на  любом участке системы ГВ определяется  как

q^h =5a×q_o^h , л/с,

 

где a=f(N×Р) - коэффициент, определяемый по табл.1 или 2 [1, Приложение 4].

Разрешается определять q^h по номограммам [1, Приложение 4].

Часовой расход воды прибором при одинаковых  потребителях в здании определяется непосредственно по [1, Приложение 3]. При различных потребителях в здании - по формуле

 

, л/час,

 

Часовая вероятность  одновременного действия приборов для  системы в целом или группы потребителей составляет

 

 

При отсутствии данных разрешается  принимать   = 200 л/час.

Максимальный  часовой расход воды на систему горячего водоснабжения в целом (на головном участке) составит

 

, м³/ч

 

где a_hr=f(N×Р_hr) - коэффициент, определяемый по табл.1 или 2 [1, Прилож. 4].

Максимальный  суточный расход воды на систему ГВС составляет

 

, м³/сут.,

 

где  - норма расхода горячей воды одним потребителем,   л/(сут×чел), для группы, состоящей из U_i потребителей,   принимаемая по [1, Приложение 3].

Средний часовой  расход воды за  сутки (период)  максимального водопотребления продолжительностью T часов составляет

 

q^h_T = q^h_d/T, м³/час

 

Расходы теплоты на систему  ГВС  (расчетные  тепловые  потоки) определяются по известным расходам воды следующим образом.

Средний за сутки максимального  водопотребления

 

, кВт

 

где 55 °С - средняя температура горячей воды;

t^с  - средняя температура холодной водопроводной воды  (5 °С зимой и 15 °С       - летом);

Q^ht   - потери теплоты трубопроводами системы ГВС.

Максимальный часовой расход теплоты

 

, кВт

 

Принимая теплоемкость воды с_р = 4,1868 кДж/(кг×К), а ее  плотность r = 1000 кг/м³, получим

 

, кВт

 

, кВт

 

 

1.5. Определение  теплопотерь в системах ГВС

 

При работе систем ГВС  теплота неизбежно теряется через  стенки трубопроводов, арматуру и элементы конструкции. При  сколько-нибудь заметном водоразборе величина этих теплопотерь не оказывает  заметного влияния на температуру воды. Однако  при  отсутствии  водоразбора теплопотери приводят к быстрому остыванию воды в  трубах,  что требует компенсации теплопотерь за счет циркуляции воды. Для определения необходимого циркуляционного расхода требуется оценить  величину теплопотерь.