XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2019

Схемы присоединения систем горячего водоснабжения к тепловым сетям

Системы горячего водоснабжения может присоединяться двумя способами: непосредственно из системы (в открытых системах теплоснабжения) или независимо через водонагреватели (в закрытых системах теплоснабжения). Вид системы теплоснабжения (открытая или закрытая) определяется при проектировании.

На рис. 1 показана схема непосредственного присоединения системы горячего водоснабжения (открытая схема)

Непосредственное присоединение к подающему и обратному тру­бопроводам (а). Горячая вода требуемой температуры подготавливается смешением ее с помощью терморегулятора из подающего и обратного трубопроводов. В терморегуляторе давление воды, поступающей из подающего трубопровода, дросселируется до давления обратного трубопровода (а ее количество зависит от температуры воды в обратном трубопроводе). В соответствии со СП 124.13330.2012 «Тепловые сети» температуру нагреваемой воды на выходе водоподогревателя в систему горячего водоснабжения следует принимать равной 65 о С. Поэтому при температуре в обратном трубопроводе выше 65 о С вода полностью поступает из обратного трубопровода, а при температуре воды в нем ниже 65 °С — из обратного и подающего; при температуре воды в подающем трубопроводе, равной 65 °С, — полностью из него.

При независимом присоединении системы отопления (б) утечки восполняются из системы горячего водоснабжения после узла смещения. При давлении в обратном трубопроводе тепловой сети, недостаточном для подачи воды в систему горячего водоснабжения, устанавливают регулятор давления (подпора) при достаточном общем напоре или повысительный насос, который одновременно может являться циркуляционным. Циркуляция может осуществляться с помощью дроссельных шайб, устанавливаемых на обратном трубопроводе отопительной системы (зимний режим) и на циркуляционном трубопроводе (летний режим). При наличии регулятора давления (подпора) дроссельную шайбу для зимнего режима не устанавливают.

Рис.1Непосредственное присоединение системы горячего водоснабжения (открытая схема)

а — к подающему и обратному; б — к подающему и обратному трубопроводам при независимом присоединении системы отопления; в — к обратному трубопроводу; г — к подающему трубопроводу; 1 — грязевик; 2 — регулятор температуры смешанной воды; 3 — датчик температуры регулятора; 4 — водоразборный стояк; 5 — циркуляционный трубопровод; 6 — элеватор системы отопления; 7 — повысительно- циркуляционный насос; 8 — трубопровод подпиточной воды; 9 — водонагреватель отопления; 10 — циркуляционный насос системы отопления; 11 — дроссельная шайба; 12 — водонагреватель горячего водоснабжения; РР — регулятор расхода; РД — регулятор давления

Непосредственное присоединение к обратному трубопроводу показано на рис. 1(в). При значительном расходе воды на горячее водоснабжение, р > 0,3 , систему горячего водоснабжения присоединяют только к обратному трубопроводу, а догрев воды до нормативной температуры производят в водонагревателе. Такое присоединение позволяет снизить разрегулировку системы отопления, так как величина водоразбора не будет влиять на расход воды в отопительной системе.

Непосредственное присоединение к подающему трубопроводу показано на рис.1(г). При таком присоединении часть воды забирается из городского водопровода, подогревается в водонагревателе, затем смешивается с помощью регулятора с водой, забираемой из подающего трубопровода сети. Назначение схемы — снизить расход воды на горячее водоснабжение на ТЭЦ. Однако при этом теряется основное преимущество системы с непосредственным водоразбором — защита системы от внутренней коррозии. Добавка водопроводной воды вызовет коррозию системы горячего водоснабжения зданий. По этой причине систему горячего водоснабжения нельзя для обеспечения циркуляции в ней присоединить к обратному трубопроводу, так как это приведет к коррозии трубопроводов тепловой сети.

Независимое присоединение с включением водонагревателя горячего водоснабжения по параллельной схеме. Греющий теплоноситель (сетевая вода) разветвляется на два параллельных потока: один поступает в водонагреватель, другой — в систему отопления. Поэтому такое включение называют параллельным. Параллельная схема применяется при очень малых тепловых на­грузках горячего водоснабжения по отношению к отоплению (р_м 1,0)

На рис. 2 изображено включение водонагревателя горячего водоснабжения по параллельной схеме

Рис.2Включение водонагревателя горячего водоснабжения по параллельной схеме

1 — грязевик; 2 — водонагреватель; 3 — регулятор температуры нагреваемой воды; 4 — циркуляционный насос; 5 — разводящий трубопровод; 6 — водоразборный стояк; 7 — циркуляционный стояк; 8 — циркуляционный трубопровод; 9 — система отопления; 10 — регулятор постоянства расхода; 11 — элеватор

При отсутствии баков-аккумуляторов вследствие неравномерности потребления горячей воды наблюдаются значительные колебания расхода сетевой воды, что сказывается на параллельно присоединенной системе отопления. Поэтому для стабилизации расхода воды в системе отопления перед ней устанавливают регулятор постоянства расхода.

Независимое присоединение с включением водонагревателя горячего водоснабжения по смешанной схеме. Греющий теплоноситель (сетевая вода) разветвляется на два параллельных потока: один поступает в водонагреватель II ступени, другой — в систему отопления. Из системы отопления сетевая вода поступает в водонагреватель I ступени. Нагреваемая водопроводная вода вна­чале поступает в I ступень, где она нагревается теплоносителем, поступившим из системы отопления и из водонагревателя II ступени, а затем во II ступень до нагрева до требуемой температуры.

На рис. 3 изображено включение водонагревателя горячего водоснабжения по смешанной схеме.

Рис.3 Включение водонагревателя горячего водоснабжения по смешанной схеме

1 — грязевик; 2 — регулятор температуры; 3 — водонагреватель II ступени; 4 — регулятор расхода; 5 — разводящий трубопровод системы горячего водоснабжения; 6— циркуляционный трубопровод; 7 — циркуляционные насосы; 8 — система отопления; 9 — элеватор; 10 — водонагреватель I ступени

Поскольку один водонагреватель присоединен параллельно с системой отопления (II ступень), а другой последовательно, то такая схема называется смешанной. Смешанная схема применяется если р_м =>0,2 — 1, если отпуск теплоты производится по отопительному графику или если системы отопления оборудованы элеваторами с регулируемым соплом. Смешанную схему также применяют при присоединении общественных зданий с вентиляционной нагрузкой, составляющей более 15% расхода теплоты на отопление. Здесь, как и в параллельной схеме, наблюдаются колебания в расходе сетевой воды в связи с неравномерностью потребления горячей воды. Поэтому для стабилизации расхода воды в системе отопления (при отсутствии на ней регуляторов отпуска теплоты) устанавливают регуляторы расхода.

Независимое присоединение с включением водонагревателей горячего водоснабжения по последовательной схеме.

На рис. 4 изображено включение водонагревателя горячего водоснабжение по последовательной схеме

Рис.4 Включение водонагревателя горячего водоснабжение по последовательной схеме

1 — грязевик; 6 — регулятор температуры; 3 — водонагреватель II ступени; 4 — регулятор расхода; 5 — разводящий трубопровод системы горячего водоснабжения; 6 — циркуляционный трубопровод; 7 — система отопления; 8 — циркуляционные насосы; 9— элеватор; 10 — перемычки для летнего периода; 11 — водонагреватель I ступени.

Греющий теплоноситель (сетевая вода) проходит последовательно водонагреватель горячего водоснабжения II ступени, затем через систему отопления и далее водонагреватель горячего водоснабжения I ступени. Нагреваемая водопроводная вода сначала поступает в I ступень, где она нагревается теплоносителем, поступающим по системе отопления, а затем во II ступень для догрева до требуемой температуры. Таким образом, оба водонагревателя горячего водоснабжения и сис­тема отопления соединены последовательно.

Последовательная схема применяется при значении р_м = 0,2 — 1 и отпуске теплоты по суммарной нагрузке отопления и горячего водоснабжения (повышенный график). Отличительной особенностью последовательной схемы является постоянный расход сетевой воды в тепловом пункте, что дает возможность поддерживать стабильный гидравлический режим в тепловой сети. Заданный постоянный расход поддерживается регулятором расхода, который меняет расход сетевой воды на перемычке в зависимости от расхода на период горячего водоснабжения.

В настоящее время очень часто применяют закрытые системы теплоснабжения с размещением пластинчатых водоводяных теплообменников в подвале здания. Данное техническое решение помогает энергосбережению в системах теплоснабжения. Другие мероприятия для энергосбережения в системах теплоснабжения приведены в [3].

Ионин А.А. Теплоснабжение: учеб. для студентов вузов по спец. «Теплоснабжение и вентиляция» / А.А. Ионин, Б.М. Хлыбов – М. :ЭКОЛИТ, 2011 – 336с;

В. Н. Богусловский, А.Н.Сканави. Отопление: учебник для вузов. — М. Стройиздат, 2008 – 240с;

Корягин М.В. Энергосберегающие мероприятия в системах централизованного теплоснабжения / М.В. Корягин , М.М. Наумова// 19-й Международный научно-промышленный форум «Великие реки’2017»: Труды конгресса. Т.3. Н.Новгород: ННГАСУ, 2017. С. 86-89.

ООО Свой Мастер & PoliStyle

Статьи:

Схемы подключения ГВС к тепловым сетям

Закрытые тепловые сети

Системы горячего водоснабжения присоединяются к тепловой сети через водо-водяные теплообменники. В двухтрубных сетях при одновременном присоединении систем отопления и горячего водоснабжения применяют несколько схем включения подогревателей: предвключенную, параллельную, двухступенчатую последовательную, двухступенчатую смешанную, двухступенчатую смешанную с ограничителем расхода. В ряде случаев необходима установка баков-аккумуляторов для выравнивания нагрузки горячего водоснабжения, а также, как резерв, на случай перерыва в подаче теплоносителя. Резервные баки устанавливаются в гостиницах с ресторанами, банях, прачечных, для душевых сеток на производстве и т.д. Поэтому параллельная схема может быть без аккумулятора, с нижним баком-аккумулятором и с верхним баком-аккумулятором.

Параллельная схема включения подогревателя горячего водоснабжения

Схему применяют, когда Q max _гвс/Q_o ?1. Расход сетевой воды на абонентский ввод определяется суммой расходов на отопление и ГВС. Расход воды на отопление является величиной постоянной и поддерживается регулятором расхода РР. Расход сетевой воды на ГВС – величина переменная. Постоянная температура горячей воды на выходе из подогревателя поддерживается регулятором температуры РТ в зависимости от ее расхода.

Схема имеет простую коммутацию и один регулятор температуры. Подогреватель и тепловая сеть рассчитываются на максимальный расход ГВС. В этой схеме теплота сетевой воды используется недостаточно рационально. Не используется теплота обратной сетевой воды, имеющая температуру 40 – 60 о С, хотя она позволяет покрыть значительную долю нагрузки ГВС, и поэтому имеет место завышенный расход сетевой воды на абонентский ввод.

Схема с предвключенным подогревателем горячего водоснабжения

В этой схеме подогреватель включается последовательно по отношению к подающей линии тепловой сети. Схема применяется, когда Q max _гвс/Q_o max _гвс/Q_o? 0,6. Выбор схемы зависит от графика центрального регулирования отпуска теплоты: повышенный или отопительный.

Преимуществом последовательной схемы по сравнению с двухступенчатой смешанной является выравнивание суточного графика тепловой нагрузки, лучшее использование теплоносителя, что приводит к уменьшению расхода воды в сети. Возврат сетевой воды с низкой температурой улучшает эффект теплофикации, т.к. для подогрева воды можно использовать отборы пара пониженного давления. Сокращение расхода сетевой воды по этой схеме составляет (на тепловой пункт) 40% по сравнению с параллельной и 25% — по сравнению со смешанной.

Недостаток – отсутствие возможности полного автоматического регулирования теплового пункта.

Двухступенчатая смешанная схема с ограничением максимального расхода воды на ввод

Она получила применение и позволяет также использовать теплоаккумулирующую способность зданий. В отличие от обычной смешанной схемы регулятор расхода устанавливается не перед системой отопления, а на вводе до места отбора сетевой воды на вторую ступень подогревателя.

Он поддерживает расход не выше заданного. С ростом водоразбора регулятор температуры РТ откроется, увеличив расход сетевой воды через вторую ступень подогревателя горячего водоснабжения, при этом сокращается расход сетевой воды на отопление, что делает эту схему равноценной с последовательной схемой по расчетному расходу сетевой воды. Но подогреватель второй ступени включен параллельно, поэтому поддержание постоянного расхода воды в системе отопления обеспечивается циркуляционным насосом (элеватор применять нельзя), и регулятор давления РД будет поддерживать постоянным расход смешанной воды в системе отопления.

Открытые тепловые сети

Схемы присоединения систем ГВС значительно проще. Экономичная и надежная работа систем ГВС может быть обеспечена лишь при наличии и надежной работе авторегулятора температуры воды. Отопительные установки присоединяются к тепловой сети по тем же схемам, что и в закрытых системах.

а) Схема с терморегулятором (типовая)

Вода из подающего и обратного трубопроводов смешивается в терморегуляторе. Давление за терморегулятором близко к давлению в обратном трубопроводе, поэтому циркуляционная линия ГВС присоединяется за местом отбора воды после дроссельной шайбы. Диаметр шайбы выбирается из расчета создания сопротивления, соответствующего перепаду давления в системе горячего водоснабжения. Максимальный расход воды в подающем трубопроводе, по которому определяется расчетный расход на абонентский ввод, имеет место при максимальной нагрузке ГВС и минимальной температуре воды в тепловой сети, т.е. при режиме, когда нагрузка ГВС целиком обеспечивается из подающего трубопровода.

б) Комбинированная схема с водоразбором из обратной линии

Схема предложена и реализована в Волгограде. Применяется для снижения колебаний переменного расхода воды в сети и колебаний давления. Подогреватель включается в подающую магистраль последовательно.

Вода на горячее водоснабжение берется из обратной линии и при необходимости догревается в подогревателе. При этом сводится к минимуму неблагоприятное влияние водоразбора из тепловой сети на работу систем отопления, а снижение температуры воды, поступающей в систему отопления, должно быть компенсировано повышением температуры воды в подающем трубопроводе теплосети по отношению к отопительному графику. Применяется при соотношении нагрузок ?_ср = Q ср _гвс/Q_o > 0,3

в) Комбинированная схема с отбором воды из подающей линии

При недостаточной мощности источника водоснабжения на котельной и для снижения температуры обратной воды, возвращаемой на станцию, применяют эту схему. Когда температура обратной воды после системы отопления примерно равна 70?С, водоразбора из подающей линии нет, горячее водоснабжение обеспечивается водопроводной водой. Такая схема применяется в городе Екатеринбурге. По их данным схема позволяет уменьшить объем водоподготовки на 35 — 40% и снизить расход электроэнергии на перекачку теплоносителя на 20%. Стоимость такого теплового пункта больше, чем при схеме а), но меньше, чем для закрытой системы. При этом теряется основное преимущество открытых систем – защита систем горячего водоснабжения от внутренней коррозии.

Добавка водопроводной воды будет вызывать коррозию, поэтому циркуляционную линию системы ГВС нельзя присоединять к обратному трубопроводу тепловой сети. При значительных отборах воды из подающего трубопровода сокращается расход сетевой воды, поступающей в систему отопления, что может привести к недогревам отдельных помещений. Этого не происходит в схеме б), что и является ее преимуществом.

Присоединение двух видов нагрузки в открытых системах

Подключение двух видов нагрузки по принципу несвязанного регулирования показано на рисунке А).

В схеме несвязанного регулирования (Рис. А) установки отопления и горячего водоснабжения работают независимо друг от друга. Расход сетевой воды в системе отопления поддерживается постоянным с помощью регулятора расхода РР и не зависит от нагрузки горячего водоснабжения. Расход воды на горячее водоснабжение изменяется в весьма широком диапазоне от максимальной величины в часы наибольшего водоразбора до нуля в период отсутствия водоразбора. Регулятор температуры РТ регулирует соотношение расходов воды из подающей и обратной линий, поддерживая постоянной температуру воды на горячее водоснабжение. Суммарный расход сетевой воды на тепловой пункт равен сумме расходов воды на отопление и горячее водоснабжение. Максимальный расход сетевой воды имеет место в периоды максимального водоразбора и при минимальной температуре воды в подающей линии. В этой схеме имеет место завышенный расход воды из подающей магистрали, что приводит к увеличению диаметров тепловой сети, росту начальных затрат и удорожает транспорт теплоты. Расчетный расход можно снизить установкой аккумуляторов горячей воды, но это усложняет и удорожает оборудование абонентских вводов. В жилых домах аккумуляторы обычно не ставятся.

В схеме связанного регулирования (Рис. Б) регулятор расхода устанавливается до подключения системы горячего водоснабжения и поддерживает постоянным общий расход воды на абонентский ввод в целом. В часы максимального водоразбора снижается подача сетевой воды на отопление, а, следовательно, и расход теплоты. Чтобы не происходила гидравлическая разрегулировка отопительной системы, на перемычке элеватора включается центробежный насос, поддерживающий постоянный расход воды в системе отопления. Недоданная теплота на отопление компенсируется в часы минимального водоразбора, когда большая часть сетевой воды направляется в систему отопления. В этой схеме строительные конструкции здания используются в качестве теплового аккумулятора, выравнивающего график тепловой нагрузки.

При повышенной гидравлической нагрузке горячего водоснабжения у большинства абонентов, что характерно для новых жилых районов, часто отказываются от установки регуляторов расхода на абонентских вводах, ограничиваясь только установкой регулятора температуры в узле присоединения горячего водоснабжения. Роль регуляторов расхода выполняют постоянные гидравлические сопротивления (шайбы), устанавливаемые на тепловом пункте при начальной регулировке. Эти постоянные сопротивления рассчитываются так, чтобы получить одинаковый закон изменения расхода сетевой воды у всех абонентов при изменении нагрузки горячего водоснабжения.