ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ

РАЗНОВИДНОСТИ СИСТЕМ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Наиболее простыми по устройству и дешевыми по первоначальной стоимости являются бесциркуляционные (тупиковые) системы, состоя­щие только из подающих трубопроводов (рис. 4.1,а). Основной недоста­ток таких систем состоит в остывании воды в трубопроводах при пере­рывах в водоразборе или его малой величине. Открывая кран после пе­рерыва в водоразборе, потребитель получает воду с пониженной темпе­ратурой и начинает сливать эту воду в канализацию до появления воды с нужной ему температурой. Такие сливы при общем ухудшении обеспе­чения потребителя горячей водой приводят к перегрузке канализации и бесполезным потерям воды и тепла. Из-за указанных недостатков бес­циркуляционные системы устраивают только в тех случаях, когда воз­можные сливы воды в канализацию невелики, а именно: при длительном непрерывном разборе воды (в банях, в технологических установках) и при малом протяжении сети. Во всех остальных случаях, особенно там, где требуется непрерывное обеспечение потребителей горячей водой (жи­лые здания, больницы, поликлиники и т. п.), устраиваются более слож­ные циркуляционные системы (рис. 4.1,6). В таких системах при отсут-

Ствии водоразбора находящаяся в трубах*вода не останавливается, а непрерывно перемещается, проходя через подогреватель, чем обеспечи­вается заданная температура воды вблизи точек водоразбора. В зави­симости от назначения систем циркуляция воды в них может осуществ­ляться или непрерывно в течение суток, или периодически перед нача­лом длительного водоразбора (например, в душевых с периодическим разбором воды).

В системах с поверхностными подогревателями циркуляция, как пра­вило, обеспечивается центробежными насосами; смешение рециркуля­ционной воды с нагреваемой водопроводной водой осуществляется по схемам, рассмотренным в гл. 2. В отдельных случаях циркуляция воды в системах горячего водоснабжения может обеспечиваться действием гравитационных сил, что целесообразно в мелких системах или-в систе­мах многоэтажных и малопротяженных зданий (в зданиях типа «баш­ня») при дополнительной застройке такими зданиями жилых кварталов и невозможности (или нерациональности) присоединения их систем го­рячего водоснабжения к существующим квартальным системам. Вопро­сы надлежащей организации циркуляции воды в системах горячего во­доснабжения, присоединенных к открытым системам теплоснабжения, рассмотрены в § 9.

По расположению подающей (разводящей) магистрали внутри дома различают системы с верхней (см. рис. 4.1) и нижнрй (рис. 4.2) развод­кой. Верхнюю разводку наиболее час то применяют при установке открытых (верхних) баков-аккумуляторов и при наличии в здании верхнего техническо­го этажа или чердака. Циркуляцион­ную магистраль прокладывают в этом случае в подвалах, а при их отсутствии в подпольных каналах. При наличии подвалов предпочтительнее нижняя разводка как более удобная для эксплуатационного обслуживания си­стемы.

В зданиях высотой более 50 м (свы­ше 16 этажей) систему горячего водо­снабжения делят по вертикали на зоны

С самостоятельными разводками и отдельными стояками для каждой зоны. Это связано в основном с ограничением допускаемого давления на водоразборную и водозапорную арматуру, которая в обычном исполне­нии выдерживает давление до 0,6 МПа.

Согласно СНиП П-34-76, в ванных и душевых комнатах ряда зданий и'помещений (жилые здания, лечебно-профилактические учреждения, дома отдыха, учреждения социального обеспечения, школы и учрежде­ния по воспитанию детей, гостиницы) должны устанавливаться полотен - цесушители, которые помимо своего прямого назначения являются еще и нагревательными приборами, обеспечивающими в этих комнатах по­вышенную температуру воздуха. Присоединяются полотенцесушители к циркуляционным или подающим стоякам (см. далее о водоразборных узлах). В тех случах, когда системы не имеют циркуляционных трубо­проводов, нормами допускается присоединение полотенцесушителей к системе отопления с устройством отдельной ветви и обеспечением круг­логодовой циркуляции ВОДЫ ПО ЭТОЙ ВеТВ'И.

Подающий стояк с ответвлениями (подводками) к водоразборным приборам каждой квартиры в тупиковых системах и сочетание подаю­щего и циркуляционного стояков, включая полотенцесушители и под­водки в квартиры, в циркуляционных системах образуют водоразборный узел. Устройство водоразборных узлов изменялось и продолжает изме­няться в связи с появлением новых конструктивных решений с&мих зда­ний, объединения в единую систему нескольких внутренних систем (квартальные системы), дальнейшей индустриализации строительства и, в частности, применения сборного домостроения с изготовлением са - нитарно-технических кабин на домостроительных комбинатах.

На рис. 4.3 приведены схемы водоразборных узлов с парными (по­дающим и циркуляционным) стояками, отличающиеся способом присое­динения полотенцесушителей к стоякам. Параллельное присоединение полотенцесушителей к стоякам (рис. 4.3,а) сложно в монтаже и приво­дит к образованию множества циркуляционных колец, при котором рас­пределить без превышения расчетный циркуляционный расход воды между отдельными приборами не удается даже при наличии перед каж­дым полотенцесушителем регулировочных кранов. Последовательное присоединение полотенцесушителей по схемам рис. 4.3,6 и в проще для

Монтажа н первоначальной регулировки расхода циркуляционной воды по отдельным узлам. Схема рис. 4.3,в с полотенцесушителями на цирку­ляционном стояіке экономичнее схемы рис. 4.3,6 с полотенцесушителями на подающем стояке. При одинаковой температуре воды у основания стояков для достижения одинаковой температуры воды у верхнего при­бора через узел по схеме рис. 4.3,6 потребуется пропускать больше цир­куляционной воды, так как остывание воды при прохождении ее по стояку с полотенцесушителями будет больше, чем остывание воды при прохождении ее по стояку без полотенцесушителей.

Увеличение объема нового строительства и переход к зданиям повы­шенной этажности вызвали появление новых, менее трудоемких реше­ний по устройству водоразборных узлов. На рис. 4.4 приведен узел из двух закольцованных стояков, один из которых является подающим (присоединен к подающей магистрали), а другой — водоразборно-цнр - куляционным (присоединен к циркуляционной магистрали). Оба стояка унифицированы, т. е. собраны из труб одного диаметра. Протяженность чисто циркуляционной части второго стояка очень мала и равна участку трубы от конечного (нижнего) ответвления к прибору до циркуляцион­ной магистрали. Унификация стояков в узле, облегчая и удешевляя монтаж, увеличивает расчетный циркуляционный расход воды в систе­ме, что является отрицательной стороной такого способа устройства уз­лов. Теоретически при одинаковых по диаметрам труб узлах расход циркуляционной воды через ближайший к началу системы узел должен быть несколько меньше расхода через дальний узел, так как при одина­ковых теплопотерях стояками в ближайший узел поступает менее ох­лажденная в разводящих трубопроводах вода. Фактически же при уни­фицированных узлах, т. е. узлах равного гидравлического сопротивления, через ближайший узел проходит больше циркуляционной воды, чем че­рез дальний узел. Происходит это вследствие увеличения к началу сис­темы разности давлений в подающей и циркуляционной магистралях. Уменьшить ненужное увеличение расхода циркуляционной воды через ближайшие к началу системы узлы, а следовательно, уменьшить и об­щий расчетный расход циркуляционной воды можно увеличением гид­равлического сопротивления первых по ходу воды узлов. Но так как диаметры подающих (водоразборцых) стояков уменьшить нельзя, ибо эти диаметры выбираются по максимальному расходу воды на водораз - бор, то увеличить гидравлическое сопротивление водоразборного узла можно только или уменьшением диаметра труб чисто циркуляционного участка водоразборно-цнркуляционного стояка (см. рис. 4.4), или уста­новкой на этом'участке стояка дроссельной шайбы. Как известно, мини­мальный диаметр выпускаемых труб равен 15 мм, а пропускное отверс­тие шайб, применяемых в горячем водоснабжении, не делают менее 10 мм во избежание его засорения. При указанных ограничениях оба упомянутых решения не всегда позволяют получить желаемое увеличе­ние гидравлического сопротивления парнозакольцованных стояков в циркуляционном режиме.

В новых конструктивных решениях водоразборных узлов (рис. 4^5) повышение их гидравлического сопротивления в циркуляционном режи­ме достигается или кольцеванием поверху нескольких подающих стоя­ков и превращением одного стояка из группы закольцованных стояков в циркуляционно-водоразборный стояк,-или устройством для группы закольцованных стояков дополнительного чисто циркуляционного стоя­ка. Последнее решение (рис. 4.5,6) позволяет наиболее просто осущест­вить увеличение гидравлического сопротивления узла, но при этом не­сколько осложняется монтаж системы, особенно при наличии стандарт­ных санитарно-технических кабин: появляются дополнительные работы по монтажу самого стояка и пробивки для него отверстий в перекрыти-

I

Ях этажей. Такого рода работы отсутствуют при наличии в группе за­кольцованных стояков одного водоразборно-циркуляционного стояка (рис. 4.5,а), что делает такое решение более соответствующим инду­стриальному способу производства работ. Потери давления в таком уз­ле в циркуляционном режиме увеличиваются в результате пропуска че­рез один водоразборно-циркуляционный стояк суммарного циркуляци­онного расхода воды от нескольких подающих стояков и могут быть до­полнительно увеличены одним из тех приемов, о которых упоминалось выше: уменьшением диаметра чисто циркуляционной части водоразбор­но-циркуляционного стояка «ли установкой на этой части стояка дрос­сельной шайбы.

Применяемое в последние годы кольцевание подающих стояков поз­волило несколько уменьшить их диаметры. Так ікак одновременный мак­симальный водоразбор из всех закольцованных стояков очень мало ве­роятен, то при максимальной загрузке одного из закольцованных стоя­ков поступление в него воды может происходить не только непосредст­венно из подающей разводящей трубы, но и через соседние, малозагру - женные в этот момент времени, стояки и верхнюю перемычку между стояками.

В закрытых системах теплоснабжения в последние 15—20 лет полу­чили широкое распространение квартальные (мцкрорайонные) системы горячего водоснабжения. Причиной появления таких систем послужила несколько повышенная звукопроводность жилых зданий в первый пе­риод развития сборного домостроения, при которой оказалось невоз­можным размещение подогревательных установок в подвалах зданий из-з-а шума, создаваемого циркуляционным насосом. В результате воз­никли выносные подогревательные установки, размещаемые в специаль­ных строениях и обслуживающие несколько зданий. Такие групповые подогревательные установки получили название центральных тепловых пунктов — ЦТП, а подоіревательньїе установки, размещаемые в подва­лах зданий (там, где это возможно) и обслуживающие только одно зда­ние, стали называть индивидуальными тепловыми пунктами — ИТП. Проведенное позже технико-экономическое сопоставление ЦТП и ИТП показало известное экономическое преимущество центральных тепловых пунктов и позволило установить их оптимальную мощность, определяе­мую в 50—100 ГДж/ч.

Различают системы горячего водоснабжения еще и по наличию или отсутствию в них баков-аккумуляторов горячей воды. Аккумуляторы позволяют уменьшить расчетный расход тепла на приготовление быто­вой воды, снижая его от максимального часового до среднечасового в течение суток. Это удешевляет не только источник тепла, но и тепловые сети между источником тепла и местом присоединения аккумулятора к тепловой сети. В закрытых системах теплоснабжения дополнительно

Рис 4 6 Схемы включения аккумуляторов Я — подогреватель, А — аккумулятор; Я — зарядочно-циркуля-

Ционныи насос, Я, — зарядочный насос Яа — дополнительный циркуляционный насос, п — дополнительный подогреватель циркуляционной воды

Уменьшается еще и поверхность нагрева подогревателей водопроводной воды. Однако аккумуляторы требуют дополнительных затрат на их из­готовление и установку, в связи с чем вопрос о целесообразности их при­менения должен решаться на основе результатов соответствующих тех­нико-экономических расчетов.

В закрытых системах теплоснабжения аккумуляторы устанавлива­ются в ЦТП или ИТП, в открытых системах теплоснабжения — у источ­ника тепла и у отдельных абонентов (в ИТП). В местных системах го­рячего водоснабжения аккумуляторы могут располагаться в верхней или нижней точке системы. По принципу аккумуляции тепла аккумуля­торы могут быть с постоянной температурой и переменным объемом во­ды или с переменной температурой и постоянным объемом воды.

Различают аккумуляторы й по давлению находящейся в них воды: открытые — сообщающиеся с атмосферой; закрытые — находящиеся под давлением. На рис. 4.6 приведены различные схемы включения аккуму­ляторов в системы.

В верхнем открытом баке-аккумуляторе (рис. 4.6,а) при среднем во­доразборе уровень воды в баке не изменяется: сколько воды уходит из бака на водоразбор и циркуляцию, столько же поступает в бак от подо­гревателя. При водоразборе более среднего объем волы в баке умень­шается, при водоразборе менее среднего объем воды в баке увеличива­ется. При отсутствии водоразбора через подогреватель и бак прохоаит только циркуляционный расход.

Недостаток схемы с открытым нижним баком-аккумулятором (рис. 4.6,6) состоит в потере давления исходной воды и необходимости установки специального насоса для подкачки воды в систему. Схема применяется при малом давлении воды перед подогревателем или при использовании термальных вод с малым давлением воды на выходе из скважины.

При низкорасположенном напорном баке (рис. 4.6,в) насос и диа­метры труб на участке 1 — Н — П — 2 подбираются так, чтобы при сред­нечасовом расходе воды потери давления на этом участке, включая по­
тери давления в подогревателе, были равны разности давлений, созда­ваемой насосом, т. е. чтобы при среднечасовом расходе воды разность давлений в точке 2 ив точке 1 была равна нулю. Следовательно, при среднем водоразборе#движение воды через аккумулятор и по циркуля­ционным трубопроводам отсутствует.

Допустим, что такое состояние системы наступило после периода большого водоразбора и весь объем бака-аккумулятора оказался запол­ненным холодной водой. Если теперь водоразбор станет меньше средне­часового, то количество воды, протекающей по участку 1—Н— П—2, также уменьшится и станет меньше среднечасового, но больше водораз­бора. При этом потери давления на участке 1—Н — П—2 станут мень­ше разности давлений, создаваемой насосом, и давление в точке 2 ста­нет больше, чем давление в точке 1 начнется движение воды и по цир­куляционным трубам, и через аккумулятор. Холодная вода из нижней части аккумулятора будет уходить и смешиваться с поступающей водо проводной водой, а верхняя часть аккумулятора будет заполняться го­рячей водой. Так как плотность горячей воды меньше плотности холод­ной воды, то перемешивания воды в аккумуляторе не произойдет.

Процесс зарядки аккумулятора и циркуляция воды в системе усили­ваются с уменьшением! водоразбора и достигают наибольшей интенсив­ности при отсутствии водоразбора (например, в жилых зданиях ночью), а затем при последующем возрастании водоразбора начинают замед­ляться. В результате когда водоразбор снова достигает среднечасовой величины, весь аккумулятор оказывается заполненным горячей водой. При дальнейшем увеличении водоразбора расход воды на участке 1—Н — П—2 становится больше среднечасового, но меньше водоразбо­ра, потери давления на участке 1 — II - П — 2 начинают превышать раз­ность давлений, создаваемую насосом, и давление в точке 2 становится меньше давления в точке 1. В нижнюю часть аккумулятора начинает поступать холодная вода, а горячая вода из верхней части аккумулято­ра уходит в систему. Во избежание проникания холодной воды в цирку­ляционные трубопроводы (так называемого «опрокидывания» циркуля­ции) на циркуляционном трубопроводе устанавливается обратный кла­пан.

Существенным недостатком схемы, показанной на рис. 4.6,в, являет­ся периодическая pa6oja циркуляции, которая осуществляется только при водоразборах меньше среднечасового.

Для более надежного обеспечения циркуляции, что является совер­шенно необходимым в протяженных (например, квартальных) системах, А. В. Хлудовым была предложена несколько иная схема включения нижнего аккумулятора (рис. 4.6,г). По этой схеме, показавшей надеж­ную работу циркуляции на практике, предусматривается дополнитель­ная установка самостоятельного циркуляционного насоса (кроме заря­дочного) и небольшого отдельного подогревателя для подогрева цирку­ляционной воды. Принцип же зарядки и разрядки аккумулятора остает­ся таким же, как и при схеме на рис. 4.6,в.

В небольших тупиковых системах периодического действия, напри­мер в системах душевых промышленных предприятий, применяют обыч­но аккумуляторы продавливания со встроенным (рис. 4.7,а) или вынос­ным (рис. 4 7,6) подогревателем. Встроенные подогреватели имеют бо­лее развитую поверхность нагрева (по сравнению с выносными), что обусловливается малыми коэффициентами теплопередачи в них вслед­ствие конвективного характера движения воды около поверхности на­грева. При непрерывном, но неравномерном отборе воды из аккумуля­тора продавливания температура выходящей из него воды неодинакова во времени, что является следствием температурного расслоения воды в объеме аккумулятора, которое происходит, когда количество отобранно-

Рис. 4.7. Аккумуляторы продавливания а — со встроенным подогревателем; б — с вынос* ным подогревателем; в — с выносным подогрева» телем и зарядочным насосом; /—водопровод, 2— обратный клапан; 3 — подогреватель; 4 — аккуму­лятор; 5 — насос

Го из аккумулятора тепла превышает теплопроизводительность подогре­вателя и на место ушедшей из аккумулятора горячей воды в него входит вода с пониженной температурой. При периодическом расходе горячей воды (например, при работе душевых между сменами) более целесооб­разны аккумуляторы со встроенными подогревателями, в которых вода благодаря конвективным токам перемешивается и приобретает нужную температуру за время отсутствия водоразбора. Для тех же целей при аккумуляторах с выносным подогревателем требуется небольшой заря­дочный насос (рис. 4.7,в).