Тепловой пункт системы отопления

При местном (децентрализованном) теплоснабжении тепловым пунктом системы отопле­ния является, как уже установлено, местная водогрейная котельная, подробно рассматри­ваемая в дисциплине "Теплогенерирующие установки".

Для общности изложения приведем лишь принципиальную схему теплопроводов котель­ной (рис. 1), изобразив ее для случая, когда местным теплоснабжением, кроме системы отопления (0), обеспечиваются также системы вентиляции (В) и горячего водоснабжения (ГВ) здания.

Рис. 1. Схема теплопроводов местной водогрейной котельной: 1,2 - соответственно, ве­дущий и ведомый теплогенераторы; 3 - газовая или дизельная горелка с турбо-натдувом; 4 - блок автоматики; 5 - предохранительный клапан; 6 - циркуляционный насос контура ко­тельной; 7 - обратный клапан; 8 - запорная арматура; 9 - гидравлический разделитель; 10 -трехходовой смесительный клапан; 11 - циркуляционный насос тепло потребляющей сис­темы; 12 - закрытый расширительный бак; 13,14 - соответственно, сборный и распредели­тельный коллекторы; 15 - сетчатый водяной фильтр; Tl, T2 - соответственно, подающая и обратная магистрали контура котельной; Т11, Т12, Т13 - подающие магистрали теплопо­требляющих систем; Т21, Т22, Т23 - обратные магистрали теплопотребляющих систем; В1

- линия подпитки из холодного водопровода

Обычно в котельной устанавливают один или два котла, каждый из которых рассчитан на 50 % общей тепловой мощности всех потребителей теплоты здания. Первичная вода в котле нагревается до температуры, не ниже требуемой и достаточной для последующего нагревания водопроводной (вторичной) воды в теплообменнике системы горячего водо­снабжения (обычно 70 °С).

Современная схема местного (децентрализованного) теплоснабжения предусматривает установку в каждой системе собственного циркуляционного насоса. Расширительный бак является общим для всех теплопотребителей.

При централизованном теплоснабжении тепловой пункт может быть местным - индиви­дуальным (ИТП) для системы отопления данного здания и групповым - центральным (ДТП) для систем отопления группы зданий (рассматривается в дисциплине "Теплоснаб­жение"). Проектирование тепловых пунктов ведется в соответствии с нормативными пра­вилами [4].

Принципиальная схема местного теплового пункта при независимом присоединении

системы насосного водяного отопления к наружным теплопроводам с необходимой за­порной, контрольно-измерительной и регулирующей арматурой показана на рис. 2.

Рис. 2. Схема местного теплового пункта при независимом присоединении системы во­дяного отопления к наружным теплопроводам: 1 - задвижка; 2 - грязевик; 3 - манометр; 4 -регулятор давления; 5 - ответвления к системам вентиляции и горячего водоснабжения; 6 -водоводяной теплообменник; 7 - обратный клапан; 8 - циркуляционный насос; 9 - расши­рительный бак; 10 - подпиточный насос; 11 -клапан с электроприводом; 12 - регулирую­щий клапан; 13 - термометр; 14 - тепломер

Слева на рисунке изображены наружные теплопроводы, по которым перемещается высо­котемпературная вода (температура ti) в теплообменник и охлажденная вода (температура t2) из теплообменника. Число теплообменников обусловлено делением системы отопления здания на отдельные независимые части. При единой системе устанавливают один-два те­плообменника. Расход высокотемпературной воды предусмотрено изменять автоматиче­ски при помощи регулирующего клапана в соответствии с задаваемой программой изме­нения температуры воды t_r, направляемой в систему отопления. Показан также регулятор давления (РД) "после себя" для понижения давления в подающем теплопроводе до необ­ходимого значения.

Справа на рис. 2 даны: сверху - теплопроводы системы отопления от сборного до рас­пределительного коллекторов с циркуляционным насосом и присоединенным расшири­тельным баком, снизу - линия для заполнения (и восполнения при утечке) системы де­аэрированной водой, забираемой из наружных теплопроводов. Подпиточный насос на этой линии устанавливают только тогда, когда гидростатическое давление в системе ото­пления превышает давление в наружных теплопроводах. Действует этот насос периодиче­ски с автоматическим управлением в зависимости от изменения уровня воды в открытом расширительном баке или при снижении давления в точке подключения насоса до недо­пустимой величины.

Для нагревания воды до температуры t_r, служит теплообменник. В настоящее время при­меняют так называемые скоростные теплообменники различных типов. Кожухотрубный водоводяной теплообменник состоит из стандартных секций длиной 2 и 4 м. Каждая секция представляет собой стальную трубу диаметром от 50 до 300 мм, внутрь которой помещены несколько латунных трубок диаметром 16x1 мм. Греющая вода из наружного теплопровода пропускается по латунным трубкам, нагреваемая из системы отопления -противотоком в межтрубном пространстве. Более совершенный пластинчатый теплооб­менник набирается из определенного количества стальных профилированных пластин. Греющая и нагреваемая вода протекает между пластинами противотоком или перекрестно.

Длину и число секций кожухотрубного теплообменника или размеры и число пластин в пластинчатом теплообменнике определяют в результате теплового расчета.

Ориентировочно общую площадь нагревательной поверхности кожухотрубного теплооб-менника А_{т 0}, м², можно найти, задаваясь коэффициентом теплопередачи k_{T 0} в пределах от 1500 до 2000 Вт/(м²-°С), по формуле

Ат.о.=Qc/(kт.оΔtср) (1.1)

где Q_c - тепловая мощность системы отопления, Вт; Δtср - средняя логарифмическая раз­ность температуры греющей и нагреваемой воды, °С.

Число секций теплообменника N, шт., получают, выбрав длину и площадь одной секции а1, м, по справочной литературе

N= Ат.о/ а1 (1.2)

с округлением до ближайшего целого числа.

Движение нагреваемой воды в межтрубном пространстве последовательно соединенных N секций длиной 4 м сопровождается потерями давления Ар_т._0з кПа, которые определяют­ся по формуле

Δpт.о =10,79w²N, (1.3)

где w - скорость движения нагреваемой воды в межтрубном пространстве теплообменни­ка, м/с, определяемая по формуле

w = G_c/(Рсрaм.тр); (1.4)

G_c - расход воды в системе отопления по формуле (3.7), кг/Рср - средняя плотность на­греваемой воды, кг/м; aм.тр - площадь межтрубного пространства секции теплообменника, м².

Принципиальная схема местного теплового пункта при зависимом присоединении сис­темы водяного отопления к наружным теплопроводам со смешением воды при помощи водоструйного элеватора дана на рис. 3.

На схеме показаны смесительный аппарат, основные контрольно-измерительные и другие приборы и арматура, применяемые в тепловых пунктах, относящихся не только к системе отопления, но и к системам приточной вентиляции и горячего водоснабжения. На подаю­щем теплопроводе высокотемпературной воды (температура ti) помещен регулятор рас­хода (РР), предназначенный для стабилизации расхода воды в системе отопления при не­равномерном отборе ее через ответвления к другим теплопотребителям. Если применяется автоматизированный водоструйный элеватор, то вместо РР предусматривается регули­рующий клапан для получения заданной температуры воды, поступающей в систему ото-

пления. Следовательно, в этом случае при смешивании воды обеспечивается местное ка­чественное регулирование работы системы отопления.

На рисунке показан также регулятор давления (РД), поддерживающий давление "до себя", необходимое для заполнения системы отопления водой, и препятствующий вытеканию воды из системы (как и обратный клапан на подающем теплопроводе) при аварийном опорожнении наружных теплопроводов.

Манометры, размещаемые попарно на одном и том же уровне от пола (см. рис. 3), по­зволяют судить не только о гидростатическом давлении в каждом теплопроводе, но и о разности давления, определяющей интенсивность движения теплоносителя в циркуляци­онных кольцах систем. Тепломер на обратном теплопроводе предназначен для учета об­щих теплозатрат в здании.

Для смешивания высокотемпературной и охлажденной (температура to) воды вместо во­доструйных элеваторов применяют также центробежные насосы.

Принципиальная схема местного теплового пункта при зависимом прямоточном при­соединении системы водяного отопления к наружным теплопроводам изображена на рис.4. Схема отличается от предыдущей (см. рис. 3) отсутствием смесительного аппарата (водоструйного элеватора). Горячая вода по подающему теплопроводу непосредственно поступает в систему отопления. Клапан на этом теплопроводе предназначен для регули­рования расхода греющей воды в системе. Температура и разность давления воды на вводе теплопроводов в здание контролируются по показаниям термометров и манометров. Применяются, как и в схеме на рис. 3, регулятор давления "до себя" на обратном тепло­проводе и обратный клапан на подающем, а также тепломер для учета теплозатрат в сис­теме отопления.

Рис. 3. Схема местного теплового пункта при зависимом присоединении системы водя­ного отопления к наружным теплопроводам со смешением воды с помощью водоструйно­го элеватора: 1 - задвижка; 2 - грязевик; 3 - термометр; 4 - ответвления к системам венти­ляции и горячего водоснабжения; 5 - регулятор расхода; б - обратный клапан; 7 - водо­струйный элеватор; 8 - манометр; 9 - тепломер; 10 -регулятор давления

Рис. З.5. Схема местного теплового пункта при зависимом прямоточном присоединении системы водяного отопления к наружным теплопроводам: 1 - задвижка; 2 - грязевик; 3 -термометр; 4 - манометр; 5 - регулятор расхода; 6 - обратный клапан; 7 - тепломер; 5 - ре­гулятор давления

Расширительные баки

Расширительный бак выполняет две важные функции.

Первое. Расширительный бачок работает для компенсации теплового расширения в системе. Что это значит? При нагреве теплоноситель увеличивается в объёме. Для того чтобы не повредить трубопровод и котел (котлы тоже рассчитаны на определенное давление), и ставится расширительный бак на отопление.

При отсутствии данного устройства избыток теплоносителя искал бы другой путь к выходу, давление в системе повышалось бы до тех пор, пока в самом слабом месте не образовалась бы течь.

Второе, для чего нужен расширительный бак, - это компенсировать гидроудары в системе отопления. О чём здесь речь?

Циркуляционный насос (если он управляется автоматически в зависимости от температуры в доме) может включаться и выключаться. При включении насоса давление на короткий промежуток времени значительно повышается, то есть, как раз и происходит то, что называется гидравлическим ударом. Чтобы этот удар не повлиял отрицательно на устройства системы отопления, расширительный бак и компенсирует избыточное давление. Это своего рода буфер системы отопления.

Гидравлический удар

явление резкого изменения давления в жидкости, вызванное быстрым (мгновенным) изменением скоростиеё течения в напорном трубопроводе (напр., при быстром перекрытии трубопровода запорнымустройством).

Увеличение давления при Г. у. определяется в соответствии с теорией Н. Е. Жуковского по ф-ле:

Dр=r(v0-v1)c,

где Ар — увеличение давления в Па, r — плотность жидкости в кг/м3, v0 и v1 — ср. скорости в трубопроводедо и после закрытия задвижки в м/с, с — скорость распространения ударной волны вдоль трубопровода. Приабсолютно жёстких стенках с равна скорости звука а в жидкости (в воде «=1400 м/с). В трубах с упругимистенками

где D и б — диаметр и толщина стенок трубы, Е и e — модули упругости материаластенок трубы и жидкости.

При очень большом увеличении давления Г. у. может вызвать аварии. Для их предупреждения натрубопроводах устанавливают предохранит. устройства (уравнительные резервуары, возд. колпаки, вентилии др.).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР

- резкое повышение давления в трубопроводе с движущейся жидкостью, возникающее при быстромперекрытии запорных устройств, к-рое распространяется по трубопроводу в виде упругой волны соскоростью а. Г. у. может вызвать разрыв стенок труб и повреждение арматуры трубопровода. Основы теорииГ. у. дал H. E. Жуковский (1898).

Если жидкость плотности r течёт со скоростью v в трубопроводе с площадью сечения S, а задвижка в концетрубопровода закрывается за время , то возникает увеличение давления . В слое жидкости длиной , прилегающем к задвижке, теряется кол-во движения , равное импульсу внеш. сил ;отсюда

где - скорость распространения волны Г. у. (скорость упругих колебаний в стенках трубопроводаи в массе жидкости). Согласно теории Жуковского:

где d - внутр. диам. трубы, - толщина стенок трубы, Е _ст и Е _ж - модули упругости материала стенок трубы ижидкости. Для стальных и чугунных труб а 1000- 1350 м/с.

Образующееся при Г. у. повышение давления распространяется против течения жидкости и через время L/a(L - длина трубопровода) достигает резервуара. Здесь давление падает, и это падение давления передаётсяобратно к запорному устройству с той же скоростью в виде отражённой волны (волна понижения). Циклыповышений и понижений давления чередуются через промежуток времени 2L/a, пока этот колебат. процессне затухает из-за затрат энергии на трение и деформацию стенок.

Ф-ла (2) действительна лишь для случая, когда T₃ <2L/a, где T₃ - время закрытия запорного устройства. При T₃>2L/a отражённая волна придёт к запорному устройству раньше, чем задвижка закроется, и повышениедавления в трубопроводе уменьшится. В этом случае . Для снижения величины Г. у.увеличивают T₃ и уменьшают длину L трубы, присоединяя водяные колонны, пневматич. резервуары(воздушные колпаки), устанавливая предохранит. клапаны. На Г. у. основана работа гидравлич. тарана дляподачи воды на большую высоту (до ~40 м).