12. Пьезометрический график

По результатам гидравлического расчета строится пьезометрический график. График напоров позволяет решать важнейшие вопросы при проектировании, строительстве, наладке и эксплуатации всех элементов системы теплоснабжения. К таким вопросам относятся:

1. проверка правильности выбора диаметров после гидравлического расчета тепловой сети;

2. выбор сетевых и подпиточных насосов;

3. выявление необходимости сооружения насосных станций для повышения давления в сети;

4. определение располагаемого давления на вводах у абонентов и выбор схемы присоединения потребителей;

5. определение давлений в любой точке сети при разных режимах работы и этапах развития системы теплоснабжения;

6. проверка соответствия предельных давлений прочности элементов системы теплоснабжения.

График строится для двух режимов работы системы: статического и динамического. Статический режим характеризуется давлениями в сети при неработающих сетевых, но включенных подпиточных насосах. Динамический режим характеризует давления, возникающие в сети при работающих сетевых и подпиточных насосах и при движении теплоносителя. Графики разрабатываются для основной магистрали теплосети и для протяженных ответвлений. При построении графиков используются величины давления, выраженные в линейных единицах (м вод.ст.), поэтому график называется пьезометрическим.

Изобразим принципиальную схему тепловой сети в масштабе, для которой построим пьезометрический график.

На координатную сетку в масштабе наносят профиль поверхности земли по трассе тепловой сети от источника до последнего потребителя. Все отсчеты производят от уровня, соответствующего отметке сетевых насосов, принимаемой за геодезическую отметку нуль. От нее откладывают по вертикали профиль сети и высоты зданий. Высшее положение воды в отопительной системе совпадает с верхней отметкой здания. Условно принимаем, что ось трубопроводов и нагревательные приборы на первом этаже совпадают с отметкой земли.

По трассе отмечают начальные и конечные точки каждого участка сети согласно схеме гидравлического расчета. Точка 1 характеризует местоположение источника теплоснабжения, вернее сетевого насоса. Точка 3 соответствует расположению последнего потребителя, высота отопительной системы которого в вертикальном масштабе равна 3Д. В точке 2 сети имеется ответвление к потребителю С, высота отопительной системы которого 4С.

Строим линию давлений о обратной магистрали.

Наносим точку О1, соответствующую давлению теплоносителя в обратном трубопроводе у источника. Точку О1 выбираем так, чтобы давление в обратном трубопроводе было достаточным для преодоления сопротивления на всасе сетевых насосов и обеспечивало бы необходимое давление в расположенных поблизости от источника 5-9 этажных домах. Можно принять 20-30 м вод.ст. Минимальное давление в точке О1 для предупреждения кавитации в сетевом насосе 5-10 м вод.ст. (5 м вод.ст. предотвращает вскипание теплоносителя с температурой не более 110ºС).

По данным гидравлического расчета строим линию падения давления в обратной магистрали, откладывая по участкам потери давления. Важно, чтобы давление в обратной магистрали перекрывало верхние точки отопительных систем, присоединенных по зависимой схеме, не менее чем на 5 м. Это условие обеспечивает залив систем отопления. Линия О1-О3 не должна быть выше 60 м по условиям прочности чугунных радиаторов и других нагревательных приборов, рассчитанных на это давление. Если линия О1-О3 не удовлетворяет обоим требованиям, ее положение изменяют, поднимая или опуская ее в зависимости от рельефа, высоты зданий и т.п. В некоторых случаях требуется сделать линию О1-О3 более пологой или более крутой, для этого надо увеличить или соответственно уменьшить диаметры трубопроводов и произвести заново гидравлический расчет.

Наносим потери давления в тепловом пункте у последнего потребителя О3–П3. Необходимо обеспечить располагаемый перепад давлений в ИТП не менее требуемого для работы элеваторного узла (8 – 15 м), при этом расчетная потеря давления в отопительной системе не должна превышать 15 кПа (1,5 м вод. ст.). При безэлеваторном подключении систем отопления располагаемый напор на вводе должен быть не менее удвоенных расчетных потерь напора в местной системе, но не менее 10 м вод. ст. Для ГТП принимается располагаемый напор 25 м, при непосредственном присоединении систем отопления ≥ 5 м.

По данным гидравлического расчета наносим линию падения давления в подающем трубопроводе П3-П1. В закрытой системе линия падения давления в подающем трубопроводе имеет вид зеркального изображения линии О1-О3.

Проверяют соответствие линии П3-П1 обязательным условиям:

1) условие невскипания, т.е. линия П3-П1 должна быть выше линии, соединяющей верхние концы отрезков, которые выражают избыточные давления, предотвращающие вскипание воды в точках наивысшего положения воды в сети. Эта условная пограничная линия следует за геодезическими отметками положения воды в системе. Если температура воды в сети 150ºС, то для исключения ее вскипания давление в сети должно быть более 40 м. В связи с неравномерным нагреванием воды в отдельных трубках водогрейных котлов температура воды для определения давления, обеспечивающего невскипание, принимается на 30 ºС выше расчетной температуры сетевой воды;

2) давления в подающей линии сети не должны превышать допустимые для отдельных элементов системы; максимальный напор в подающем трубопроводе ограничивается прочностью труб и всех водоподогревательных установок; допустимое избыточное давление для водогрейных котлов, бойлеров, труб и арматуры тепловых сетей 160 – 250 м вод. ст.; для скоростных подогревателей типа МВН 100 м вод. ст.; для чугунных отопительных радиаторов 60 м вод.ст.; для стальных конвекторов 90 м вод.ст; для калориферов 80 м вод. ст.;

3) ни в одной из точек системы линия П3-П1 не должна быть ниже линии статического давления;

Наносим потери давления в источнике теплоты П1-К. Потери давления в пароводяных подогревателях, водогрейных котлах, приборах учета и трубопроводах источника составляют 25-40 м. В бойлерной установке котельной можно принимать 10-20 м, в зависимости от вида применяемого оборудования.

Наносим линию статического давления Н_ст. Оно устанавливается в сети, когда не работают сетевые насосы, а давление, равное статическому, поддерживается постоянно действующими подпиточными насосами. Циркуляции в сети нет, давления в подающей и обратной линиях одинаковы. К линии статического давления применяются те же требования, что и к линии давления в обратном трубопроводе:

а) линия должна проходить не менее чем на 5 м выше перекрытия верхнего этажа зданий, расположенных на самой высокой отметке и присоединенных по зависимой схеме с тем, чтобы их местные системы отопления всегда были заполнены водой и в них не подсасывался воздух;

б)линия должна находиться на высоте, не превышающей 60 м над полом первого этажа зданий, расположенных в самых низких отметках района.

При невозможности обеспечения всего района централизованного теплоснабжения единой линией статического давления, следует предусматривать деление водяных сетей на независимые зоны, каждая из которых обеспечивает работоспособность и надежность системы своей зоны. Возможно также использовать независимую схему присоединения отопительных установок к тепловой сети в зданиях, создающих повышенный полный статический напор.

Линия статического давления может пересекать линию давлений в обратном трубопроводе, но не может быть ниже точки О1.

Строим падение давления в ответвлении С. Для этого от места ответвления (точка 2) откладывают потери напора по участкам ответвления, т.е. от точек О2 и П2 откладываем потери давления на участке 2-4. Располагаемый напор абонента на ответвлении не должен быть меньше располагаемого напора у последнего абонента.

По пьезометрическому графику можно определить:

- располагаемый напор сетевых насосов ;

- напор, развиваемый подпиточными насосами в динамическом режиме: ;

- в статическом режиме : ;

- располагаемый напор у потребителя Д: ;

- в произвольной точке сети 5: ;

- потери в подающей магистрали: ;

- потери в обратной магистрали: ;

- полные потери в тепловой сети: .

13. Температурные графики центрального регулирования закрытых систем теплоснабжения.

Центральное качественное регулирование однородной тепловой нагрузки

В большинстве районов основным видом тепловой нагрузки является отопление. Доля других видов тепловой нагрузки, например, горячего водоснабжения и вентиляции обычно существенно ниже отопительной нагрузки. Поэтому в основу центрального регулирования часто закладывается закон изменения отопительной нагрузки в зависимости от температуры наружного воздуха.

Температурный график отопительной нагрузки

при центральном качественном регулировании.

График строится при условии постоянства расхода сетевой воды в течение всего отопительного сезона. Регулирование отпуска теплоты осуществляется изменением температуры воды в подающей магистрали. Конечной задачей регулирования является поддержание постоянной заданной температуры в помещениях за счет теплоотдачи нагревательных приборов. Теплоотдача последних должна соответствовать тепловым потерям через ограждающие конструкции зданий.

Для установившегося режима должен соблюдаться тепловой баланс, т.е. равенство количества теплоты, потерянного через ограждающие конструкции, отданного нагревательными приборами и полученного из тепловой сети. Запишем уравнение этого теплового баланса для любой текущей температуры наружного воздуха за отопительный сезон и для расчетной температуры наружного воздуха для систем отопления:

при текущих параметрах:

, (1)

при расчетных параметрах:

(2)

где q_о – удельная отопительная характеристика здания;

V – объем здания по наружному обмеру; '

t , - текущее и расчетное значения температуры наружного воздуха;

G, G' -расходы воды в тепловой сети при t и ;

- температуры сетевой воды в подающем трубопроводе при t и ;

-средние температуры воды в нагревательном приборе при темпера турах наружного воздуха t и t ;

При центральном качественном регулировании расход воды остается постоянным .

Разделив первое уравнение на второе получим:

. (3)

Коэффициент теплопередачи нагревательных приборов имеет следующую зависимость от температурного напора:

, (4)

где с и п – безразмерные коэффициенты.

Для современных типов отопительных приборов п=0,32.

Подставляя выражение (4) для k при текущем и расчетном значениях в формулу (3), получим:

. (5)

Для систем отопления с присоединением к тепловой сети через элеватор температура воды после элеватора τ₃ определяется из уравнения теплового баланса элеваторного ввода:

С другой стороны G₁+G₂=G₃

и с учетом выражения для коэффициента смешения элеватора

.

отсюда τ₃

.

Средняя температура нагревательного прибора в системе отопления с элеватором

.

Аналогично записывается при расчетной температуре наружного воздуха. Подставим эти выражения в формулу (5) и получим

Из этого уравнения определяются текущие τ₁ и τ₂ в зависимости от t_н:

,

.

Из уравнений следует, что температуры сетевой воды являются функциями тепловой нагрузки и температуры наружного воздуха. Зависимость отопительной нагрузки от температуры наружного воздуха имеет линейный характер, при этом угол наклона определяется значением t_но. Зависимость температуры сетевой воды до и после отопительной установки от t_но тоже близка к линейной. При температуре наружного воздуха, равной расчетной температуре внутри помещений, наступает тепловой равновесие и все линии температур сходятся в одну точку +18 ^оС. Однако практически температурные графики обрываются раньше теплового равновесия, поскольку отопление прекращается при температуре +8 ^оС.

Например, рассмотрим график регулирования для сети с параметрами 150/70 при

t_н = -30^оС. В пределах температур отопительного периода от +8 ^оС до t_но производится регулирование по температуре наружного воздуха при чисто отопительной нагрузке.

Аналогично выводятся уравнения и строятся графики для вентиляционной нагрузки.