5.2. Водяные системы теплоснабжения

Водяные СТ делятся на две большие группы – закрытые (СТЗ) и открытые (СТО). В СТЗ сетевая вода используется в водводяных теплообменниках для подогрева вторичного теплоносителя местных ТПС. В СТО на ГВС и технологические нужды сетевая вода используется непосредственно.

По количеству трубопроводов различают одно- и многотрубные СТ. Однотрубными могут быть только СТО и их применение возможно в южных регионах, когда расход сетевой воды на отопительно-вентиляционные нужды совпадает с расходом на ГВС. В других регионах они минимум двухтрубные. В СТЗ минимальное количество трубопроводов – два. Поэтому наибольшее применение получили двухтрубные СТЗ и СТО.

Многотрубные (свыше двух) водяные СТ от современных ТЭЦ не получили практического применения в связи с большими затратами на протяжённые тепловые сети больших диаметров. Однако широко применяются СТ с комбинацией двухтрубных магистральных ТС от ТЭЦ и четырёхтрубных внутриквартальных (внутризаводских) ТС от групповых тепловых подстанций (ГТП) или центральных тепловых пунктов (ЦТП). Четырёхтрубными могут быть СТ от средних по мощности паровых котельных, в которых имеются автономные водоподогревательные установки для отопительно-вентиляционных потребителей и ГВС. Они превращаются в пятитрубные в СТ от производственно-отопительных котельных, если в дополнение к указанным появляется трубопровод для теплоснабжения технологических потребителей с постоянной и высокой температурой сетевой воды (например, для сушильных установок древесины).

Присоединение ТПС промышленных, жилых и общественных зданий к тепловым сетям осуществляется в индивидуальных тепловых пунктах (ИТП). В ИТП устанавливается необходимое оборудование со средствами контроля и автоматизации (смесительные насосы систем отопления – элеваторы или насосы с электроприводом, подогреватели отопления и ГВС, калориферы вентиляционных установок и др.). Состав оборудования и затраты на сооружение ИТП зависят от типа СТ (СТЗ или СТО) и этажности зданий.

5.2.1. Закрытые водяные системы теплоснабжения

Рассмотрим особенности присоединения различных ТПС к тепловым сетям в двухтрубных СТЗ (рис. 5.2).

1	2	3	4	5	6

Рис. 5.2. Закрытая двухтрубная водяная система теплоснабжения

Схемы присоединения систем отопления: 1 - зависимое присоединение с элеваторным смешением; 2 - зависимое присоединение с насосным смешением; 3 - независимое присоединение. Схемы присоединения систем отопления (зависимое - с элеваторным смешением) и ГВС: 4 - параллельное присоединение подогревателя ГВС; 5 - двухступенчатое последовательное присоединение подогревателя ГВС; 6 - двухступенчатое смешанное присоединение подогревателя ГВС; Э – элеватор; Н – насос; РР и РТ– регуляторы температуры и расхода: Р – расширительный бак; ВВ – водопроводная вода; К – водоразборный кран; В – воздушный клапан; О – отопительный прибор; П_I и П_II – первая и вторая ступени подогревателя ГВС; τ₁, τ₂ – подающий и обратный трубопроводы

На рис. 5.2 приведены три схемы индивидуального присоединения систем отопления к тепловым сетям (1 – 3), из которых схемы (1 – 2) представляют собой зависимое присоединение с элеваторным или насосным смешением прямой и обратной сетевой воды, а.схема 3 – независимое присоединение (через подогреватель). Смешение необходимо для снижения температуры сетевой воды перед нагревательными приборами в расчётном режиме до максимально допустимого уровня (95 °С в административно-бытовых помещениях предприятий, жилых и общественных зданиях двухтрубных СТ и 105 °С – однотрубных СТ).

Схема 1– наиболее простая и дешёвая, но её применение возможно при располагаемом напоре на элеваторе Э (разности давлений в подающем о обратном трубопроводах) 0,08-0,15 МПа. Давление воды в обратном трубопроводе при наличии чугунных радиаторов (стальных панелей и конвекторов) не должно превышать 0,6 (1,0) МПа. Если разность напоров на Э меньше 0,8 МПа, применяется более дорогая схема 2. Регулятор расхода РР обеспечивает поддержание постоянного расхода в системе отопления, равного расчётному на отопление.

Схема 3 связана с повышенными затратами на строительство и эксплуатацию. Однако её применение необходимо при давлении в обратном трубопроводе свыше 0,6 (1,0) МПа, а также при присоединении многоэтажных зданий, когда давление в обратном трубопроводе недостаточно для обеспечения циркуляции на верхних этажах зданий.

Схемы 4 - 6 характеризуются совместным присоединением систем отопления (для простоты принято по схеме 1) и ГВС. При параллельном присоединении подогревателя ГВС к тепловым сетям (схема 4) регулятор температуры РТ в зависимости от нагрузки ГВС меняет расход прямой сетевой воды, поддерживая постоянную температуру горячей воды после подогревателя (t_Г = 60 °С).

Схема 6 – схема двухступенчатого смешанного присоединения подогревателя ГВС к тепловым сетям: подключение второй ступени подогревателя П_II соответствует схеме 4, т.е. параллельное, а первой ступени П_I – последовательное. Регуляторы РР и РТ работают описанным выше образом, обеспечивая на вводе систем отопления и ГВС расход сетевой, равный сумме расчётного на отопление и текущего на П_II ГВС с учётом предварительного использования П_I. Следовательно, суммарный расход сетевой воды на вводе в ИТП уменьшается по сравнению со схемой 4, что обеспечивает экономию инвестиций в ТС.. Кроме того, снижение температуры сетевой воды после П_I и всего расхода сетевой воды после ИТП при теплоснабжении от ТЭЦ обеспечивает дополнительную выработку ЭЭ за счёт понижения требуемого давления в регулируемом отборе.

Схема 5 – схема двухступенчатого последовательного присоединения подогревателя ГВС к тепловым сетям, т.е. обе ступени подогревателя присоединены последовательно. Схема включения РР обеспечивает поддержание суммы расходов воды на отопление и ГВС равной расчётному на отопление, т.е. на минимально возможном уровне. При этом суммарное теплопотребление на отопление и ГВС обеспечивается за счёт соответствующего повышения температуры сетевой воды (работа по повышенному температурному графику). по сравнению со схемами 4 и 6 (работа по отопительному температурному графику). Недоотпуск теплоты на отопление в часы повышенного водопотребления на ГВС компенсируется за счёт её избытка в часы пониженного водоразбора, а строительная конструкция здания выполняет функции теплового аккумулятора. Снижение до возможного минимума расхода сетевой воды на вводе в ИТП обеспечивает дополнительную экономию инвестиций в ТС, по сравнению со схемой 6. Применение этой схемы, как и схемы 6, обеспечивает дополнительную выработку ЭЭ на ТЭЦ. Применение схемы 5 оптимально при Q / Q ≤ 0,6, тогда как схема 6 применима при Q / Q = 0,6 – 1,2.

Калориферы систем вентиляции в ИТП присоединяют по зависимой схеме. Если калориферы устанавливаются на верхних этажах зданий, то во избежание вскипания прямой сетевой воды допускается её охлаждение за счёт смешения с обратной сетевой водой.

Преимущества СТЗ в сравнении с СТО.

• Обеспечение нормативного качества воды, подаваемой потребителям ГВС.

• Простота контроля герметичности системы по величине подпитки.

• Простота управления гидравлическим режимом вследствие равенства суммарных расходов воды в подающими обратном трубопроводах.

Недостатки СТЗ в сравнении с СТО.

• Высокие инвестиции на строительство ИТП (ЦТП) и усложнение условий эксплуатации вследствие потребности в подогревателях ГВС.

• Отложение накипи в трубках подогревателей ГВС при повышенной карбонатной жёсткости водопроводной воды.

• Коррозионный износ подогревателей ГВС в ИТП ввиду использования недеаэрированной водопроводной воды.

• Повышенные инвестиции в ТС, соответствующие суммарным расходам сетевой воды при одинаковом теплопотреблении.