2.3.1 Водяные системы теплоснабжения
В водяных системах теплоснабжения в качестве теплоносителя
используется горячая вода. Количество тепла, отпускаемого тепловому
потребителю, определяется по формуле:
, (2.36)
где 
- расход сетевой воды;
-
температура воды в прямой и обратной сети (магистрали).
Параметры теплоносителя в тепловой сети
ЦТС значительно выше параметров воды в местных тепловых сетях: 
=
150 (до 180÷190)°С. В местных сетях в соответствие с
санитарно-гигиеническими требованиями температура воды не должна превышать для
системы отопления 95÷105°С, а в системе горячего водоснабжения – 75°С.
Для снижения потенциала тепла используются теплообменники смесительного или
поверхностного типа. В обратной магистрали (сети) температура теплоносителя
равна 60°С.
Так как тепловая нагрузка многих
потребителей зависит от температуры наружного воздуха, то возникает
необходимость ее регулирования, которое осуществляется следующими способами:
·
изменением температуры
воды в прямой магистрали (сети) – качественный способ регулирования тепловой
нагрузки;
·
изменением расхода
сетевой воды – количественный способ регулирования;
·
одновременным
изменением расхода и температуры сетевой воды – качественно-количественный
способ регулирования.
Способ регулирования нагрузки сочетается с определенными методами регулирования в зависимости от места, где оно осуществляется. Так, качественный способ осуществляется непосредственно на источнике тепла (централизованный метод), качественно-количественный способ – на абонентском вводе (местный метод регулирования) и, наконец, у потребителя в основном осуществляется количественный способ регулирования (индивидуальный метод).
Двухтрубные водяные системы теплоснабжения (основная система
теплоснабжения) разделяются на открытые и закрытые системы, что связано с
технологией приготовления воды для местных систем горячего водоснабжения.
В закрытых системах (рисунок 2.10а) для целей горячего водоснабжения используется вода из горводопровода (питьевая вода 4), которая нагревается в поверхностных теплообменниках (3) за счет тепла воды из тепловой сети. В открытых системах (рисунок 2.10в) для горячего водоснабжения используется непосредственно вода из тепловых сетей. Требуемый уровень температуры горячей воды обеспечивается за счет подмешивания к воде из прямой магистрали воды из обратной магистрали. Для исключения перетока горячей воды в обратную магистраль устанавливается обратный клапан 8.
1 и 2 – прямая и обратная магистраль (сеть), 3 – теплообменник системы
горячего водоснабжения, 4 – трубопровод холодной воды (горводопровод), 5 –
местная система горячего водоснабжения, 6 – регулятор температуры воды,
7 – смесительный теплообменник, 8 – обратный клапан.
Рисунок 2.10 – Схемы открытой (а) и закрытой (в)
систем горячего водоснабжения
К преимуществам открытых систем теплоснабжения относится:
а) простота и малые капитальные вложения местных систем
теплоснабжения;
б) уменьшение расхода сетевой воды и,
особенно, в обратной магистрали, что ведет к уменьшению расходов электроэнергии
на перекачку теплоносителя, и диаметров трубопроводов в прямой и обратной
магистрали (уменьшение капитальных расходов).
К недостаткам открытых систем
теплоснабжения следует отнести качество воды на горячее водоснабжение, а также
необходимость восполнение потерь теплоносителя на источнике тепла. Последнее
требует увеличения капитальных вложений и эксплуатационных расходов на
источнике тепла для подготовки подпиточной воды. Количество необходимой
подпитки сетевой воды равно:
, (2.37)
где первое слагаемое представляет собой утечки теплоносителя в тепловой сети.
К недостаткам закрытых систем
теплоснабжения, помимо больших капитальных расходов, следует отнести коррозию
абонентских подогревателей из-за наличия кислорода в воде из водопроводной сети
Выбор варианта подключения потребителя
к тепловым сетям осуществляется на основе технико-экономических расчетов. Так,
например, в Караганде используется закрытая система теплоснабжения
(солончаковая почва, высокая засоленность природной воды), а в Санкт-Петербурге
– открытая система теплоснабжения.
Для закрытых систем теплоснабжения более экономичной является система горячего водоснабжения с двухступенчатым подогревом бытовой воды (рисунок 2.11).
1 и 2 – прямая и обратная магистраль, 3 и 4 – абонентские подогреватели
второй и первой ступени подогрева, 5 и 6 – холодная и горячая бытовая
вода,
7 – система отопления
Рисунок 2.11 – Схема двухступенчатого подогрева
бытовой воды
К преимуществам двухступенчатой схемы
подогрева воды для горячего водоснабжения относится возможность регулирования
температуры воды в широком диапазоне (соответственным включением различных
задвижек) и поддержание ее на заданном уровне при изменении температуры сетевой
воды при качественном регулировании тепловой нагрузки на источнике тепла.
В зависимости от режима работы местной теплосети (МТС)
встречаются зависимые и независимые схемы подключения абонента к центральным
тепловым сетям.
Вентиляционные установки и система горячего водоснабжения
закрытых систем теплоснабжения подключаются по независимой схеме. Система
горячего водоснабжения открытых систем теплоснабжения и в большинстве случаев
отопительные установки МТС (рисунок 2.12) подключаются по зависимой схеме.
Рисунок 2.12 – Зависимые (а, б, в) и независимые (г)
схемы
подключения абонента к
тепловым сетям
В схемах «а, б, в» давление в местной сети и в отопительном
приборе 1 зависит от давления в прямой и обратной магистралях тепловой сети ЦТС
(зависимая схема подключения абонента). В независимой схеме подключения абонента
(схема «г») передача тепла от теплоносителя ЦТС к сетевой воде МТС
осуществляется в абонентском подогревателе 5 и давление в МТС не зависит от
давления воды в ЦТС и определяется работой циркуляционного насоса 6.
Для обеспечения нормальной циркуляции воды в МТС
предусмотрены воздушные краны 2 в схемах «а», «б» и «в», предназначенные для
удаления воздуха из отопительной системы и полного ее заполнения водой. В схеме «г» для этой цели служит
расширительный сосуд 7, который одновременно позволяет компенсировать объемное
расширение воды при изменении ее температуры. Потери теплоносителя в
независимой схеме подключения абонента (схема «г») восполняются сетевой водой
из ЦТС с помощью системы подпитки 8.
Регулирование температуры сетевой воды в МТС осуществляется:
·
за
счет подмешивания сетевой воды из обратной магистрали (ОМ) к воде из прямой
магистрали (ПМ) в элеваторном смесительном узле 3 (схема «б») или с помощью
смесительного насоса 4 (схема «в»);
·
за
счет изменения расхода воды из ЦТС, подаваемой в абонентский теплообменник 4
(схема «г»).
Основным элементов в смесительном узле схемы «б» является
элеватор (рисунок 2.13), который выполняет две функции: обеспечивает заданный
уровень температуры сетевой воды и является побудителем циркуляции воды в МТС.
Для работы элеватора необходимо иметь разность давлений в
прямой и обратной магистрали равную 0,6 МПа.
К недостаткам элеваторов с фиксированным диаметром сопла относится постоянство
коэффициента подмешивания 
,
что не позволяет осуществлять местное регулирование температуры в МТС при
изменении температуры наружного воздуха. Поэтому более перспективным являются
элеваторы с регулируемым соплом (на рисунке 2.13 регулировочный винт 5).
1 – всасывающая камера, 2 – камера смешения, 3 – диффузор,
4 – сопло, 6 – регулировочный винт
Рисунок 2.13 Элеваторный узел смешения (эжектор)