При открытой системе теплоснабжения установки горячего водоснабжения присоединяются через смесители, регуляторы температуры воды. Экономичная и надежная работа таких пунктов возможна только при наличии надежной работы авторегулятора температуры воды.
Все преимущества открытой системы теплоснабжения сводятся к упрощению и удешевлению абонентских вводов потребителей и в меньшей степени - повышению долговечности внутридомовых систем горячего водоснабжения. Вместе с тем при открытой системе теплоснабжения стоимость источника теплоты увеличивается на 20-25% за счет усложнения системы водоподготовки. Одновременно возрастают эксплуатационные затраты, что обусловлено, во-первых, перерасходом воды, реагентов и электроэнергии на подготовку и подачу горячей воды потребителям, во-вторых, низкой надежностью открытых систем теплоснабжения вследствие высокой коррозийной активности теплоносителя. Это ведет к росту затрат, связанных с ликвидацией аварий, восполнением утечек и сливов теплоносителя, ремонтом и заменой сетей, арматуры и оборудования. Дополнительные потери возникают из-за невозможности в переходные периоды года поддерживать температуру теплоносителя менее 70°С при температурах воздуха выше 0°С, что ведет к «перетопу», т. е. необоснованному увеличению расхода теплоты на отопление зданий.
В связи с этим необходимо рассмотреть преимущества и недостатки закрытых систем теплоснабжения, в которых вода используется только как средство доставки теплоты и из сетей не отбирается. При проектировании тепловых пунктов для закрытой системы теплоснабжения основным вопросом является схема присоединения подогревателей горячего водоснабжения. Выбор схемы присоединения ГВС определяется расчетным расходом воды, режимом регулирования и производится на основании технико-экономического сравнения параллельной и смешанной схем. Данные схемы могут дополняться баками аккумуляторами, с помощью которых выравнивается график нагрузки горячего водоснабжения и обеспечивается резерв на случай непродолжительного перерыва теплоснабжения. Объем аккумуляторного бака должен быть равен 4-6-часовому расходу горячей воды. В этом случае расчет и выбор оборудования ведется по среднечасовому расходу горячей воды, и, следовательно, уменьшается поверхность нагрева подогревателей и стоимость теплового пункта.
В последнее время появилась возможность перехода на закрытую систему теплоснабжения с независимым присоединением и систем отопления зданий. В этом случае система отопления присоединяется к тепловой сети через поверхностный теплообменник. В качестве подогревателей в закрытых независимых системах рекомендуется устанавливать пластинчатые теплообменники, нагревающая поверхность которых состоит из набора пластин с каналами для прохода греющей и нагреваемой жидкостей. Пластины изготавливаются из нержавеющей стали и закрепляются между неподвижной и подвижной плитами или спаиваются. Необходимое число и параметры пластин определяются с помощью ЭВМ в соответствии с физическими свойствами, расходами и параметрами жидкостей. Пластины гофрированы, что способствует турбулизации потока. Поэтому пластинчатые теплообменники имеют высокий коэффициент теплопередачи, что обеспечивает теплообмен при разности температур в 3-5°. При одинаковой тепловой мощности пластинчатые теплообменники в 3-5 раз меньше по габаритам и в 6 раз по массе, чем кожухотрубные.
В связи с этим основным элементом современных систем теплоснабжения должны стать индивидуальные высокоэффективные тепловые пункты моноблочного исполнения. В состав этих блоков входят пластинчатые теплообменники, бесфундаментные и бесшумные насосные установки, контрольно-измерительные приборы, системы учета и автоматического регулирования теплоотпуска.Усложнение и удорожание оборудования индивидуальных тепловых пунктов закрытых независимых систем теплоснабжения компенсируется за счет экономии капитальных вложений и эксплуатационных затрат в других элементах системы. В частности, за счет упрощения схемы и уменьшения производительности системы водоподготовки можно на 20% снизить капитальные вложения в источник теплоснабжения. Благодаря гидравлической изолирован ности внешней и внутренней систем теплоснабжения обеспечивается стабильное качество горячей воды и высокий уровень комфортности отапливаемых помещений. Экономия теплоты за счет автоматического регулирования теплоотпуска может составить 15-20%. Существенно сокращается расход теплоносителя, так как прекращается непосредственный водоразбор из тепловой сети. Одновременно уменьшаются затраты на подготовку воды и перекачку теплоносителя.
Зависимость потребления теплоты от климатических условий требует постоянного и целенаправленного регулирования отпуска теплоты, что обеспечивает высокое качество и эффективность теплоснабжения потребителей.
Поэтому в системах теплоснабжения применяют три метода регулирования отпуска теплоты:
• качественное, при котором отпуск теплоты регулируется за
счет изменения температуры теплоносителя при постоянном его
расходе;
• количественное, когда отпуск теплоты регулируется изменением расхода теплоносителя при постоянной температуре;
• количественно-качественное, при котором измеряется как
температура, так и расход теплоносителя.
Для двухтрубных водяных тепловых сетей рекомендуется применять центральное качественное регулирование по отопительному графику, которое дополняется групповым регулированием в центральных (рис. 6.2) и индивидуальных тепловых пунктах, а также местным регулированием непосредственно у отдельных тепло-использующих установок потребителей. Центральное регулирование осуществляется в источнике теплоснабжения за счет изменения параметров теплоносителя. Групповое и местное регулирование должно осуществляться автоматически регуляторами расхода, давления, температуры и напора.
В основе регулирования отпуска теплоты лежит температурный график сети - зависимость температуры теплоносителя в прямой и обратной магистралях от температуры наружного воздуха. Этот график строится для преобладающей отопительной нагрузки, а затем корректируется в зависимости от требований других потребителей.
В основе всех расчетов по регулированию отпуска теплоты на отопление лежит три уравнения теплового баланса здания:
• количество теплоты, теряемое зданием;
• количество теплоты, передаваемое от приборов отопления к
воздуху;
• количество теплоты, передаваемое от теплоносителя приборам отопления.
Для поддержания постоянной температуры внутри помещений при изменении температуры наружного воздуха необходимо соблюдать тепловое равновесие
Зависимость между температурами воды в подающих трубопроводах тепловой сети и местных систем, подсоединенных через смесительное устройство, устанавливается расчетным коэффициентом смешения
Групповое и местное регулирование всех видов тепловой нагрузки рекомендуется проводить количественным методом. В качестве импульса для регулирующего устройства следует использовать температуру наружного или внутреннего воздуха отапливаемых помещений. Дополнение центрального качественного регулирования отпуска теплоты групповым (местным) обеспечивает комфортность проживания и экономию энергии в системах теплоснабжения.
Нарушение режима отпуска теплоты, как правило, проявляется в отклонении температуры воды в подающей линии тепловой сети от расчетных значений. Это приводит к изменению температуры в подающем и обратном трубопроводах отопительной системы и, следовательно, температуры воздуха в отапливаемых помещениях
В результате нарушается тепловлажностный режим эксплуатации ограждающих конструкций зданий, что проявляется в увеличении влажности строительных материалов, глубине промерзания конструкций, повышении теплопроводности материалов и росте теплопотерь здания в 1,5-2 раза. Кроме того, замерзание и оттаивание влаги в порах строительных материалов ведет к ускоренному физическому износу и сокращению долговечности ограждающих конструкций зданий. Чем больше переходов через 0°С, выше скорость замерзания и ниже температура, тем больше напряжения в материале и меньше срок службы ограждающих конструкций здания.
При проектировании тепловых сетей решаются следующие вопросы:
• рациональной трассировки с учетом размещения источников и потребителей теплоты;
• гидравлического и теплового расчета с учетом расчетных
тепловых нагрузок и расходов воды в тепловой сети;
• выбора метода и типа прокладки тепловых сетей.
Для разработки схемы теплоснабжения необходимо подготовить план города с указанием источников теплоты, нумерацией кварталов и условным обозначением перспективных максимально-часовых расходов теплоты потребителями района. Источник тепла должен размещаться по возможности в промышленной зоне или за городской чертой с учетом господствующих ветров. Вместе с тем источник тепла должен быть расположен как можно ближе к центру тепловых нагрузок. В этом случае радиус действия тепловых сетей будет кратчайшим, а расходы на транспортировку будут минимальными.
Тепловые сети, соединяющие источник теплоты с потребителями, подразделяются следующим образом:
• магистральные — главные теплопроводы от источника теплоты до каждого микрорайона или крупного потребителя;