Лекция введение в дисциплину основные понятия
 Скачать 1.63 Mb.
|
|
ЛЕКЦИИ Лекция 1. ВВЕДЕНИЕ В ДИСЦИПЛИНУ Основные понятия Тепловая энергия - энергетический ресурс, при потреблении которого изменяются термодинамические параметры теплоносителей (температура, давление). Качество теплоснабжения - совокупность установленных нормативными правовыми актами Российской Федерации и (или) договором теплоснабжения характеристик теплоснабжения, в том числе термодинамических параметров теплоносителя. Источник тепловой энергии - устройство, предназначенное для производства тепловой энергии. Теплопотребляющая установка - устройство, предназначенное для использования тепловой энергии, теплоносителя для нужд потребителя тепловой энергии. Теплоноситель - пар, вода, которые используются для передачи тепловой энергии. Тепловая сеть - совокупность устройств (включая центральные тепловые пункты, насосные станции), предназначенных для передачи тепловой энергии, теплоносителя от источников тепловой энергии до теплопотребляющих установок. Объекты теплоснабжения - источники тепловой энергии, тепловые сети или их совокупность. Тепловая мощность (далее - мощность) - количество тепловой энергии, которое может быть произведено и (или) передано по тепловым сетям за единицу времени. Тепловая нагрузка - количество тепловой энергии, которое может быть принято потребителем тепловой энергии за единицу времени. Теплоснабжение - обеспечение потребителей тепловой энергии тепловой энергией, теплоносителем, в том числе поддержание мощности. Потребитель тепловой энергии (далее также - потребитель) - лицо, приобретающее тепловую энергию (мощность), теплоноситель для использования на принадлежащих ему на праве собственности или ином законном основании теплопотребляющих установках либо для оказания коммунальных услуг в части горячего водоснабжения и отопления. Теплоснабжающая организация - организация, осуществляющая продажу потребителям и (или) теплоснабжающим организациям произведенных или приобретенных тепловой энергии (мощности), теплоносителя и владеющая на праве собственности или ином законном основании источниками тепловой энергии и (или) тепловыми сетями в системе теплоснабжения, посредством которой осуществляется теплоснабжение потребителей тепловой энергии (данное положение применяется к регулированию сходных отношений с участием индивидуальных предпринимателей). Передача тепловой энергии, теплоносителя - совокупность организационно и технологически связанных действий, обеспечивающих поддержание тепловых сетей в состоянии, соответствующем установленным техническими регламентами, правилами технической эксплуатации объектов теплоснабжения и теплопотребляющих установок требованиям, прием, преобразование и доставку тепловой энергии, теплоносителя. Система теплоснабжения - совокупность источников тепловой энергии и теплопотребляющих установок, технологически соединенных тепловыми сетями. Открытая система теплоснабжения (горячего водоснабжения) - технологически связанный комплекс инженерных сооружений, предназначенный для теплоснабжения и горячего водоснабжения путем отбора горячей воды из тепловой сети. Схема теплоснабжения - документ, содержащий предпроектные материалы по обоснованию эффективного и безопасного функционирования систем теплоснабжения поселения, городского округа, их развития с учетом правового регулирования в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности и утверждаемый правовым актом, не имеющим нормативного характера, федерального органа исполнительной власти, уполномоченного Правительством Российской Федерации на реализацию государственной политики в сфере теплоснабжения (далее - федеральный орган исполнительной власти, уполномоченный на реализацию государственной политики в сфере теплоснабжения), или органа местного самоуправления. Виды теплоносителей и предъявляемые к ним требования Теплоносители предназначены для переноса теплоты от источника к потребителю. В качестве теплоносителей используются в основном жидкости и газы (перенос теплоты твердыми телами, как правило сыпучими, встречается довольно редко и рассматриваться не будет). К теплоносителям предъявляется ряд требований. Рассмотрим основные из них. 1. Транспортабельность — способность переносить теплоту на заданные расстояния. Ограничения по этому показателю обусловлены потерями давления при движении теплоносителя и затратами мощности на его перекачку. Затраты мощности на перекачку линейно зависят от длины трубопровода. Поэтому в тех случаях, когда потребитель находится близко к источнику, требование транспортабельности не является определяющим. Ситуация осложняется, когда теплоноситель необходимо транспортировать на значительные расстояния. С увеличением диаметра трубопровода растут капитальные затраты, затраты на ремонт и обслуживание, а также увеличиваются потери теплоты в окружающую среду, но при этом уменьшаются затраты на перекачку теплоносителя. При уменьшении его диаметра ситуация изменяется на противоположную. 2. Высокая теплоаккумулирующая способность. Для теплоносителей с большим значением теплоемкости или удельной теплоты парообразования единицы объема для переноса одного и того же количества теплоты потребуются меньшие расходы теплоносителя. Следовательно, будут меньше и затраты энергии на его перемещение. 3. Нетоксичность. Использование токсичных, вредных для здоровья теплоносителей совершенно недопустимо в закрытых помещениях. К таким теплоносителям можно отнести растворы этиленгликоля. Зачастую токсичным оказывается не сам теплоноситель, а содержащиеся в нем примеси, что требует его тщательной очистки. 4. Экологичность. Этот аспект проблемы использования теплоносителей связан с тем, что их выброс наносит вред окружающей среде, среде обитания человека. Две стороны этой проблемы — образование озоновой дыры и парниковый эффект. 5. Дешевизна и доступность. Это требование к теплоносителям, пожалуй, не нуждается в комментариях. 6. Химическая инертность. Теплоноситель не должен вступать в химические реакции с конструкционными материалами теплотехнических установок, включая материал прокладок и припоя. Часто причинами химической активности теплоносителя являются содержащиеся в нем примеси, что требует его тщательной очистки. Причиной разрушения металлов (коррозии) могут быть содержащиеся в теплоносителе в растворенном состоянии кислород и углекислый газ. 7. Стабильность. Необходимо, чтобы в процессе длительной эксплуатации теплоноситель не разлагался, не изменял своих физических свойств. 8. Необходимый температурный уровень. Это свойство теплоносителя связано и с его стабильностью. Кроме того, желательно, чтобы заданный температурный уровень достигался при относительно низких избыточных давлениях, мало отличающихся от атмосферного, что позволило бы упростить и удешевить конструкции оборудования, снизить капитальные и эксплуатационные расходы. 9. Отсутствие отложений. Причиной образования отложений (твердой, нерастворимой в теплоносителе фракции) на поверхности теплообмена может служить либо наличие в теплоносителе примесей, либо разложение теплоносителя. Образующийся слой отложений имеет, как правило, низкий коэффициент теплопроводности, что приводит к ухудшению теплопередачи. Необходимость периодической чистки оборудования от отложений увеличивает эксплуатационные расходы. 10. Невоспламеняемость. При контакте с воздухом теплоноситель, в частности разогретый, не должен воспламеняться. 11. Приемлемые физические свойства. Помимо упомянутых высокой теплоемкости и удельной теплоты парообразования, желательно, чтобы теплоноситель обладал высоким коэффициентом теплопроводности, что способствовало бы повышению интенсивности теплообмена. Малое значение вязкости обеспечило бы снижение затрат мощности на перекачку теплоносителя. У всех жидких теплоносителей вязкость уменьшается с ростом температуры. Большее значение коэффициента поверхностного натяжения способствует предотвращению утечек через прокладки, уплотнения. Теплоносители с малым поверхностным натяжением значительно легче просачиваются через неплотности, что требует восполнения их количества в системе. Вода является одним из наиболее распространенных теплоносителей. Сама природная вода дешева и доступна, но в ней содержатся примеси в виде солей жесткости (солей кальция и магния), а также растворенные газы — кислород и углекислота. Наличие солей жесткости приводит к образованию на поверхностях нагрева нерастворимых отложений. Для удаления солей жесткости воду предварительно умягчают в ионообменных установках, например №-катионитовых фильтрах. Растворенные газы вызывают кислородную или углекислотную коррозию углеродистых сталей, что требует их удаления из воды, например, в процессе термической деаэрации. Обе эти операции вызывают удорожание теплоносителя. Применение коррозионно-стойких материалов или сплавов приводит, как правило, к удорожанию конструкции. Вода характеризуется относительно высокими значениями теплоемкости, коэффициентов теплопроводности и поверхностного натяжения и сравнительно низкой вязкостью. При температурах выше 100°С давление воды должно превышать атмосферное, причем с увеличением температуры воды давление должно повышаться довольно значительно, что, в свою очередь, приводит к увеличению толщины стенок труб, сосудов и, как следствие, к удорожанию конструкции. Горячую воду можно транспортировать на расстояния до 20 км. Водяной пар может использоваться в двух формах — в виде «острого» и «сухого» пара. В первом случае пар вводится непосредственно в жидкость и ее разогрев происходит за счет теплоты, выделяющейся при конденсации пара. Во втором случае пар движется внутри труб, каналов теплообменного устройства и теплота передается жидкости за счет теплопередачи через их стенки. При обогреве «острым» паром безвозвратно теряется дорогостоящий конденсат, но зато процесс разогрева происходит значительно быстрее. При обогреве «сухим» паром конденсат сохраняется и пригоден для дальнейшего использования. Интенсивность теплоотдачи при конденсации определяется в основном физическими свойствами конденсата (воды), поэтому величина коэффициента теплоотдачи при этом достаточно велика. Дальность транспортировки пара ограничивают расстоянием 5 км. Водные растворы солей, кислот, щелочей используются в процессах мокрой обработки с целью придания материалам необходимых свойств. В большинстве случаев концентрация этих растворов невысока и их физические свойства мало отличаются от физических свойств воды. Но эти растворы, как правило, коррозионноагрессивны, и для проведения соответствующих процессов обработки необходимо использовать оборудование из коррозионно-стойких материалов, например из нержавеющих сталей. Водные растворы этиленгликоля и пропиленгликоля (антифризы) могут использоваться для обогрева помещений, которые в холодный период года отапливаются лишь периодически. Они имеют достаточно низкую температуру затвердевания, при достижении которой их удельный объем не увеличивается, поэтому разгерметизации системы теплоснабжения не происходит, как в случае ее заполнения водой. Этиленгликоль токсичен, но он более дешев, чем нетоксичный пропиленгликоль. Теплоемкость рассматриваемых антифризов несколько ниже, чем у воды, а вязкость в несколько раз выше. Рассматриваемые антифризы содержат добавки (присадки), замедляющие процессы коррозии и ограничивающие вспенивание теплоносителя. Воздух в качестве теплоносителя используется в системах вентиляции и кондиционирования воздуха. Низкие значения теплоемкости и коэффициента теплопроводности обусловливают низкую интенсивность теплоотдачи. Лекция 2-4. ПРИСОЕДИНЕНИЕ АБОНЕНТОВ К ТЕПЛОВЫМ СЕТЯМ И ОБОРУДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ Присоединение систем отопления Присоединение потребителей к тепловым сетям завершает построение единой технологической цепочки, называемой системой централизованного теплоснабжения (СЦТ). Схемы присоединения систем отопления разделяют на зависимые без смешения воды, зависимые со смешением воды и независимые. Зависимое присоединение, при котором теплоноситель из теплосети без снижения температуры (без смешения) подают потребителю, является наиболее простым и удобным в эксплуатации. Применяют его при совпадении температур теплоносителя в системе отопления tги в системе теплоснабжения Т1 (как правило, не превышающих 95...105 °С). Такое присоединение зачастую реализуют в системах теплоснабжения от групповой котельной установки, предназначенной для зданий промпредприятия либо небольшого населенного пункта. Подавляющее большинство зданий присоединены по зависимой схеме со смешением теплоносителя до температуры tг < Т1. Ранее для смешения воды устанавливали водоструйные насосы (гидроэлеваторы) нерегулируемые (рис. 1.1,а) и регулируемые (рис. 1.1,б). Вследствие неработоспособности (перечеркнуто сплошными линиями) первых и неэффективности (перечеркнуто пунктирными линиями) вторых в двух трубных системах отопления с терморегуляторами широкое распространение получили схемы с насосным смешением воды. Основными причинами невозможности применения гидроэлеваторов в двухтрубных системах является несовместимость гидравлических режимов оборудования и недостаточность напора для энергоэффективного сочетания клапанов (терморегуляторов у отопительных приборов и автоматических балансировочных клапанов на стояках либо приборных ветках). Гидроэлеватор работает при постоянном гидравлическом режиме, а терморегуляторы в двухтрубной системе создают переменный гидравлический режим. В СП 41-101-95 Проектирование тепловых пунктов указано, что при автоматическом регулировании системы, ее следует присоединять к тепловой сети через смесительный насос. Это требование соотносят не только к двухтрубной, но и к однотрубной системе отопления. Обусловлено это тем, что в однотрубной системе с терморегуляторами, которые обязательны к установке, работа гидроэлеватора также неэффективна. При таком сочетании оборудования невозможно устранить колебания давления теплоносителя, создаваемые работой терморегуляторов. Сочетание элеватора с терморегуляторами и клапанами-ограничителями (регулятор расхода) делает систему отопления неработоспособной, поскольку элеватор не в состоянии обеспечить минимальные требуемые потери давления на регуляторе расхода (примерно 20 кПа). Недостатком гидроэлеватора является также его высокое гидравлическое сопротивление. Необходимость поддержания перед ним повышенного давления в теплосети не лучшим образом отражается на герметичности устаревших трубопроводов и оборудования, что приводит к повышенной аварийности.  Рис. 1.1. Смешение теплоносителя в тепловом пункте при зависимом присоединении абонента: а – нерегулируемым гидроэлеватором; б – регулируемым гидроэлеватором; в – регулятором теплового потока и насосом на перемычке; г – насосом на обратной магистрали и регулятором теплового потока с трехходовым либо двухходовым клапаном; д – насосом на подающей магистрали и регулятором теплового потока с трехходовым либо двухходовым клапаном. Особую группу устройств на абонентском вводе представляют регулируемые гидроэлеваторы (рис. 1.1,б). С гидравлической точки зрения и современного технического оснащения систем отопления зданий, они имеют те же недостатки, что и нерегулируемые. Их применение как в новом строительстве, так и при реконструкции не имеет перспективы, поскольку согласно правительственной программы поэтапного оснащения систем отопления средствами регулирования тепловой энергии все системы отопления должны быть с терморегуляторами, а их работа несовместима с гидроэлеваторами. Поэтому, установив гидроэлеватор сегодня, его необходимо будет заменить смесительно-циркуляционным насосом завтра. Насос в схеме присоединения абонента позволяет применить наиболее энергосберегающие автоматизированные решения по регулированию систем абонента, учитывая погодные факторы по датчику температуры наружного воздуха, тепловые характеристики здания и теплогидравлические характеристики систем. Появляется возможность не только качественного, но и качественно-количественного регулирования системы отопления практически в любом диапазоне, учитывая специфику теплового режима здания и помещения при одновременном сокращении потребляемого теплоносителя. Принципиальные схемы включения насосов показаны на рис. 1.1. Благодаря появлению малошумных бесфундаментных ступенчато либо автоматически регулируемых насосов эти схемы повсеместно вытесняют схемы с гидроэлеваторами. Насосы, за счет универсальности и гибкости управления, позволяют решать любые задачи регулирования систем абонента. Соответственно под эти задачи выбирают место установки насоса. Насос располагают на перемычке между подающим и обратным трубопроводом (рис. 1.1,в) при давлении в трубопроводах теплосети на вводе, превышающем статическое давление в системе отопления не менее чем на 0,05...0,1 МПа, но не более допустимого для нее предела. Такая схема считается наиболее экономичной, так как через перемычку проходит меньший расход воды, чем в подающем либо обратном трубопроводе. Следовательно, применяется меньший насос и меньше потребляется электроэнергии. Однако при таком расположении насоса на работу системы отопления влияют колебания давления в теплосети. Устраняют эти колебания дополнительным регулирующим клапаном стабилизации расхода в контуре системы отопления с постоянным гидравлическим режимом. Но, даже в этом случае, на концевых участках теплосети, где зачастую присутствуют малые и нестабильные перепады давления, не устраняется вероятность недополучения необходимого количества сетевой воды у потребителя. Кроме того, расход на перемычке изменяется в зависимости от работы регулятора теплового потока, что требует применение насоса с регулируемой частотой вращения. Поэтому данная схема не рекомендуется к применению (перечеркнута пунктирными линиями). Указанные недостатки исключаются при установке насоса на подающем либо обратном трубопроводе, где достигаемая надежность системы превалирует над незначительным увеличением мощности насоса. Наиболее применяемые схемы смешения теплоносителя показаны на рис. 1.1,г и 1.1,д. Необходимая температура теплоносителя в системе отопления устанавливается электронным регулятором ECL по заданному температурному графику путем воздействия на трехходовой либо двухходовой клапан регулятора теплового потока (РТ). Чаще используют двухходовой клапан вследствие лучшего обеспечения требуемого расхода теплоносителя в системе отопления с необходимой температурой. Трехходовой смешивающий клапан выбирают по большему значению пропускной способности из результатов расчета на входе и на выходе, поскольку различны температуры теплоносителя, а, следовательно, различны и расходы теплоносителя при равенстве переносимой тепловой энергии. При централизованном теплоснабжении клапан выбирают по расходу в системе отопления. Результатом такого выбора смесительного трехходового клапана является неудовлетворительная их работа по стороне теплосети. Устраняют этот недостаток применением трехходового разделительного клапана на обратном трубопроводе. Но в том и в другом случаях при неправильном обеспечении внешних авторитетов клапана по обоим контурам циркуляции теплоносителя могут образовываться значительные отклонения от требуемого расхода, ухудшающие линейность регулирования температуры теплоносителя. Значительно лучших результатов регулирования достигают при использовании двухходового регулятора теплового потока. Его располагают либо на подающем, либо на обратном трубопроводе. Зачастую регулятор теплового потока располагают на том же трубопроводе, что и смесительный насос. При высокой температуре теплоносителя в подающем трубопроводе перед клапаном предпочтительным размещением клапана является обратный трубопровод. Клапан работает в более благоприятных условиях. Для преодоления сопротивления системы отопления,при разной сопоставимости с перепадом давления в теплосети устанавливают насосы по схемам на рис. 1.1,г и 1.1,д. Этим достигают необходимой дополнительной разности давления. Насос на подающем трубопроводе после подмешивающей перемычки устанавливают при статическом давлении системы, равном либо превышающем давление в подающем трубопроводе тепловой сети, а также при необходимости увеличения располагаемого давления для системы. В последнем случае насос выполняет смесительно_циркуляционную и повысительную функции. Однако, следует иметь ввиду, что такие функции были присущи насосу в системе отопления без регулятора теплового потока. Расположение насоса на обратном либо на подающем трубопроводе имеет свою аргументацию. Обычно это зависит от предпочтений проектировщиков и эксплуатационников. Размещением насоса на подающем трубопроводе уменьшают, например, вероятность засорения при заполнении и эксплуатации системы отопления. В то же время, при пропадании электроэнергии в насос попадает высокотемпературный теплоноситель за счет незначительной циркуляции через него под разностью давлений в подающем и обратном трубопроводе теплосети, поскольку не всегда выполняются рекомендации о необходимости отсечения местной системы отопления в таких ситуациях. При расположении насоса на обратном трубопроводе, устраняют влияние повышенного давления в обратной магистрали теплосети, часто наблюдаемое в концевых участках теплосети, и создают более благоприятные температурные условия для его работы. Особого подхода в обеспечении работоспособности требуют инженерные системы высотных зданий и зданий, расположенных на возвышенности. Ранее применяли схему с насосом на подающем трубопроводе и наделяли его при необходимости повысительной функцией. Сегодня преимущественным способом является независимое подключение абонента, гидравлически отсоединяющее систему отопления от теплосети и минимизирующее аварийные ситуации. Вариантом абонентского ввода является комбинированное подключение системы отопления к теплосети. Его применяют при зонировании системы отопления высотного здания. Нижнюю зону подключают по зависимой схеме со смешиванием, а верхнюю – по независимой. Вариантом комбинированного подключения является применение независимого подключения всех зон системы отопления высотного жилого здания и зависимого подключения встроенного или пристроенного гаража.  Рис. 1.2. Независимое присоединение системы отопления. Наибольшее распространение получили схемы независимого подключения с одним теплообменником (рис. 1.2,а и 1.2,б). Приемлемым вариантом является проектное решение с применением неразборного теплообменника. Считается, что вода в теплосети и системе отопления прошла специальную обработку от интенсивного образования накипи в теплообменнике. Лучший вариант с эксплуатационной точки зрения – применение разборного теплообменника. В обоих случаях следует предусматривать запорную арматуру для отключения теплообменников: шаровые краны, поворотные заслонки, задвижки. Однако следует иметь ввиду, что многие автоматические регуляторы выполнены многофункциональными. Они могут иметь запорную функцию. В этом случае запорный клапан, например, на рис. 1.2, изображенный рядом с РТ, не устанавливают. Это упрощает схему. Удобна при эксплуатации также запорно-регулирующая арматура со встроенными дренажными кранами. Взаимное расположение насоса и теплообменника не имеет особого значения. Современные насосы способны эффективно работать как на подающем, так и на обратном трубопроводе. Кроме схем с одним теплообменником для системы отопления, применяют схемы и с двумя теплообменниками. Два параллельно включенных теплообменника (рис. 1.2,в) устанавливают на абонентских вводах зданий, не допускающих перерывов в подаче теплоты. Каждый теплообменник рассчитывают на 100 % теплопотерь здания. Два параллельно включенных теплообменника применяют также при независимом подключении системы отопления с пофасадным регулированием (на рис. 1.2, г). Эта схема целесообразна для базовой либо дежурной системы отопления без терморегуляторов на отопительных приборах. Оборудование тепловых пунктов Тепловой пункт (ТП) — комплекс устройств, расположенный в обособленном помещении, состоящий из элементов тепловых энергоустановок, обеспечивающих присоединение этих установок к тепловой сети, их работоспособность, управление режимами теплопотребления, трансформацию, регулирование параметров теплоносителя и распределение теплоносителя по типам потребления. Назначение тепловых пунктов: Преобразование вида теплоносителя или его параметров; контроль параметров теплоносителя; учет тепловых нагрузок, расходов теплоносителя и конденсата; регулирование расхода теплоносителя и распределение по системам потребления теплоты (через распределительные сети в ЦТП или непосредственно в системы ИТП); защита местных систем от аварийного повышения параметров теплоносителя; заполнение и подпитка систем потребления теплоты; сбор, охлаждение, возврат конденсата и контроль его качества; аккумулирование теплоты; водоподготовка для систем горячего водоснабжения. В тепловом пункте в зависимости от его назначения и местных условий могут осуществляться все перечисленные мероприятия или только их часть. Виды тепловых пунктов (ГОСТ 30494-96): Индивидуальный тепловой пункт (ИТП). Используется для обслуживания одного потребителя (здания или его части). Как правило, располагается в подвальном или техническом помещении здания, однако, в силу особенностей обслуживаемого здания, может быть размещён в отдельностоящем сооружении. Имеют мощность 50кВт…2МВт. Центральный тепловой пункт (ЦТП). Используется для обслуживания группы потребителей (зданий, промышленных объектов). Чаще располагается в отдельностоящем сооружении, но может быть размещен в подвальном или техническом помещении одного из зданий. Блочный тепловой пункт (БТП). Изготавливается в заводских условиях и поставляется для монтажа в виде готовых блоков. Может состоять из одного или нескольких блоков. Оборудование блоков монтируется очень компактно, как правило, на одной раме. Обычно используется при необходимости экономии места, в стесненных условиях. По характеру и количеству подключенных потребителей БТП может относиться как к ИТП, так и к ЦТП. Оборудование тепловых пунктов. В любом типе тепловых пунктов предусматривают размещение оборудования, арматуры, приборов контроля, управления и автоматизации, посредством которых осуществляют: • преобразование вида теплоносителя или его параметров; • контроль параметров теплоносителя; • учет тепловых потоков, расходов теплоносителя; • регулирование расхода теплоносителя и распределение его по системам потребления теплоты; • защиту местных систем от аварийного повышения параметров теплоносителя; • заполнение и подпитку систем теплопотребления; • аккумулирование теплоты; • водоподготовку для систем горячего водоснабжения. Перечисленные мероприятия, в зависимости от назначения теплового пункта и местных условий, могут применять все, либо частично. КЛАПАНЫ Клапаны относят к классу трубопроводной арматуры. Они отличаются способом перекрытия потока теплоносителя, заключающимся в возвратно–поступательном перемещении затвора вдоль оси потока теплоносителя в седле корпуса арматуры. В соответствии со стандартом по назначению различают арматуру: запорную, регулирующую, распределительно–смесительную, предохранительную, обратную. Одно из главных отличий современной арматуры – это многофункциональность, т. е. предназначенность для выполнения нескольких функций. Запорная арматура предназначена для перекрытия потока теплоносителя. Принимать запорную арматуру в качестве регулирующей не допускается. Это вызвано, прежде всего тем, что запорная арматура конструктивно не предназначена для таких задач: имеет низкую цикловую нагрузку (быстрое срабатывание при частом использовании) и создает резкий перепад давления теплоносителя при закрывании. Регулирующая арматура предназначена для регулирования расхода теплоносителя. Независимо от конструктивного исполнения конечной целью ее подбора является обеспечение линейной зависимости между регулирующим воздействием и изменением регулируемого параметра. Трехходовой клапан применяют для разделения гидравлического контура на контур с переменным и контур с постоянным гидравлическим режимом. В зависимости от способа установки относительно насоса трехходовые клапаны бывают смешивающими и разделяющими. Перепускные клапаны в тепловых пунктах централизованных систем теплоснабжения обеспечивают работоспособность насосов при закрытых терморегуляторах. Для перепуска теплоносителя могут применять клапаны мембранного типа, либо пружинного типа. При превышении установленного на них перепада давления они приоткрываются и пропускают теплоноситель. В тепловых пунктах наряду с автоматическими и ручными балансировочными клапанами широко применяют отключающие клапаны (запорная арматура). Их основная функция состоит в отключении здания, системы, отдельных веток и стояков, теплообменных приборов и другого оборудования. Обратные клапаны предназначены для предотвращения движения теплоносителя в обратном направлении. В тепловых пунктах применяют обратную арматуру поворотного и подъемного принципа действия АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ Устройство, которое реагирует на изменение параметра, характеризующего объект регулирования, и автоматически управляет процессом для поддержания этого параметра в заданных пределах или изменения его по определенному закону. Автоматический регулятор состоит из: измерительного, управляющего, исполнительного и регулирующего элемента. Регуляторы прямого (непосредственного) действия относят к автоматическим регуляторам, у которых при изменении значения регулируемого параметра перемещение регулирующего элемента происходит только за счет усилий, возникающих, как правило, в измерительном (чувствительном) элементе. Автоматические регуляторы перепада давления – устройства, стабилизирующие располагаемое давление регулируемого участка на заданном уровне. Автоматические регуляторы расхода применяют для стабилизации расхода теплоносителя. Принципиальным отличием регулятора расхода от регулятора перепада давления является то, что он дополнительно содержит встроенный регулируемый дроссель, на котором автоматически поддерживается фиксированный перепад давления. Регуляторы температуры прямого действия предназначены для поддержания температуры воды в бойлере или на выходе из теплообменника, либо температуры воздуха за калорифером на заданном уровне. Принцип их работы состоит в уменьшении проходного сечения клапана (закрывание) при повышении температуры. ВОЗДУХООТВОДЧИКИ Удаление воздуха из теплоносителя является важным фактором работоспособности водяных инженерных систем здания. Так, например, при концентрации кислорода в теплоносителе 10 мг/л возрастает сопротивление системы отопления, выполненной из стальных трубопроводов, в 3 раза через семь лет ее эксплуатации. При этом происходит перераспределение давления на регулируемых участках от регулирующих клапанов к трубопроводам. Кроме того, со временем следует увеличивать напор насоса, что уменьшает внешние авторитеты регулирующих клапанов. Все это ухудшает регулирование системы отопления. Поэтому удаление воздуха из теплоносителя осуществляют изо всех мест возможного его скопления как в системе отопления, так и в тепловом пункте. В тепловых пунктах удаляют воздух как вручную, так и автоматически. Ручная запорная арматура – запорные вентили, периодически открываемые для выпуска воздуха при обслуживании оборудования, например, грязевиков. Применение ручной арматуры зачастую обусловлено высокой рабочей температурой теплоносителя. Для теплоносителя с температурой до 110 °С используют автоматические воздухоотводчики. ФИЛЬТРЫ В тепловых пунктах предусматривают установку грязевиков для осаждения твердых частичек, но этого недостаточно для обеспечения работоспособности и избежания повреждений автоматической запорно–регулирующей арматуры, тепломеров, водосчетчиков и насосов с мокрым ротором. Причина – неспособность грязевиков без соответствующих сеточных фильтров осаждать мелкие загрязняющие частички, приходящие с сетевой водой. Кроме того, водяные инженерные системы здания сами являются причиной загрязнения теплоносителя – окалины, пакля... Это же касается и систем с чугунными радиаторами, из которых в течение многих лет эксплуатации вымываются частички формовочной массы. Усугубляет ситуацию по образованию загрязнения спуск воды из систем здания при ремонтах и в межотопительный период. Ускорение коррозиеобразования в этом случае достигает 8...10 раз. Последующему отрыву отложений от стенок трубопровода способствуют даже незначительные гидравлические удары. Это является дополнительной причиной нормативного запрета применения запорных клапанов, в том числе и соленоидных, для регулирования в тепловых пунктах. Наличие загрязнения в теплоносителе предопределяет эксплуатационные затраты по обслуживанию тепловых пунктов. Чем крупнее размер механических примесей, тем короче межремонтный период обслуживания оборудования тепловых пунктов и гидравлических систем здания. Для очистки теплоносителя от мелких частичек используют сетчатые фильтры с различным размером ячеек: 0,3; 0,5; 0,8; 1,25; 1,6 мм. ТЕПЛОСЧЕТЧИКИ Теплосчетчик (тепломер) – прибор для измерения количества теплоты, которую получает потребитель от теплосети. Существует большое многообразие конструкций теплосчетчиков, но все они состоят из трех основных частей – расходомера, тепловычислителя и датчиков температуры теплоносителя. ПЛАСТИНЧАТЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ Пластинчатый теплообменник – аппарат, в котором происходит теплообмен между сетевой водой и водой системы отопления либо горячего водоснабжения. В тепловых пунктах обычно применяют пластинчатые теплообменники неразборной либо разборной конструкции. В неразборных – все пластины и их точки опор спаяны между собой и образовывают с концевыми пластинами цельную конструкцию. К концевым пластинам припаяны подводящие и отводящие патрубки с резьбой либо фланцами на концах для присоединения к трубопроводам. Применяют неразборные теплообменники чаще для систем отопления. Их недостаток – недоступность пластин для механической очистки. Однако, допускается применение промывки химическими реактивами, в том числе кислотами, поскольку пластины неразборных и разборных теплообменников могут выполняться из кислотостойкой нержавеющей стали. Наиболее практичными для очистки поверхности теплообмена являются разборные теплообменники. Их чаще применяют в системах горячего водоснабжения. Они состоят из отдельных пластин с прокладками; приспособлены для быстрой разборки и сборки. Вся поверхность теплообмена доступна для очистки. Пластины стягивают между собой болтами, зацепляемыми за концевые пластины. Благодаря такому зацеплению, теплообменники обладают высокой эксплуатационной надежностью и минимальным временем для ревизии и очистки. Одноходовым называют теплообменник с односторонним присоединением подводящих и отводящих патрубков. С таким теплообменником осуществляют более компактную трубопроводную обвязку. Он удобней в обслуживании. Двухходовой теплообменник имеет патрубки с двух сторон. Проходные каналы расположены одновременно параллельно и последовательно. По своей сути такая схема объединяет два одноходовых теплообменника, соединенных последовательно. При этом в нем проходит три циркуляционных контура, например, – системы теплоснабжения, системы отопления и системы горячего водоснабжения. Применяют такие теплообменники в основном для двухступенчатого нагрева воды в системах горячего водоснабжения. НАСОСЫ Насос является основным элементом водяной инженерной системы здания. Его работа полностью взаимосвязана со всем оборудованием системы, в том числе и запорно–регулирующей арматурой. От их совместной работы зависит эффективность функционирования всей системы. Особенно это касается систем с переменным гидравлическим режимом, где регулирование расходом теплоносителя приводит к изменению гидравлических и электрических параметров насоса. В тепловых пунктах применяются в основном циркуляционные насосы. Лекция 5. СХЕМЫ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ В тепловых пунктах старого образца (рис.2.1) в качестве регулирующего устройства применялся элеваторный узел. Это позволяло существенно снизить стоимость оборудования, однако с помощью такого ТП было невозможно осуществлять точную регулировку температуры теплоносителя, особенно при переходных режимах работы системы. Элеваторный узел обеспечивал только «качественную» регулировку теплоносителя, когда температура в системе отопления изменяется в зависимости от температуры теплоносителя, приходящего от централизованной тепловой сети. Это приводило к тому, что «регулировка» температуры воздуха в помещениях производилась потребителями при помощи открытого окна и с огромными тепловыми затратами, уходящими в никуда.  Рис.2.1. Схема теплового пункта с элеваторным узлом: 1 – подающий трубопровод; 2 – обратный трубопровод; 3 – задвижки; 4 – водомер; 5 – грязевики; 6 – манометры; 7 – термометры; 8 – элеватор; 9 – нагревательные приборы системы отопления Поэтому минимальные изначальные капиталовложения выливались в финансовые потери в долгосрочной перспективе. Особенно низкая эффективность работы элеваторных узлов проявилась с ростом цен на тепловую энергию, а также с невозможностью работы централизованной тепловой сети по температурному или гидравлическому графику, на который были рассчитаны установленные ранее элеваторные узлы. Принцип работы элеватора заключается в том, чтобы смешивать теплоноситель из централизованной тепловой сети и воду из обратного трубопровода системы отопления до температуры, соответствующей нормативной для данной системы. Это происходит за счет принципа эжекции при использовании в конструкции элеватора сопла определенного диаметра (рис.). После элеваторного узла смешанный теплоноситель подается в систему отопления здания. Элеватор совмещает одновременно два устройства: циркуляционный насос и смесительное устройство. На эффективность смешения и циркуляции в системе отопления не влияют колебания теплового режима в тепловых сетях. Вся регулировка заключается в правильном подборе диаметра сопла и обеспечения необходимого коэффициента смешения (нормативный коэффициент 2,2). Для работы элеваторного узла нет необходимости подводить электрический ток.  Подобные устройства получили широкое применение во многих типах зданий, подключенных к централизованной тепловой сети. Однако в настоящее время они не соответствуют требованиям по энергосбережению, в связи с чем подлежат замене на современные индивидуальные тепловые пункты. Их стоимость значительно выше и для работы обязательно требуется электропитание. Но, в то же время, эти устройства более экономны – позволяют снизить энергопотребление на 30 – 50%, что с учетом роста цен на теплоноситель позволит уменьшить срок окупаемости до 5 – 7 лет, а срок службы ИТП напрямую зависит от качества используемых элементов управления, материалов и уровня подготовки технического персонала при его обслуживании. Современные ИТП. Энергосбережение достигается, в частности, за счет регулирования температуры теплоносителя с учетом поправки на изменение температуры наружного воздуха. Для этих целей в каждом тепловом пункте применяют комплекс оборудования (рис.2.2) для обеспечения необходимой циркуляции в системе отопления (циркуляционные насосы) и регулирования температуры теплоносителя (регулирующие клапаны с электрическими приводами, контроллеры с датчиками температуры).  Рис.2.2. Принципиальная схема индивидуального теплового пункта с использованием контроллера, регулирующего клапана и циркуляционного насоса Большинство тепловых пунктов имеет в своем составе также теплообменник для подключения к внутренней системе горячего водоснабжения (ГВС) с циркуляционным насосом. Набор оборудования зависит от конкретных задач и исходных данных. Именно поэтому, из-за различных возможных вариантов конструкции, а также своей компактности и транспортабельности, современные ИТП получили название модульных. Рассмотрим использование ИТП в зависимых и независимых схемах подключения системы отопления к централизованной тепловой сети. В ИТП с зависимым присоединением системы отопления к внешним тепловым сетям циркуляция теплоносителя в отопительном контуре поддерживается циркуляционным насосом. Управление насосом осуществляется в автоматическом режиме от контроллера или от соответствующего блока управления. Автоматическое поддержание необходимого температурного графика в отопительном контуре также осуществляется электронным регулятором. Контролер воздействует на регулирующий клапан, расположенный на подающем трубопроводе на стороне внешней тепловой сети («острой воде»). Между подающим и обратным трубопроводами установлена смесительная перемычка с обратным клапаном, за счет которой осуществляется подмес в подающий трубопровод из обратной линии теплоносителя, с более низкими температурными параметрами (рис.2.3).  Рис.2.3. Принципиальная схема модульного теплового пункта, подключенного по зависимой схеме: 1 – контроллер; 2 – двухходовой регулирующий клапан с электрическим приводом; 3 – датчики температуры теплоносителя; 4 – датчик температуры наружного воздуха; 5 – реле давления для защиты насосов от сухого хода; 6 – фильтры; 7 – задвижки; 8 – термометры; 9 – манометры; 10 – циркуляционные насосы системы отопления; 11 – обратный клапан; 12 – блок управления циркуляционными насосами В данной схеме работа системы отопления зависит от давлений в центральной тепловой сети. Поэтому во многих случаях потребуется установка регуляторов перепада давления, а, в случае необходимости, и регуляторов давления «после себя» или «до себя» на подающем или на обратном трубопроводах. В независимой системе для присоединения к внешнему источнику тепла используется теплообменник (рис.2.4). Циркуляция теплоносителя в системе отопления осуществляется циркуляционным насосом. Управление насосом производится в автоматическом режиме контролером или соответствующим блоком управления. Автоматическое поддержание необходимого температурного графика в нагреваемом контуре также осуществляется электронным регулятором. Контроллер воздействует на регулируемый клапан, расположенный на подающем трубопроводе на стороне внешней тепловой сети («острой воде»).  Рис.2.4. Принципиальная схема модульного теплового пункта, подключенного по независимой схеме: 1 – контроллер; 2 – двухходовой регулирующий клапан с электрическим приводом; 3 – датчики температуры теплоносителя; 4 – датчик температуры наружного воздуха; 5 – реле давления для защиты насосов от сухого хода; 6 – фильтры; 7 – задвижки; 8 – термометры; 9 – манометры; 10 – циркуляционные насосы системы отопления; 11 – обратный клапан; 12 – блок управления циркуляционными насосами; 13 – теплообменник системы отопления Достоинством данной схемы является то, что отопительный контур независим от гидравлических режимов централизованной тепловой сети. Также система отопления не страдает от несоответствия качества входящего теплоносителя, поступающего из центральной тепловой сети (наличия продуктов коррозии, грязи, песка и т.д.), а также перепадов давления в ней. В то же время стоимость капитальных вложений при применении независимой схемы больше – по причине необходимости установки и последующего обслуживания теплообменника. Как правило, в современных системах применяются разборные пластинчатые теплообменники, которые достаточно просты в обслуживании и ремонтопригодны: при потере герметичности или выходе из строя одной секции, теплообменник возможно разобрать, а секцию заменить. Также, при необходимости, можно повысить мощность путем увеличения количества пластин теплообменника. Кроме того, в независимых системах применяют паяные неразборные теплообменники Независимая схема предписана для жилых зданий с 12 и более этажами и других потребителей, если это обусловлено гидравлическим режимом работы системы или техническим заданием заказчика. ГВС от теплового пункта. Наиболее простой и распространенной является схема с одноступенчатым параллельным присоединением подогревателей горячего водоснабжения (рис.2.5). Они присоединены к той же тепловой сети, что и системы отопления зданий. Вода, из наружной водопроводной сети подается в подогреватель ГВС. В нем она нагревается сетевой водой, поступающей из подающего трубопровода тепловой сети.  Рис.2.5. Схема с зависимым присоединением системы отопления к тепловой сети и одноступенчатым параллельным присоединением теплообменника ГВС Охлажденная сетевая вода подается в обратный трубопровод тепловой сети. После подогревателя горячего водоснабжения нагретая водопроводная вода подается в систему ГВС. Если приборы в этой системе закрыты (к примеру, в ночное время), то горячая вода по циркуляционному трубопроводу снова подается в подогреватель ГВС. Эту схему с одноступенчатым параллельным присоединением подогревателей горячего водоснабжения рекомендуется применять, если отношение максимального расхода теплоты на ГВС зданий к максимальному расходу теплоты на отопление зданий менее 0,2 или более 1,0. Схема используется при нормальном температурном графике сетевой воды в тепловых сетях. Кроме того, применяется двухступенчатая система подогрева воды в системе ГВС. В ней в зимний период холодная водопроводная вода сначала подогревается в теплообменнике первой ступени (с 5 до 30 ˚С) теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления, а затем для окончательного догрева воды до необходимой температуры (60 ˚С) используется сетевая вода из подающего трубопровода тепловой сети (рис.2.6). Идея состоит в том, чтобы использовать для нагрева бросовую тепловую энергию обратной линии от системы отопления. При этом сокращается расход сетевой воды на подогрев воды в системе ГВС. В летний период нагрев происходит по одноступенчатой схеме.  Рис.2.6. Схема теплового пункта с зависимым присоединением системы отопления к тепловой сети и двухступенчатым нагревом воды |