На каких теплосетях не разрабатывается гидравлический режим. Лекции - Источники и ситемы теплоснабжения - файл Конс_7.doc

ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ

Водяные системы теплоснабжения представляют собой сложные гидравлические системы, в которых работа отдельных звеньев находится во взаимной зависимости. Для правильного управления и регулирования необходимо знать гидравлические характеристики работающего оборудования - циркуляционных насосов и сети.

Гидравлический режим системы определяется точкой пересечения гидравлических характеристик насоса и сети.

Рис.1. Гидравлическая характеристика насоса и тепловой сети

На рис. 1 кривая 1 - характеристика насоса; кривая 2- характеристика тепловой сети; точка А - пересечение этих характеристик, определяет гидравлический режим системы; Н- напор, развиваемый насосом, равный потере напора в замкнутой системе; V- объемная подача насоса, равная расходу воды в системе.

Гидравлической характеристикой насоса называется зависимость напора Н или перепада давлений Δр, создаваемого насосом, от объемной подачи насоса V. Характеристики насосов обычно определяются заводами-изготовителями или могут быть построены по данным испытания.

При постоянной частоте вращения рабочего колеса рабочий участок характеристики центробежного насоса может быть приближенно описан уравнением

Мощность, Вт, потребляемая насосом при номинальном режиме, определяется по формуле

При номинальном режиме в среднем . Так как потеря напора в тепловых сетях, как правило, подчиняется квадратичному закону, то характеристика тепловой сети представляет собой квадратичную параболу, описываемую уравнением

Как видно из (6.5), сопротивление сети зависит от ее геометрических размеров, абсолютной шероховатости внутренней поверхности трубопроводов, эквивалентной длины местных сопротивлений и плотности теплоносителя, но не зависит от расхода теплоносителя. Для данного состояния сети ее характеристика может быть построена по одному известному режиму. Для определения сопротивления sдостаточно знать для одного какого-нибудь режима расход воды и соответствующее этому расходу падение давления Δр.

Часто на станции работает совместно несколько насосов. Для определения режима их совместной работы необходимо построить суммарную характеристику. Порядок суммирования характеристик насосов зависит от способа их включения. Если насосы включены параллельно, то суммарная характеристика строится посредством сложения расходов (подач) при одних и тех же напорах.

Рис. 2. Построение суммарной характеристики насосов

а - параллельно включенных, б - последовательно включенных

Суммарная характеристика группы mпараллельно включенных насосов, имеющих одинаковые характеристики, описывается приближенным уравнением

Построение суммарной характеристики последовательно включенных насосов проводится путем сложения напоров при одних и тех же расходах.

Суммарная характеристика группы последовательно включенных насосов, имеющих одинаковые характеристики, описывается приближенным уравнением

Степень изменения подачи при параллельном включении насосов зависит от вида характеристики сети. Чем более пологий вид имеет характеристика сети, тем эффективнее параллельное включение насосов. Чем круче характеристика сети, тем меньший эффект дает параллельное включение.

При проектировании насосных установок, состоящих из нескольких параллельно работающих насосов, следует выбирать все насосы с одинаковыми характеристиками, а расчетную подачу каждого из них принимать равной суммарному расходу воды, деленному на число работающих насосов, не считая резервных. Подача насосов при последовательном включении также зависит от вида характеристики сети. Чем круче характеристика сети, тем эффективнее последовательное включение.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ЗАКРЫТЫХ СИСТЕМ

Одно из важных условий нормальной работы систем теплоснабжения заключается в обеспечении в тепловой сети перед групповыми или местными тепловыми пунктами (ГТП или МТП) располагаемых напоров, достаточных для подачи в абонентские установки расходов воды, соответствующих их тепловой нагрузке.

Задача расчета гидравлического режима сети заключается в определении расходов сетевой воды у абонентов и на отдельных участках сети, а также давлений (напоров) и располагаемых перепадов давлений (напоров) в узловых точках сети, на групповых и местных тепловых пунктах (абонентских вводах) при заданном режиме работы сети.

Заданными обычно являются схема тепловой сети, сопротивления sвсех ее участков, давления (напоры) на подающем и обратном коллекторах ТЭЦ или располагаемый перепад давлений (напоров) на коллекторах ТЭЦ и давление (напор) в нейтральной точке сети. При наличии на абонентских вводах авторегуляторов известны также расходы сетевой воды у абонентов, поскольку эти расходы поддерживаются с помощью авторегуляторов на заданном уровне. В этом случае по известным расходам сетевой воды у абонентов находят расходы воды на всех участках тепловой сети, а затем потери давления (напора) на всех участках сети и строят пьезометрический график, по которому определяют давления (напоры) в узловых точках тепловой сети и на абонентских вводах.

При отсутствии в ГТП или на МТП авторегуляторов расход сетевой воды у абонентов заранее неизвестен и определение их является одной из основных задач расчета гидравлического режима тепловой сети. Для решения этой задачи необходимо знать кроме сопротивлений всех участков тепловой сети также и сопротивления всех МТП и абонентских установок. Рассмотрим метод расчета расхода воды у абонентов тепловой сети при отсутствии авторегуляторов на абонентских вводах.

Рнс. 3. Схема тепловой сети

а - однолинейное изображение; б - двухлинейное изображение

Участки магистрали нумеруются римскими цифрами, а ответвления к абонентам и абоненты - арабскими.

Суммарный расход воды в сети обозначим буквой Vбез индекса. Расход воды через абонентскую систему - буквойVс индексом, равным номеру абонента. Например,V m - расход воды через абонентскую системуm.

Относительный расход воды через абонентскую систему, т.е. отношение расхода через абонентскую систему к суммарному расходу воды в сети, обозначим Vс индексом. Например, относительный расход воды у абонента

Расход воды у абонента 1 может быть найден из уравнения

.

Следовательно

Найдем расход воды через абонентскую установку 2, для которой справедливо следующее уравнение:

Аналогично находят относительный расход воды через абонентскую установку 3:

Если к тепловой сети присоединено nабонентов, то относительный расход воды через систему любого абонентаm

По данной формуле можно найти расход воды через любую абонентскую систему, если известны суммарный расход воды и сопротивления участков сети. Из (6.20) следует, что относительный расход воды через абонентскую систему зависит только от сопротивления сети и абонентских установок и не зависит от абсолютного расхода воды в сети.

100kb. 25.09.2007 05:41

Конс_7.doc

7. Гидравлический режим тепловых сетей

7.1. Гидравлическая характеристика системы

Гидравлический режим системы определяется точкой пересечения гидравлических характеристик насоса и сети (см. рис.7.1). Здесь 1 –характеристика насоса;

Потери давления в сети пропорциональны квадрату расхода –

. Пользуясь формулой для расчета потерь давления, найдем S .

.

Потери напора в сети определяются как

, где

. При изменении температуры теплоносителя сопротивление сети изменяется пропорционально изменению плотности –

. При изменении частоты вращения центробежного насоса изменяется и его характеристика (см. рис. 7.2). Объемный

Рис. 7.2. Гидравлический режим системы при различной частоте вращения насосов

расход насоса и его напор в зависимости от частоты вращения определяется как При частоте вращения . При сопротивлении сети в точке А ; . При изменении частоты вращения с на при V =0 и в точке В

;

.

Часто на станции работают совместно несколько насосов. Их суммарная характеристика зависит от способа их включения (см. рис.7.3). Если насосы включены параллельно, то суммарная характеристика строится суммированием расходов при постоянном напоре (рис. 7.3а). При последовательном включении насосов суммарная характеристика получается сложением напоров при одних и тех же расходах (рис.7.3б).

Рис.7.3. Построение суммарной характеристики насосов

а) параллельное включение; б) последовательное включение

На рис. 7.3а АВ – характеристика насоса 1, АС – характеристика насоса 2. AD – их суммарная характеристика. Каждая абсцисса кривой AD равна сумме абсцисс кривых АВ и АС , ad=ab ac . Приближенно, для группы m параллельно включенных насосов

, где

– напор группы насосов;

– условное внутреннее сопротивление группы насосов;

– суммарный расход.

На рис. 7.3б АВ – характеристика насоса 1, CD – характеристика насоса 2, KL – суммарная характеристика насосов 1 и 2. При этом al=ab ac . Приближенно, для группы n последовательно включенных насосов

.

Чем меньше сопротивление сети, тем эффективнее параллельное включение насосов, т.е., тем больше расход. При последовательном включении насосов чем больше сопротивление сети, тем эффективнее включение. На рис.7.4 приведена суммарная характеристика двух одинаковых параллельно включенных насосов.

Рис. 7.4. Изменение расхода воды в сети при параллельном включении насосов

Если характеристика сети имеет вид OK , то при работе одного насоса подается расход , а при работе двух насосов – расход . Если же характеристика сети имеет вид OL , то расход воды остается одинаковым при работе как одного, так и двух насосов. При параллельном включении насосов следует выбирать одинаковые насосы, а расход каждого насоса принимать

равным суммарному расходу, деленному на число работающих насосов.

Определение суммарной характеристики сети можно выполнить графически и аналитически. При определении сопротивления всей сети действуют следующие правила.

1. При последовательном соединении элементов сети суммируются их сопротивления – S S =Ss i .

2. При параллельном соединении элементов сети суммируются их проводимости.

.

.

Рис.7.5. Построение гидравлической характеристики системы с насосами, включенными в различных узлах; а – принципиальная схема; б – приведение характеристики насоса А к узлу 2-2; в) определение расходов воды и напоров при параллельной работе насосов

Приведенный на рис. 7.3 метод построения суммарной характеристики справедлив при расположении насосов в одном узле. Если параллельно работающие насосы расположены в разных узлах системы, то для построения их суммарных характеристик нужно привести характеристики насосов к одному общему узлу (см. рис.7.5). От насоса А вода по сети С поступает к потребителю П . Предварительно характеристику насоса А из узла 1-1 приводят к узлу 2-2, где установлен насос Б . На приведенной характеристике насоса , т.е., насоса А в узле 2–2, напор равен напору этого насоса в узле 1–1 (характеристика ) минус потери напора в сети С . После приведения к одному узлу, характеристики насосов складываются как при параллельном включении.

Как видно из рис. 7.5в, при работе одного насоса Б напор в узле 2–2 равен

а расход воды . При подключении насоса А напор в узле 2–2 возрастает до

Рис.7.6. Параллельная работа двух насосов I и II на общую систему П

, а суммарный расход увеличивается до . Однако непосредственная подача насоса Б при этом уменьшается до . На рис.7.6 приведены характеристики насосов I и II, их суммарная характеристика I II и характеристика сети П . При работе одного насоса I на сеть П напор равен и расход – . При работе одного насоса II напор и расход есть и , соответственно. При одновременной работе напор и расход равны H и V , соответственно.

^

7.2. Гидравлический режим закрытых систем

Одной из задач гидравлического расчета тепловой сети является определение расхода воды у каждого абонента и в сети в целом. Обычно известны схема сети, сопротивление участков и абонентов, располагаемый напор на коллекторе ТЭЦ или котельной. При установке на абонентских вводах авторегуляторов обычно известны расходы воды у абонентов. В этом случае по известным расходам у абонентов можно определить расходы воды на всех участках сети и построить пьезометрический график, по которому можно найти напоры (давления) в узловых точках. При отсутствии авторегуляторов расходы воды у абонентов заранее неизвестны.

S I-5 =S I S 1-5 , где S 1-5 – суммарное сопротивление абонентов 1-5 с соответствующими ответвлениями.

Расход воды через установку 1 найдем из уравнения

, отсюда

.

Для абонентской установки 2

. Разность расходов

найдем из уравнения

, где

. Отсюда

.

Для установки 3 получим

,

где

– сопротивление тепловой сети со всеми ответвлениями от абонента 3 до последнего абонента 5 включительно;

,

- сопротивление участка III магистрали.

Для некоторого m -го потребителя из n относительный расход воды находится по формуле

. (7.1)

По этой формуле можно найти расход воды через любую абонентскую установку, если известен суммарный расход в сети и сопротивления участков сети. Из (7.1) следует:

1. Относительный расход воды через абонентскую установку зависит от сопротивления сети и абонентских установок и не зависит от абсолютного значения расхода воды.

2. Если к сети присоединены n абонентов, то отношение расходов воды через установки d и m , где d < m , зависит только от сопротивления системы, начиная от узла d до конца сети, и не зависит от сопротивления сети до узла d .

Если в сети работают насосные подстанции, то насос учитывается как отрицательное сопротивление

, где

– напор и расход насосной подстанции. Суммарный расход воды в сети определяется по формуле

, где Н – напор на коллекторах ТЭЦ, а

– суммарное сопротивление тепловой сети.

Если на каком-либо участке сети изменится сопротивление, то у всех абонентов, расположенных между этим участком и концевой точкой сети, расход воды изменится пропорционально. В этой части сети достаточно определить степень изменения расхода только у одного абонента. При изменении сопротивления любого элемента сети изменится расход как в сети, так и у всех потребителей, что приводит к разрегулировке. Разрегулировки в сети бывают соответственные и пропорциональные. При соответственной разрегулировке совпадает знак изменения расходов. При пропорциональной разрегулировке совпадает степень изменения расходов.

Если от тепловой сети отключится абонент Х, то суммарное сопротивление сети увеличится (параллельное соединение). Расход воды в сети уменьшится, потери напора между станцией и абонентом Х уменьшатся. Поэтому график напора

Рис. 7.8. Изменение напоров сети при отключении одного из потребителей

(пунктир на рис. 7.8) пойдет положе. Располагаемый напор в точке Х увеличится, поэтому расход в сети от абонента Х до концевой точки сети увеличится. У всех абонентов от точки Х до концевой точки степень изменения расхода будет одинакова – пропорциональная разрегулировка. , где – расходы воды до и после отключения абонента Х. У абонентов между станцией и точкой

Х степень изменения расхода будет разной. Минимальная степень изменения расхода будет у первого абонента непосредственно у станции – f =1. По мере удаления от станции f> 1 и увеличивается. Если на станции изменится располагаемый
^

7.3. Гидравлическая устойчивость

Под гидравлической устойчивостью системы понимается ее способность поддерживать заданный гидравлический режим. В неавтоматизированных системах теплоснабжения влияние переменного режима работы можно существенно ослабить путем повышения гидравлической устойчивости.

Количественно гидравлическая устойчивость характеризуется коэффициентом гидравлической устойчивости

,

где

расчетный и максимально возможный расходы воды в абонентской установке, соответственно. Приближенно, при работе системы в квадратичной области

,

где

– располагаемый напор на станции и потери напора в тепловой сети, соответственно;

– располагаемый напор на станции. Таким образом, чем меньше потери напора в тепловой сети и чем больше потери напора на абонентском вводе, тем больше гидравлическая устойчивость абонентской системы.

Устойчивость гидравлического режима системы зависит не только от ее начальной регулировки, но и от режима расхода воды у отдельных групп абонентов. Целесообразно выравнивать тепловую нагрузку абонентов с помощью тепловых аккумуляторов, а также ограничивать возможные изменения давления в тепловой сети в нужных пределах. Для этого в одной или нескольких точках сети искусственно изменяют давление по заданному закону в зависимости от расхода воды. Такие точки называются точками регулируемого давления. Если давление в этих точках поддерживаются постоянными в статическом и динамическом режимах, то такие точки называются нейтральными. Нейтральную точку обычно размещают на перемычке между коллекторами станции.

На рис. 7.10, а приведена схема подпиточного устройства. Регуляторы управляются от нейтральной точки О. Степень открытия клапанов 2 и 3 устанавливается мембранными клапанами. При увеличении утечки из системы давление падает и мембранный привод клапана 2 открывает его, увеличивая подпитку сети насосом 1. При повышении давления мембранный клапан прикрывается и уменьшает подпитку. Если клапан 2 полностью закрыт, а давление растет, открывается дренажный клапан 3, стравливая часть воды в бак.

На рис. 7.10, б представлен пьезометрический график системы. Здесь ABCD и AKLD – пьезометрические графики магистральной тепловой сети; AOD – пьезометрический график перемычки; О – нейтральная точка на перемычке.
^

7.4. Сопротивление сети

Суммарная проводимость сети

,

.

По аналогии

;

.

Расчет сопротивления сети ведется от наиболее удаленного абонента.
^

7.5. Гидравлический режим сети с насосными и дросселирующими

подстанциями

Насосные подстанции (НП) могут устанавливаться на подающем, обратном трубопроводах, а также на перемычке между ними. Сооружение подстанций вызывается неблагоприятным рельефом, большой дальностью передачи, необходимостью увеличения пропускной способности магистрали и т.д. На рис. 7.11 пока-

Таким образом можно повысить расходы воды у абонентов. Смесительные насосы подстанции работают параллельно с насосной установкой ТЭЦ, поэтому включение насосов НП приводит к увеличению гидравлического сопротивления

потоку воды, поступающего из сети. В результате уменьшаются расходы воды из тепловой сети и увеличиваются располагаемые напоры в узлах включения НП. Чем больше напоры насосов НП, тем больше воды поступает от них в абонентские установки и тем меньше воды поступает из тепловой сети.

На рис.7.13 показана схема тепловой сети с дросселирующей подстанцией и ее пьезометрический график. Если район имеет сложный рельеф с большим перепадом высот (в примере 40 м), то при зависимой схеме присоединения нужно установить разные гидростатические напоры для абонентов на разных геодезических отметках. В статическом режиме утечка воды из верхней зоны восполняется

Рис. 7.13. Схема двухтрубной тепловой сети с двумя статическими зонами (а) и ее пьезометрический график (б). 1–обратный затвор; 2–насосы на ТЭЦ; 3–регулятор давления "до себя"; 4–подпиточный насос; 5–регулятор подпитки верхней зоны

Рис.7.14. Схема двухтрубной тепловой сети с НП на обратной линии и ее пьезометрический график; а –схема; б, в –пьезометрические графики при автоматизированном и неавтоматизированном вводах; 1– обратный затвор на НП; 2–обратный затвор на обратной линии; 3–НП; 4–насос на ТЭЦ

подпиточным насосом 4 водой из нижней зоны. В динамическом режиме затвор 1 открыт, регулятор 5 за счет дросселирования поддерживает заданный напор H в в конце верхней зоны.

На рис. 7.14 показана схема двухтрубной тепловой сети с НП на обратной линии. НП снижает давление в обратной линии у абонентов группы II на концевых участках сети. При выключенных насосах на НП вода проходит по обратной линии между точками 5 и 6 через затвор 2, минуя насосы. При включении насосов 3 между точками 5 и 6 возникает разность давлений, равная разности давлений насосов. Затвор 2 закрывается, весь поток воды проходит от точки 5 к 6. При наличии регуляторов расхода на абонентских вводах включение НП не вызывает изменения расхода воды в тепловой сети.

Если регуляторы расхода на абонентских вводах отсутствуют, то при включении НП возникает разрегулировка. Расходы воды у потребителей, расположенных между станцией и НП уменьшаются, а у потребителей после НП – возрастают. В расчетах насос учитывается как некоторое гидравлическое сопротивление.

Расчет гидравлического режима сети с НП ведут методом последовательных приближений, так как заранее гидравлическое сопротивление НП неизвестно. Задаются предварительно расходом воды через НП, определяют (отрицательное) значение гидравлического сопротивления НП, определяют суммарное сопротивление сети и расход воды на отдельных участках. При необходимости корректируют расход воды через НП.
^

7.6. Расчет распределения потоков воды в кольцевых тепловых сетях

Тепловые сети крупных городов зачастую представляют многокольцевые системы. Расчет таких сетей основан на уравнениях Кирхгофа.

Если сеть оборудована автоматическими регуляторами, то расчет заключается в определении расходов воды на отдельных участках при заданных сопротивлениях и расходов воды у абонентов.

Если сеть не оборудована автоматическими регуляторами, то расчет заключается в определении расхода воды в системе в целом и распределении его на участках кольцевой сети по заданному напору в узле подвода воды к кольцевой сети.

Рассмотрим расчет потокораспределения в кольцевой сети с регуляторами расхода. На рис. 7.15 представлена схема однокольцевой тепловой сети. Вода пос-

Задаются распределением расходов по участкам, удовлетворяющему первому закону Кирхгофа, например:

По второму закону Кирхгофа определяют невязку потерь давления (напора) в контуре

Будем считать расход в узле положительным, если он входит в узел, и отрицательным, если он выходит из узла. Потерю напора потока будем считать положительным, если поток направлен в контуре по часовой стрелке, и отрицательным, если поток направлен против часовой стрелки.

В данном случае

означает, что , или, что то же самое, . Соответствующий данному случаю пьезометрический график показан на рис. 7.16 пунктирной линией. Располагаемый напор в узле 3 в положительном потоке, (т.е. движущемся по часовой стрелке), меньше, чем в этом же узле при движении против часовой стрелки, т.е., в отрицательном потоке –

. Чтобы располагаемые напоры

совпадали, нужно расход воды в положительном потоке снизить на величину

(увязочный расход), а в отрицательном потоке – увеличить на эту же величину.

Увязочный расход определяется по уравнению (7.5).

Отсюда, пренебрегая членами, содержащими

, получим

, (7.7)

где .

всегда, поэтому знаки и совпадают. Найдя , уточняют расходы на участках и так до тех пор, пока не будет достигнута нужная точность.

Если ТС питается от нескольких источников тепла, то в магистральных линиях возникают точки встречи потоков воды от разных источников – точки водораздела. Положение этих точек зависит от сопротивления ТС, распределения нагрузки вдоль магистрали, располагаемых напоров на коллекторах ТЭЦ. Суммарный расход воды в таких сетях, как правило, задан.

На рис. 7.17 показана схема и пьезометрический график ТС, питаемой от двух станций. Точка водораздела находится следующим образом.

Рис. 7.17. Схема (а) и пьезометрический график (б) двухтрубной ТС, питаемой от двух станций; пунктир – при предварительном распределении расхода; сплошная линия – после учета увязочного расхода

Задаются расходами воды на участках сети исходя из 1-го закона Кирхгофа. Примем расход от станции ^ А положительным, а от станции В – отрицательным. Пусть точкой водораздела является точка К . Тогда в положительном потоке располагаемый перепад давления в точке К есть а в отрицательном потоке

По 2-му закону Кирхгофа определяется невязка перепада давления в точке К .

где

. Увязочный расход определяется по (7.7). Далее уточняется распределение расхода на участках сети.

Магистральная кольцевая ТС может рассматриваться как ТС, питаемая от двух источников с одинаковыми располагаемыми напорами на коллекторах. Схема такой сети представлена на рис. 7.18.Направление подачи теплоты по часовой

Рис. 7.18. Схема двухтрубной кольцевой сети и ее пьезометрический график; а – схема сети; б – развернутая схема; в – пьезометрический график; S об =S п; S об <S п;

стрелке будем считать от коллектора А , а против часовой стрелки – от коллектора В . и H =0. Метод расчета такой ТС такой же, как и для сети, питаемой от двух источников питания. Если сопротивления подающей и обратной линий неодинаковы, то положение точек водораздела в них может быть различным. Во всех случаях расчет выполняется на основе 1-го и 2-го законов Кирхгофа. При установке насосов на каком-либо участке магистральной линии их напоры суммируются с напором на станции по направлению движения теплоносителя. Точка водо-

раздела при этом смещается в этом же направлении.
^

7.7. Гидравлический режим открытых систем теплоснабжения

Основная особенность гидравлического режима открытых систем теплоснабжения заключается в том, что при наличии водоразбора расход воды в обратной линии меньше, чем в подающей. Практически эта разность равна водоразбору. Пьезометрический график подающей линии остается постоянным при любом водоразборе из обратной линии, так как расход в подающей линии поддерживается постоянным с помощью регуляторов расхода на абонентских вводах. С увеличением водоразбора уменьшается расход в обратной линии и пьезометрический график обратной линии становится более пологим. Когда водоразбор равен расходу в подающей линии, расход в обратной равен нулю и пьезометрический график обратной линии становится горизонтальным. При одинаковых диаметрах прямой и обратной линий и отсутствии водоразбора графики напора в прямой и обратной линиях симметричны. При отсутствии водоразбора на ГВС расход воды равен расчетному расходу на отопление – V o – в прямом и обратном трубопроводах. При водоразборе полностью из прямой линии расход воды в обратной линии равен расходу на отопление, а в подающей линии – сумме расходов на отопление и ГВС. При этом снижается располагаемый напор на системе отопления и расход

Рис.7.19. Пьезометрический график открытой системы

воды V o меньше расчетного. При водоразборе только из обратной линии располагаемый напор на систему отопления выше расчетного. Потери давления складываются из потерь давления в подающей линии, системе отопления и обратной линии.

При отсутствии нагрузки ГВС

При наличии водоразбора на ГВС

Делим (7.10) на (7.9). Обозначим

;

;

;

.

Из уравнения (7.11) можно найти .

1. При разборе воды на ГВС из подающей линии расход через систему отопления падает. При разборе из обратной линии – растет. При =0.4 расход воды через систему отопления равен расчётному.

2. Степень изменения расхода воды через систему отопления –

Степень изменения расхода воды через систему отопления тем больше, чем меньше сопротивление системы. Увеличение водоразбора на ГВС может привести к ситуации, когда вся вода после системы отопления будет поступать на водоразбор ГВС. При этом расход воды в обратном трубопроводе будет равен нулю.

Рис.6.22. Влияние степени расхода воды в системе отопления на расход в обратном трубопроводе

При

из (7.11) найдем

, откуда

(7.12)

Подставив (7.12) в (7.11), найдем

.

.

При

вода на ГВС начинает поступать из обратной линии и после системы отопления. При этом давление в системе отопления падает и при некотором значении нагрузки ГВС избыточное давление станет равным 0. В этом случае вода в систему отопления поступать не будет, а на ГВС вода будет поступать из подающей и обратной линий. Это – критический режим для системы отопления – f=0. Из (7.11)

. Знак "–" означает, что направление движения в обратной линии изменилось на противоположное. Отсюда найдем

.

Условие выравнивания режима –

. Для поддержания V o на расчетном уровне целесообразно работать с переменным напором сетевых насосов на станции.

Известно, что одним из основных потребителей тепловой энергии более 700 млн. Гкал/год является жилищно-коммунальный сектор, в котором жилищный фонд занимает львиную долю- порядка 500 млн. Гкал/год- 71%.
Этот же фонд основной потребитель государственных субсидий и дотаций, по существу являясь "черной дырой" для государственных и муниципальных бюджетов и средств населения.
В то же время 60% этой энергии производится коммунальными предприятиями-котельными, из которых на долю котельных мощностью до 20 Гкал/час приходится 48,3%
(стр.47, табл.8-1). Таким образом около 150 млн. Гкал/год. вырабатываются мелкими котельными, половина которых работает на природном газе с расходом около 26,85 млрд. м3/год.
Как показывают расчеты и статические данные энергетическая эффективность существующей системы коммунального теплоснабжения не превышает 50%. Только повышение энергетической эффективности использования газа хотя бы то 0,9, что при нынешних энергосберегающих технологиях не вызывает технических сложностей позволит при тех же расходах газа увеличить выработку тепла коммунальными котельными более чем 1,5 газа.
Однако это возможно только при внедрении энергосберегающих технологий во все звенья системы теплоснабжения: выработка – транспортировка – распределение – потребление.
Практика энергетических обследований свидетельствует, что основные потери сосредоточены в звеньях потребления, распределения и транспортировки тепла.
Потери в этих звеньях не зависят от вида сжигаемого топлива. Потери на источнике в прямую зависят от вида топлива.
Таким образом в первую очередь должно быть выработано приоритетное направление постепенной реконструкции и внедрения энергосберегающих технологий с учетом этих факторов.
На диаграммах представлены сравнительные оценки энергетической эффективности систем коммунального теплоснабжения.
Как видно из этих диаграмм даже для централизованной системы при новом строительстве и реконструкции существующего жилого фонда можно существенно повысить энергетическую эффективность теплоснабжения при комплексном внедрении энергосберегающих технологий.
Сокращение потерь в звене потребления может быть достигнуто только в том случае, если потребитель будет иметь возможность сам регулировать количество потребляемого тепла и оплачивать только за тепло, которое фактически употребил по физиологическим потребностям и экономическим возможностям.
Такая возможность открывается при внедрении в новое жилое строительство, а также при реконструкции и капитальном ремонте жилого фонта поквартирной системы отопления, с индивидуальным контролем и учетом потребляемой тепловой энергии.
Применение такой технологии должно быть закреплено нормативными требованиями и экономической мотивацией потребителя в энергосбережении в том числе и за счет собственных средств, что законодательно должно быть поддержано.
Саморегулирующая система общественной вентиляции герметична.
В звене распределения между потребителями жилого дома внедрение технологии полностью автоматизированного количественно-качественного регулирования в индивидуальных тепловых пунктах, обеспечивает качество и количество тепловой энергии в точном соответствии с погодными условиями, без недотопов и перетопов и наиболее эффективное использование частотно-регулируемого электропривода.
Использование этих технологий также должно быть закреплено нормативными требованиями для нового строительства и постепенной замены при реконструкции существующих зданий жилого фонда и зданий социально- общественного назначения.
Необходимо законодательно закрепить экономический механизм заинтересованности коммунальных и эксплуатационных служб различных форм собственности и потребителей во внедрении такой технологии в том числе путем льготного кредитования и налогообложения.
Энергетическая эффективность транспортной системы теплоснабжения помимо качественного состояния тепловых сетей, в большой степени зависит от гидравлической регулировки и взаимоувязки всех тепловых вводов особенно для разветвленной сети.
Практически для технологии качественного регулирования достигнуть гидравлической увязки всех вводов не удается, особенно в системах с ИТП оборудованных элеваторными узлами, качественная работа которых зависит от располагаемого напора перед тепловым вводом. Такая технология не дает возможности обеспечить подачу количества тепла в точном соответствии с погодными условиями и правильно распределить потоки тепла между потребителями.
Температурный график, который фактически не удается поддерживать в режиме текущих погодных условий и времени, и постоянный поток теплоносителя имеют практическое значение для системы централизованного теплоснабжения на базе комбинированной выработки тепловой и электрической энергии.
Для систем теплоснабжения от коммунальных котельных в этом нет необходимости.
Поэтому повышение энергетической эффективности и уменьшение потерь можно достигнуть внедрением технологии регулирования отпуска тепла количественным методом, при постоянной температуре теплоносителя, что дает наиболее эффективное снижение затрат электроэнергии на транспортировку теплоносителя применением частотно-регулируемого электропривода, снижение потерь с уменьшением утечек теплоносителя, независимость работы системы от гидравлической увязки вводов и перераспределения потоков от располагаемого напора на вводе и точное совпадение количества отпускаемого тепла с его потреблением в режиме текущих погодных условий и времени.
Повышение энергетической эффективности количественного регулирования отпуска тепла особенно ощутима при средних температурах отопительного периода, когда в разрезе текущего времени обеспечивается равенство выработанной и потребленной энергии в соответствии с погодными условиями и количество сетевой воды циркулирующей в сетях уменьшается более чем в 2 раза.

Температурные и гидравлические графики

Использование этой технологии также должна быть поддержана нормативными требованиями для отопительных котельных при новом строительстве и реконструкции в системе коммунального теплоснабжения.
Потери в транспортирующих сетях также можно или полностью избежать или значительно сократить при ликвидации тепловых сетей или значительном уменьшения их протяженности. Т.е. при максимальном приближении источников тепла к потребителю.
Однако по экологическим соображениям это можно сделать только при использовании экологически чистого вида топлива, каковым является природный газ.
В топливном балансе коммунального теплоснабжения природный газ составляет около 45%, однако, энергетическая эффективность использования его при применении устаревших технологий мало чем отличается от систем теплоснабжения на угле или мазуте. Практически для полезно используемого тепла в коммунальном теплоснабжении сегодня сжигается газа почти в полтора раза больше чем требуется.
Сжигание природного газа как экологически чистого вида топлива, должно быть максимально приближено к потребителю, что позволяет минимизировать трансмиссионные и распределительные потери тепловой энергии.
Этого можно достигнуть путем широкого внедрения автономного и поквартирного теплоснабжения, позволяющих повысить энергетическую эффективность до 85% и 92% соответственно вместо существующей при централизованном 55-60%. (см. схемы энергетической эффективности систем автономного и поквартирного теплоснабжения).
При реализации программы газификации регионов России должна быть принята идеология максимальной автономизации источников коммунального теплоснабжения путем реконструкции действующих (в т.ч. и подвальных) и строительства новых полностью автоматизированных без обслуживающего персонала автономных источников тепла (крышные, встроенные, пристроенные) с количественным регулированием отпуска тепла, гармонически встраиваемых в архитектурный облик района, здания.

2. Организация автономного теплоснабжения на примере экспериментального жилого района "Куркино" г. Москва (проблемы и в количестве примера решения экономических, технических, экологических, архитектурно-планировочных и организационно-правовых вопросов, руководство по проектированию автономного теплоснабжения для г. Москвы).

Как показали расчеты по проекту автономного теплоснабжения экспериментального жилого района Куркино в г. Москве, единовременные капитальные вложения на источники тепла (котельные) сокращаются почти на 30% на тепловые сети в 3,4 раза, почти на 50% уменьшается годовой расход топлива, стоимость отпускаемого тепла снижается почти в 2 раза.
При этом повышается надежность, экономическая безопасность и комфортность обеспечения теплом потребителей. Создаются условия без замораживания огромных капитальных вложений в РТС и сети, ввести в действие систему теплоснабжения к сроку и к месту ввода жилья и объектов соцкультбыта. Во многих случаях и с опережающими темпами.
Однако, это не простое уменьшение мощности источника тепловой энергии и приближение его к потребителю. Это в первую очередь возможность использования энергосберегающих технологий во всей цепочке выработки - транспортировки - распределения и потребления тепла. Переход на принципиально новую систему количественно-качественного регулирования, обеспечивающего совпадение по времени режимов выработки и потребления тепла с наименьшими потерями и затратами. В общем, этим и обеспечивается повышение энергетической эффективности автономного теплоснабжения до 0,8-0,85 против 0,5-0,55 централизованного.
И это не простое строительство мини-котельной с традиционным зданием промышленного типа из строительных конструкций или контейнера. Это органическое дополнение в архитектурный облик жилой застройки, желательно без отдельно стоящей дымовой трубы. Последнее имеет большое значение для коммерческой привлекательности жилья жилого микрорайона, в котором жильцы, как правило, не должны видеть и слышать источник теплоснабжения.
Такие решения автономного теплоснабжения могут успешно реализовываться при строительстве новых, а также при уплотнении существующих районов массовой жилой застройки г. Москвы, имеющих дефицит мощностей по источникам тепла.
Строительство автономных источников непосредственно в жилой застройке определяет высокие экологические и санитарно-гигиенические требования к используемому оборудованию, материалам и технологиям.
Экологически чистые горелки с низкой эмиссией Nох, малошумные вентиляторы и насосы со встроенным частотным регулированием отечественная промышленность не выпускает, не освоено производство надежных средств автоматического регулирования и управления, могущих обеспечить эксплуатацию без обслуживающего персонала. Ограничен типоряд котлов отечественного производства.
Указанные причины и ряд других сегодня обуславливают необходимость ориентации на оборудование импортного производства.
Кроме того в процессе реализации проектов автономного теплоснабжения отдельных жилых районов и застроек крупных жилых массивов могут быть решены вопросы резервирования системы газоснабжения сжиженным природным газом, установки хранения которого могут быть использованы как автозаправочные станции. Экологически чисты контактические установки.
После экспериментальной проверки в Куркино, вполне реально сборка автономных источников тепла на основе экологически чистых каталических установок.

3. Экспериментальное проектирование и строительство поквартирной системы теплоснабжения для многоэтажных жилых домов с применением настенных теплогенераторов с закрытой камерой сгорания (Смоленск, Серпухов, Брянск, С-Петербург, Псков, Тверь, Якутск, Белгород и др.)

инженерно-технические проблемы в том числе архитектурно-планировочные решения с учетом эвакуации дымовых газов, подачи воздуха на горение, внутридомовая газовая разводка; установка счетчика;

организационно-правовые проблемы обеспечения надежного, безопасного содержания и эксплуатации системы. Организация экспериментального полигона на базе Белгородской области.
Во многих регионах страны проявляется инициатива внедрения энергоэффективной технологии поквартирного теплоснабжения для многоэтажных жилых домов. В ряде городов Смоленск, Серпухов, Санкт-Петербург, Брянск, Тверь, Чебоксары, Якутск, Белгород и др. запроектированы, построены, проектируются жилые дома до 10 этажей с поквартирной системой теплоснабжения.
Система бесспорно позволяет использовать наиболее эффективный механизм энергосбережения в рыночных условиях:

потребитель сам определяет объем потребления энергии в зависимости от экономических возможностей и физиологических потребностей;

потребитель оплачивает только ту часть энергии, которую он фактически употребил.
Проведенные институтом расчеты и эксперименты показывают, что сегодняшний уровень платежей населения за тепло при централизованном теплоснабжении может обеспечить 100% оплату затрат поквартирного теплоснабжения даже при условии установления промышленного тарифа за газ, избавляя
бюджет от "черной дыры" дотаций за тепловую энергию.
Однако широкое распространение поквартирного теплоснабжения в России сдерживается пока еще недостаточным опытом проектирования, строительства таких систем с организационно-правовыми взаимоотношениями потребителя со всеми участниками проекта.
И если отсутствие нормативной базы проектирования и научно-обоснованных методов расчета может в какой-то степени компенсироваться научно-техническим потенциалом института, изучением и внедрением зарубежного опыта, которые закладываются в Технические Условия проектирования и строительства поквартирного теплоснабжения, являющихся основой разрабатываемой институтом нормативной базы, то блоку проблем организационно-правового характера, обеспечивающего в первую очередь безопасность, надежность и комфортность системы пока не уделяется должного внимания.
В первую очередь это касается вопросов осуществления надзора за безопасностью.
Известно, что Госгортехнадзор по своему статусу не осуществляет надзора за безопасностью использования газа в быту.
Ранее эту функцию несли соответствующие службы Райгазов, Горгазов, Облгазов, которые в свою очередь находились в жилищно-коммунальной сфере.
С уходом этих структур в ведение Газпрома, в жилищно-коммунальном секторе большинства субъектов федерации нарушилась система надзора за использованием газа в быту. Этого нельзя допустить при эксплуатации поквартирной системы теплоснабжения.
Не развита сеть сервисного обслуживания, отсутствует система подготовки, аттестации, аккредитации сервисных центров и надзора за их работой.
Создающиеся сервисные центры за редким исключением, разбиваются на звенья: газ отдельно, теплогенератор отдельно, дымоудаление отдельно, система отопления и горячего водоснабжения отдельно, что вообще не приемлемо потребителю и не практикуется за рубежом.
Требуется очертить и юридически закрепить организационно-правовые взаимоотношения потребителя со всеми заинтересованными сторонами, в том числе его собственные обязанности и ответственность за безопасное содержание и эксплуатацию оборудования, представляющего потенциальную опасность.
Без глубокой и достаточной проработки и принятия необходимых мер, обеспечивающих безопасность, надежность и комфортность для потребителя, энергоэффективная технология поквартирного теплоснабжения может потерять свою привлекательность как это сейчас происходит в некоторых регионах с автономным теплоснабжением. Более того, эта технология может создать серьезную угрозу безопасности среды обитания человека. А если это приведет к аварийным случаям - к полному ее запрету.

4. Государственная и техническая политика использования природного газа, в том числе сжиженного природного газа (СПГ) и в системе коммунального теплоснабжения, создание экономического механизма заинтересованности внедрения энергосберегающих технологий в систему коммунальной теплоэнергетики, в том числе за счет частных инвестиций и средств потребителей, позволяющих превратить систему из "черный дыры" в систему без дотаций и субсидий.

Для потребителей, газификация которых затруднена из-за сложности прокладки газопроводов за рубежом широко используется технология производства, транспортировки и хранения сжиженного природного газа.
Пересмотр государственной политики использования природного газа в коммунальном теплоснабжении по передовым технологиям, позволил бы в ближайший 2-3 года изменить структуру топливного баланса в этой сфере и почти в 2 раза сократить непроизводительные потери, сгладив социальную напряженность реформирования ЖКХ.
Использование жидкого и твердого как экологически небезопасного вида топлива должно быть определено только на крупных централизованных источниках тепла.
Причем для твердого топлива возможно строительство установок газификации.
Но и в этом случае должны быть использованы вышеприведенные новые технологические решения в звене транспортировки - распределения и системах потребления тепловой энергии.
Разработка и принятие федеральных нормативов и стандартов совместно с принятием и реализацией единой технической технологической политики в области внедрения передовых технологий в коммунальное теплоснабжение и создание правового экономического механизма заинтересованности всех сторон во внедрении и использовании энергосберегающих технологий (вместо субсидий и дотаций льготные кредиты и льготное налогообложение), может перестроить коммунальное теплоснабжение из "черной дыры" бюджета и средств населения в выгодной для всех бизнес.

Важнейшей задачей при проектировании и эксплуатации систем теплоснабжения является разработка эффективного гидравлического режима, обеспечивающего надежную работу тепловых сетей.

Под надежной работой подразумевается:

1) обеспечение требуемых напоров перед абонентами ();

2) исключение вскипания теплоносителя в подающей магистрали;

3) исключение опорожнения систем отопления в зданиях, а значит последующего завоздушивания при повторном пуске;

4) исключение опасных превышений давления у потребителей, вызывающих возможность порыва труб и отопительной арматуры.

Под гидравлическим режимом тепловой сети понимают взаимную связь между давлениями (напорами) и расходами теплоносителя в различных точках сети в данный момент времени.

Гидравлический режим тепловой сети изучают с помощью построения графика давлений (пьезометрического графика).

График строится после проведения гидравлического расчета трубопроводов. Он позволяет наглядно ориентироваться в гидравлическом режиме работы тепловых сетей при различном режиме их работы, с учетом влияния рельефа местности, высоты зданий, потерь давления в тепловых сетях. По этому графику можно легко определить давление и располагаемый напор в любой точке сети и абонентской системе, подобрать соответствующее насосное оборудование насосных станций и схему автоматического регулирования гидравлического режима работы ИТП.

Рассмотрим пьезометрический график для тепловой сети, располо­женной на местности со спокойным рельефом (рис. 7.1). Плоскость с нулевой отметкой совмещена с отметкой расположения теплоподготовительной установки. Профиль основной магистрали 1 -2-3 -III совме­щен с вертикальной плоскостью, в которой вычерчен пьезометрический график. В точке 2 к магистрали присоединено ответвление 2 -I . Это от­ветвление имеет свой профиль в плоскости, перпендикулярной основной магистрали. Для возможности изображения профиля ответвления 2 -I на пьезометрическом графике повернем его на 90° против часовой стрел­ки вокруг точки 2 и совместим c плоскостью профиля основной маги­страли. После совмещения плоскостей профиль ответвления займет на графике положение, отображаемое линией 2 - . Аналогично строим профиль и для ответвления 3 - .

Рассмотрим работу двухтрубной системы теплоснабжения, принци­пиальная схема которой показана на рис. 7.1,в . Из теплоподготовительной установки Т высокотемпературная вода с поступает в по­дающий теплопровод в точке П1 с полным напором в подающем коллек­торе источника теплоснабжения (здесь - на­чальный полный напор после сетевых насосов (точка K ); - потери напора сетевой воды в теплоподготовительной установке). Так как гео­дезическая отметка установки сетевых насосов , полные напоры в начале сети равны пьезометрическим напорам и соответствуют избыточ­ным давлениям в коллекторах источника теплоснабжения. Горячая вода по подающей магистрали 1-2-3-III и ответвлениям 2-I и 3-II по­ступает в местные системы потребителей тепла I , II , III . Полные напоры в подающей магистрали и ответвлениях изображены графиками напоров П1-ПIII , П2-ПI , П3-ПII . Охлажденная вода по обратным трубопро­водам направляется к источнику теплоснабжения. Графики полных дав­лений в обратных теплопроводах изображены линиями OIII-О1 , OII- О3, ОI-О1.

Разность напоров в подающей и обратной линиях для любой точ­ки сети называется располагаемым напором . Так как подающий и обрат­ный трубопроводы в любой точке имеют одну и ту же геодезическую от­метку, располагаемый напор равен разности полных или пьезометриче­ских напоров:

У абонентов располагаемые напоры равны: ;

; . Полный напор в конце обратной линии перед сетевым насосом на обратном коллекторе источника тепло­снабжения равен . Следовательно, располагаемый

напор в коллек­торах теплоподготовительной установки

Сетевой насос повышает давление воды, поступающей из обратной линии, и направляет ее в теплоподготовительную установку, где она на­гревается до . Насос развивает напор .

Рис. 7.1. Пьезометрический график (а), однолинейная схема трубопроводов (б) и схе­ма двухтрубной тепловой сети (в)

I -III - абоненты; 1, 2, 3 - узлы; П - подающая линия; О - обратная линия; Н - напоры; Т -теплоподготовительная установка; СИ - сетевой насос; РД - регулятор давления; Д - точка от­бора импульса для РД; ПН - подпиточный насос; Б - бак подпиточной воды; ДК - дренажныйклапан.

Потери напора в подающей и обратной линиях равны разности пол­ных напоров в начале и конце трубопровода. Для подающей магистрали они равны , а для обратной .

Описанный гидродинамический режим наблюдается при работе се­тевого насоса. Положение пьезометрической линии обратного трубопро­вода в точке О1 поддерживается постоянным в результате работы подпиточного насоса ПН и регулятора давления РД . Напор, развиваемый подпиточным насосом при гидродинамическом режиме , дросселируется клапаном РД таким образом, чтобы в точке отбора импульса давления Д из байпасной линии сетевого насоса поддерживался напор , рав­ный полному напору, развиваемому подпиточным насосом.

На рис. 7.2 показаны график напоров в линии подпитки и в байпас­ной линии, а также принципиальная схема подпиточного устройства.

Рис. 7.2. График напоров в линии подпитки 1 -2 и в байпасной линии сетевого насоса 2 -3 (а) и схема подпиточного устройства (б):

Н - пьезометрические напоры; - поте­ри напора в дроссельных органах регуля­тора давления РД и в задвижках А и В; СН, ПН - сетевой и подпиточный насосы; ДК - дренажный клапан; Б - бак подпиточной воды

Перед подпиточным насосом полный напор условно принимаем равным нулю. Подпиточный насос ПН развивает напор . Этот напор будет в трубопроводе до регулятора давления РД. Потерями напора на трение на участках 1 -2 и 2 -3 пренебрегаем ввиду их малости. В байпасной линии теплоноситель движется от точки 3 к точке 2. В задвижках А и В срабатывается весь напор, развиваемый сетевым насосом. Степень за­крытия этих задвижек регулируют таким образом, чтобы в задвижке А был сработан напор и полный напор после нее был равен .

В задвижке В срабатывается напор , причем (здесь - напор после РД). Регулятор давления под­держивает постоянное давление в точке Д между задвижками А и В. При этом в точке 2 будет поддерживаться напор , а на клапане РД будет срабатываться напор .

При увеличении утечки теплоносителя из сети давление в точке Д начинает снижаться, клапан РД приоткрывается, увеличивается подпит­ка тепловой сети и давление восстанавливается. При сокращении утечки давление в точке Д начинает повышаться и клапан РД прикрывается. Если при закрытом клапане РД давление будет продолжать расти, на­пример в результате прироста объема воды при повышении ее темпера­туры, в работу включится дренажный клапан ДК, поддерживающий по­стоянное давление «до себя» в точке Д, и сбросит избыток воды в дре­наж. Так работает подпиточное устройство при гидродинамическом ре­жиме. При остановке сетевых насосов прекращается циркуляция тепло­носителя в сети и во всей системе напор падает вплоть до . Регуля­тор давления РД открывается, а подпиточный насос ПН поддерживает во всей системе постоянный напор .

Таким образом, при втором характерном гидравлическом режиме - статическом - во всех точках системы теплоснабжения устанавливается полный напор, развиваемый подпиточным насосом. В точке Д как при гидродинамическом, так и при статическом режимах поддерживается постоянный напор .Такая точка называется нейтральной.

Ввиду большого гидростатического давления, создаваемого столбом воды, и высокой температуры транспортируемой воды возникают жест­кие требования к допустимому диапазону давлений как в подающем, так и в обратном трубопроводах. Эти требования накладывают ограни­чения на возможное расположение пьезометрических линий как при статическом, так и при гидродинамическом режимах.

Для исключения влияния местных систем на режим давления в сети будем считать, что они присоединены по независимой схеме, при которой гидравлические режимы тепловой сети и местных систем автономны. В таких условиях к режиму давлений в сети предъявляются излагаемые ниже требования.

При работе тепловой сети и при разработке графика пьезометрических напоров должны быть соблюдены следующие условия (как при динамическом, так и при статическом режимах), которые перечисляются в порядке очередности их проверки при построении графика.

1. Пьезометрический напор в обратном трубопроводе сети должен быть выше статического уровня подсоединенных систем (высоты зданий Н зд ) не менее чем на 5 м (запас), иначе давление в обратном трубопроводе Н обр будет меньше статического давления здания Н зд и уровень воды в зданиях установится на высоте напора обратного пьезометра, а над ним возникнет вакуум (оголение системы), который вызовет подсос воздуха в систему. На графике это условие выразится тем, что линия обратного пьезометра должна пройти на 5 м выше здания:

Н обр Н зд + 5 м ; Н ст Н зд + 5 м .

2. В любой точке обратной магистрали пьезометрический напор должен быть не менее 5 м , чтобы не было вакуума и подсоса воздуха в сеть (5 м – запас). На графике это условие выражается тем, что пьезометрическая линия обратной магистрали и линия статического напора в любой точке сети должны идти не менее чем на 5м выше уровня земли:

Н обр Н з + 5 м ; Н ст Н з + 5 м.

3. Напор на всасе сетевых насосов (напор подпитки Н о ) должен быть не менее 5 м , чтобы обеспечить залив насосов водой и отсутствие кавитации:

Н о 5 м.

4. Давление воды в системе отопления должно быть меньше максимально допустимого, которое могут выдержать отопительные приборы (6 кгс/см 2 ). На графике это условие выражается тем, что на вводах в здания пьезометрические напоры в обратной магистрали и статический уровень сети не должны быть выше Н доп = 55 м (с запасом 5 м ):

Н обр - Н з 55 м ; Н ст - Н з 55 м .

5. В подающем трубопроводе до элеватора, где температура воды выше , должно поддерживаться давление не менее давления кипения воды при температуре теплоносителя – принимается с запасом; (для статического уровня это не обязательно):

Н s =20 м при и Н s =40 м при .

На графике это условие выразится тем, что линия напоров в подающем трубопроводе должна быть соответственно на величину Н s выше наивысшейточки перегретой воды в системе отопления (для жилых зданий это будет уровень земли, а для промышленных зданий –высшаяточка перегретой воды в цехах):

Н под Н s + 5 м .

6. Статический уровень местных систем (уровень верха зданий) не должен создавать в системах других зданий давление больше максимального допустимого для них, иначе при остановке сетевых насосов произойдет раздавливание приборов этих систем за счет давления воды высоко расположенных зданий. На графике это условие выразится тем, что уровни высоко расположенных зданий не должны превышать больше чем на 55 м уровни земли у других зданий.

7. Давление в любой точке системы не должно превышать максимально допустимое из условий прочности оборудования, деталей и арматуры. Обычно принимают максимальное избыточное давление Р доп =16…22 кгс/см 2 . Это означает, что и пьезометрический напор в любой точке подающего трубопровода (от уровня земли) должен быть не менее Н доп – 5 м (с запасом5 м ):

Н под – Н з Н доп – 5 м .

8. Располагаемый напор (разность пьезометрических напоров в подающем и обратном трубопроводах) на вводах в здания должен быть не менее потери напора в системе абонента:

Н р = Н под – Н обр Н зд .

Таким образом, пьезометрический график позволяет обеспечить эффективный гидравлический режим тепловой сети и подобрать насосное оборудование.

Контрольные вопросы

1. Изложите основные задачи выбора режима давлений водяных тепловых сетей из условия надежности работы системы теплоснабжения.

2. Что такое гидродинамический и статический режимы работы тепловой сети? Обоснуйте условия определения положения статического уровня.

3. Представьте методику построения пьезометрического графика.

4. Изложите требования к определению положения на пьезометрическом графике линий давления в подающей и обратной магистралях тепловой сети.

5. На основе каких условий на пьезометрическом графике наносятся наносятся уровни допустимых максимальных и минимальных пьезометрических напоров для подающей и обратной линий системы теплоснабжения?

6. Что такое «нейтральная» точка» на пьезометрическом графике и при помощи какого устройства на ТЭЦ или котельной регулируется ее положение?

7. Как определяется рабочий напор сетевых и подпиточных насосов?

Для водяных тепловых сетей могут разрабатываться следующие гидравлические режимы:

расчетный - по расчетным расходам сетевой воды;

зимний - при максимальном отборе воды на горячее водоснабжение из обратного трубопровода;

переходный - при максимальном отборе воды на горячее водоснабжение из подающего трубопровода;

летний - при максимальной нагрузке горячего водоснабжения в неотопительный период;

статический - при отсутствии циркуляции теплоносителя в тепловой сети;

аварийный.

Эквивалентную шероховатость внутренней поверхности новых стальных труб для водяных тепловых сетей следует принимать k э = 0,0005 м;

Гидравлические режимы водяных тепловых сетей (пьезометрические графики) следует разрабатывать для отопительного и неотопительного периодов.

Пьезометрический график позволяет: определить напоры в подающем и обратном трубопроводах, а также располагаемый напор в любой точке тепловой сети; с учетом рельефа местности, располагаемого напора и высоты зданий выбрать схемы присоединения потребителей; подобрать авторегуляторы, сопла элеваторов, дроссельные устройства для местных систем теплопотребления; подобрать сетевые и подпиточные насосы.

Пьезометрические графики строятся для магистральных и квартальных тепловых сетей. Для магистральных тепловых сетей могут быть приняты масштабы: горизонтальный М г 1:10000; вертикальный М в 1:1000; для квартальных тепловых сетей: М г 1:1000, М в 1:500.

Пьезометрические графики строятся для статического и динамического режимов системы теплоснабжения. За начало координат в магистральных сетях принимают местоположение ТЭЦ. В принятых масштабах строят профиль трассы и высоты присоединенных потребителей (приняв 9-ти этажную застройку). За нулевую отметку оси ординат (оси напоров) принимают обычно отметку низшей точки теплотрассы или отметку сетевых насосов. Строят линию статического напора, величина которого должна быть выше местных систем теплопотребления не менее чем на 5 метров, обеспечивая их защиту от «оголения», и в то же время должна быть менее на 10 или более метров величины максимального рабочего напора для местных систем. Статический напор в системах теплоснабжения при теплоносителе воде должен определяться для температуры сетевой воды, равной 100 °С..

Величина максимального рабочего напора местных систем теплопотребления составляет: для систем отопления со стальными нагревательными приборами и для калориферов - 80 метров; для систем отопления с чугунными радиаторами - 60 метров; для независимых схем присоединения с поверхностными теплообменниками - 100 метров.

Затем приступают к построению графиков напоров для динамического режима. На оси ординат откладывают требуемый напор у всасывающих патрубков сетевых насосов (30 - 35 метров) в зависимости от марки насоса. Давление и температура воды на всасывающих патрубках сетевых, подпиточных, подкачивающих и смесительных насосов не должны быть ниже давления кавитации и не должны превышать допускаемых по условиям прочности конструкций насосов.

Затем, используя результаты гидравлического расчета, строят линию потерь напора обратной магистрали. Величина напоров в обратной магистрали должна соответствовать требованиям указанным выше при построении линии статического напора. Напор воды в обратных трубопроводах водяных тепловых сетей при гидродинамическом режиме должен быть избыточным (не менее 5 метров), быть выше местных систем теплопотребления не менее чем на 5 метров, обеспечивая их защиту от «оголения», и в то же время должен быть меньше на 10 (или более метров) величины максимального рабочего напора для местных систем теплопотребления. Далее строится линия располагаемого напора для системы теплоснабжения расчетного квартала величина которого может быть принята 40 - 50 м.

Затем строится линия потерь напора подающего трубопровода, а также линия потерь напора в коммуникациях источника теплоты (ТЭЦ). При отсутствии данных, потери напора в коммуникациях ТЭЦ могут быть приняты равными

25 - 30 м. Напор во всех точках подающего трубопровода, исходя из условия его механической прочности, не должен превышать 160 м. Следует также учитывать, что напор в подающих трубопроводах водяных тепловых сетей при работе сетевых насосов должен обеспечить «невскипание» воды при ее максимальной температуре.

Пьезометрический график при изменении напора подпиточного насоса может быть перемещен параллельно себе вверх или вниз, если возникает опасность «оголения» или «раздавливания» местных систем теплопотребления.

При этом необходимо учитывать, чтобы напор на всасывающем патрубке сетевого насоса не превысил предельного значения для принятой марки насоса как по минимуму так и по максимуму (см. приложение 19 учебного пособия). Под пьезометрическим графиком располагают спрямленную однолинейную схему теплотрассы с ответвлениями, указывают номера и длины участков, диаметры трубопроводов, расходы теплоносителя, располагаемые напоры в узловых точках. На пьезометрическом графике главной магистрали строится график расчетного ответвления.

Пьезометрические графики должны быть построены и для неотопительного периода. В закрытых системах для этого необходимо определить потери

напора в подающем и обратном трубопроводах главной магистрали при про-

пуске максимального расхода сетевой воды на горячее водоснабжение в неото-

пительный период . В открытых системах потери напора в подающей

магистрали определяют при пропуске расхода равного

, в обратной магистрали при пропуске расхода равного 10%

(см. также подбор сетевых и подпиточных насосов…). Потери напора в коммуникациях источника, а также располагаемый напор перед расчетным кварталом принимают такими же, как и для отопительного периода.

При построении пьезометрического графика для квартальных сетей сле-

дует учитывать, что квартальные сети являются продолжением магистральных

сетей, и линии напоров пьезометрического графика квартальных сетей и при статическом и при динамическом режимах будут продолжением соответствующих линий пьезометрического графика магистральных тепловых сетей.

Располагаемый напор в начале квартальных сетей должен быть использован

на потери напора в подающей и обратной магистралях квартальных сетей и на

потери напора в местных системах теплопотребления зданий кварталов. При

построении пьезометрического графика для квартальных сетей, располагаемый

напор на вводе в здание, (при элеваторном присоединении системы отопления), следует принимать равным расчетным потерям напора на вводе и в местной системе с коэффициентом 1,5 , но не менее 15 метров, а при наличии кроме элеваторной системы отопления и закрытой системы горячего водоснабжения, - 25 метров. Избыточный напор рекомендуется гасить в авторегуляторах тепловых пунктов зданий.