 |
Независимая схема присоединения систем отопления
|
|
|
|
Применяется в следующих случаях:
для подключения высоких зданий (более 12 этажей), когда давления в тепловой сети недостаточно для заполнения отопительных приборов на верхних этажах;
для зданий, требующих повышенной надежности работы систем отопления (музеи, архивы, библиотеки, больницы);
здания, имеющие помещения, куда нежелателен доступ постороннего обслуживающего персонала;
если давление в обратном трубопроводе тепловой сети выше допустимого давления для систем отопления (больше 60 м. вод. ст. или 0, 6 МПа).
8. 2. СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ
Высотные здания обычно зонируются - делятся на части - зоны определенной высоты, между которыми помещаются технические этажи. В системах водяного отопления высота зоны определяется допустимым давлением воды (рабочим давлением) в наиболее низко расположенных приборах и возможностью размещения оборудования и коммуникаций на технических этажах.
В зависимости от рабочего давления, допустимого для отдельных видов отопительных приборов, а также для арматуры, высота зоны не должна превышать (с некоторым запасом) 55м при использовании чугунных и стальных приборов (при радиаторах типа МС-80м) и 90м для приборов со стальными греющими трубами.
В пределах одной зоны система водяного отопления при водяном теплоснабжении устраивается по независимой схеме, т. е. гидравлически не связанной с наружной тепловой сетью и системами отопления других зон. Такая система имеет собственные теплообменник, насосы, расширительный бак.
Число зон по высоте здания определяется, как и высота отдельной зоны, допустимым гидростатическим давлением, но не для отопительных приборов, а для оборудования в тепловом пункте, находящемся при водяном теплоснабжении обычно в подвальном этаже.
|
|
|
Рис. 8. 2. Принципиальная схема водяного отопления высотного здания
I в II—зоны здания с до-водяным отоплением; III—зона здания с пароводяным отоплением; 1— расширительные баки: 2 — циркуляционные насосы; Д— пароводяной теплообменник; 4 — водо-водяные теплообменники
| Водо-водяной теплообменник – теплообменник, греющим теплоносителем является высокотемпературная вода тепловой сети, а нагреваемым – низкотемпературная вода системы отопления. |
Водо-водяные теплообменники и насосы, изготовленные по специальному заказу, рассчитаны на рабочее давление 1. 6 МПа. Это значит, что высота здания при водо-водяном отоплении имеет предел, равный 150-160м. В таком здании могут быть устроены две (высотой по 75-80м) или три (высотой 60-50м) зональные системы отопления, причем гидростатическое давление в оборудовании системы отопления верхней зоны, находящемся в подвальном этаже, достигает расчетного предела.
В зданиях высотой 160-250м прибегают к комбинированному отоплению (рис. 8. 2): до высоты 160м здание оборудуют системами водо-водяного отопления, в зоне выше 160 м предусматривают паро-водяное отопление
| Пароводяное отопление –система отопления, в которой низкотемпературная вода системы отопления нагревается в теплообменнике водяным паром, поступающим из тепловой сети. | |||
| НАПОМИНАЕМ | Применение пара как греющего теплоносителя для систем отопления зон высотой более 160 м возможно. Так как плотность пара примерно в 800 раз меньше плотности воды. В этом случае гидростатическое давление будет маленьким. | ||
Теплоноситель - пар, отличающийся незначительным гидростатическим давлением, подают на технический этаж под верхней зоной, где оборудуют еще один тепловой пункт. В нем устанавливают пароводяной теплообменник и циркуляционный насос.
|
|
|
 |
Рис. 8. 3 Принципиальная схема качественного регулирования северо-восточной и юго-западной частей системы водяного отопления
1—теплообменник; 2 и 3— регуляторы температуры; 4 — смесительный насос, 5—циркуляционный насос
В зданиях высотой более 250м предусматривают новые зоны пароводяного отопления. Можно также применять электроводяное отопление с электрическими котлами. Для подачи деаэрированной воды в верхние зоны устанавливают высоконапорные подпиточные насосы.
| Деаэрированная вода– вода прошедшая специальную обработку для удаления из неё воздуха. Содержащийся в воде кислород вызывает коррозию трубопроводов, нагревательных приборов, арматуры, Водопроводная вода содержит около 30г/м³ воздуха, а в воде для систем теплоснабжения её должно быть не более 1г/м³. Для этого в котельной из водопроводной воды в специальных установках (Деаэраторах) удаляется воздух. |
| Подпиточный насос– насос, обеспечивающий постоянный объём воды в системе отопления. Количество воды в системе отопления уменьшается вследствие утечек, возникающих при эксплуатации |
Для системы отопления высотных зданий характерны деления их в пределах каждой зоны по сторонам горизонта (по Фасадам) и автоматизация регулирования температуры теплоносителя (например, по схеме 9. З). Температура теплоносителя для зональной системы отопления устанавливается по заданноой программе в зависимости от изменения температуры наружного воздуха (регулирование по " возмущению" ). При этом части системы, обогревающие помещения, обращенные на юг и запад, предусматривают дополнительное регулирование теплоносителя (для экономии тепловой энергии) на случай, когда при инсоляции повышается температура помещений (регулирование по " отклонению" ).
| Инсоляция – солнечная энергия, поступающая в помещение через световые проёмы. |
В каждой зональной системе отопления имеется свой расширительный бак (рис. 8. 2), оборудованный системой электрической сигнализации управления подпиткой системы. Для опорожнения отдельных стояков или частей системы на нижних этажах прокладывают дренажные линии.
|
|
|
Лекция 9.
Расширительныe баки системы водяного отопления
Внутреннее пространство всех элементов системы отопления (труб, отопительных приборов, арматуры, оборудования и т. д. ) заполнено водой. Получающийся при заполнении объем воды в процессе эксплуатации системы претерпевает изменения: при повышении температуры воды он увеличивается, при понижении — уменьшается. Соответственно изменяется внутреннее гидростатическое давление.
| РАЗЪЯСНЯЕМ | Внутреннее гидростатическое давление повышается вследствие объёмного расширения воды при нагревании и увеличении её верхнего уровня |
Однако эти изменения не должны отражаться на работоспособности системы отопления и, прежде всего, не должны приводить к превышению предела прочности любых ее элементов. Поэтому в систему водяного отопления вводится дополнительный элемент — расширительный бак.
Расширительный бак может быть открытым, сообщающимся с атмосферой, и закрытым, находящимся под переменным, но строго ограниченным избыточным давлением.
В крупных системах водяного отопления группы зданий расширительные баки не устанавливают, а гидростатическое давление регулируется при помощи постоянно действующих подпиточных насосов. Эти насосы также возмещают обычно имеющие место потери воды через неплотные соединения труб, в арматуре, приборах и других местах систем.
Поэтому расширительные баки применяют в системах водяного отопления одного или нескольких зданий при их тепловой мощности, ограниченной 6 МВт, когда потери воды еще не вызывают необходимости постоянного действия подпиточных насосов на тепловой станции.
Основное назначение расширительного бака — прием прироста объема воды в системе, образующегося при ее нагревании. При этом в системе поддерживается определенное гидростатическое давление за счёт удаления излишков воды через переливную трубу. Кроме того, бак предназначен для восполнения убыли объема воды в системе при небольшой утечке и при понижении ее температуры, для сигнализации об уровне воды в системе и управления действием подпиточных насосов. Через открытый бак удаляется вода в водосток при переполнении системы. В отдельных случаях открытый бак может служить воздухоотделителем и воздухоотводчиком.
|
|
|
Pиc. 9. 1 Открытый, расширительный бак с патрубками для присоединения труб
1 — расширительной; 2 — переливной; 3 - контрольной: 4 — циркуляционной; 5 патрубок с пробкой
Рис. 9. 2 Присоединение открытого расширительного бака к обратной магистрали в системе отопления с ручным контролем (а) и с автоматизированными сигнализацией и регулированием уровня воды в баке (б)
1 — расширительная бак; 2, 3, 4, 5 — расширительная, циркуляционная, контрольная, переливная трубы; 6 и 7 — реле верхнего и нижнего уровней воды в баке, соединенные трубой 4' с баком
Открытые расширительные баки имеют ряд недостатков: они громоздки, в связи с чем затрудняется их размещение в зданиях и увеличиваются бесполезные теплопотери в системах отопления. При открытых баках возможно при излишнем охлаждении воды в них поглощение воздуха из атмосферы, что вызывает внутреннюю коррозию стальных труб и приборов. Требуется также прокладка в зданиях специальных соединительных труб.
Открытый расширительныйбак (рис. 9. 1) размещают над верхней точкой системы (на расстоянии не менее 1м) в чердачном помещении или в лестничной клетке и покрывают тепловой изоляцией. Иногда устанавливают неизолированный бак в специальном утепленном боксе (будке). Однако при этом повышается стоимость монтажа, увеличиваются теплопотери (вследствие развития поверхности охлаждения) и, как следствие, абсорбция воздуха водой.
Баки изготовляют цилиндрическими из листовой стали; сверху их снабжают люком для осмотра и окраски. В корпусе бака имеется несколько патрубков: патрубок 1 предназначен для присоединения расширительной трубы, по которой вода поступает в бак; патрубок 4 у дна — для циркуляционной трубы, через которую отводится охладившаяся вода, обеспечивая циркуляцию в баке; патрубок 3 для контрольной (сигнальной) трубы Dy20 и патрубок 2 для соединения бака с переливной трубой, сообщающейся с атмосферой.
Соединительные трубы открытого расширительного бака показаны на pиc. 9. 2. В насосной системе отопления расширительную и циркуляционную трубы присоединяют к общей обратной магистрали, как правило, близ всасывающего патрубка циркуляционного насоса на расстоянии l (рис. 9. 2. а) не менее 2м для надежной циркуляции воды через бак.
Свободный конец сигнальной трубы выводят к раковине в тепловом пункте и снабжают запорным вентилем. Вытекание воды при открывании вентиля должно свидетельствовать о наличии воды в баке, а следовательно, и в системе (уровень воды не должен быть ниже показанного на рис. 9. 1 штрих-пунктирной линией). В малоэтажных зданиях короткая контрольная труба надежно обеспечивает сигнализацию о наличии или отсутствии воды в расширительном баке. В многоэтажных зданиях вместо длинной контрольной трубы, искажающей информацию о действительном уровне воды в системе, устанавливают на расширительном баке два реле уровня, соединенных последовательно трубой 4' (рис. 9. 2 б) с баком. Реле нижнего уровня предназначено для сигнализации (светом или звуком) об опасном падении уровня воды в баке, а также для включения подпиточной установки (клапана или насоса). Реле верхнего уровня служит для прекращения подпитки системы отопления.
|
|
|
Переливную трубу, как и контрольную, в малоэтажных зданиях выводят к раковине в тепловом пункте (см. рио. 9. 2 а). В крупных зданиях переливную трубу отводят к ближайшему водосточному стояку из чугунных труб.
Полезный объем расширительного бака, ограниченный высотой hп (см. рис. 9. 1), должен соответствовать приросту — увеличению объема воды, заполняющей систему отопления, при ее нагревании до средней расчетной температуры. Изменение объема воды при нагревании в небольшом температурном интервале определяется по уравнению Гей-Люссака
Vt=Vo(1+β t). (9. 1)
Отсюда увеличение объема воды в системе отопления ∆ Vc может быть выражено формулой
∆ Vc=∆ β tVc (9. 2)
где Vc —объем воды в системе при начальной температуре, м3(л); вычисляют в зависимости от объема воды в основных элементах системы, приходящегося в среднем на единицу ее тепловой мощности;
∆ t — изменение температуры воды от начальной до средней расчетной, °С; β — среднее значение коэффициента объемного расширения воды (β =0, 0006 1/°С).
Полезный объем расширительного бака Vпол, cоответствующий увеличению объема воды в системе ∆ Vc, определяют по формуле:
Vпол=kVc (9. 3)
Общий объем воды в системе отопления при начальной температуре Vс., л, определяют по формуле:
Vc=(Vпр+Vкал+Vтр+Vкот)Qc (9. 4)
где: Vпр, Vкал. Vтр. Vкот — объем воды, л/кВт, соответственно в приборах, калориферах, трубах, котлах, приходящийся на 1 кВт тепловой мощности системы отопления (дан в справочнике проектировщика в зависимости от расчетной температуры горячей воды);
qс—тепловая мощность системы водяного отопления, кВт.
Например, в насосной системе отопления с местной котельной н конвекторами «Комфорт» тепловой мощностью 232 кВт полезный объем расширительного бака при tг=95 °С, вычисленной по формулам (9. 4) и (9. 3), составит Vпол=0, 045 (0, 65+6, 9+2, 6) 232=106 л.
Полезный объем бака в значительной степени зависит от вида отопительных приборов. Наибольшим он будет при использовании чугунных радиаторов глубиной 90мм (в нашем примере его потребуется увеличить до 234л). Кроме того, на объем бака влияет вид выбранной системы отопления. Так, для однотрубной системы насосного водяного отопления с конвекторами требуется открытый расширительный бак, имеющий полезный объем примерно в 3 раза меньший, чем для двухтрубной системы с радиаторами. Это объясняется сокращением вместимости не только отопительных приборов, но и труб уменьшенной длины.
Закрытый расширительный бак с воздушной или газовой (если используется азот или другой газ, отделенный от воды мембраной) «подушкой» герметичен, способствует уменьшению коррозии труб и приборов, может обеспечить в широком диапазоне переменное давление в системе отопления.
На рис. 9. 3, а изображена установка в помещении теплового центра закрытого бака без мембраны с регулируемым избыточным давлением. Давление в баке поддерживается либо сжатым воздухом от специального компрессора (вариант 1), или инертным газом из баллона со сжатым газом (вариант 2). Действие компрессора автоматизируется.
На рис. 9. 3 б дана установка подвесного бака с упругой мембраной, разделяющей две среды — воду и инертный газ. Присоединение бака показано после котла, как это принято в зарубежной практике, когда циркуляционный насос включается в подающую магистраль системы отопления. Начальное давление газа в баке может быть и атмосферным, и избыточным (например, 50 кПа); в последнем случае мембрана до нагревания воды в системе отопления прилегает к стенкам верхней половины бака.
Но при начальном атмосферном давлении в надмембранном пространстве возможно попадание воздуха в подмембранное пространство при эксплуатации системы отопления.
Рис. 9. 3. Установка закрытого расширительного бака без мембраны(а) и с мембраной (б)
1 — воздушный компрессор (1-й вариант); 2 — баллон с инертным газом (2-й вариант); 3 — расширительный бак; 4 — редукционный клапан; 5 — датчик давления; 6 — предохранительный клапан; 7 — водомерное стекло; 8 — соединительная труба; 9 — инертный газ; 10 — мембрана; 11 — вода; 13 — воздушный кран; 13 — котел
При нагревании избыток объема воды поступает в бак, сжимая воздух или газ, находящийся в нем (вода действует подобно поршню). При этом повышается давление как в баке, так и в системе в целом. Если объем бака или воздуха (газа) в нем окажется слишком мал, давление в низших точках системы может превысить максимально допустимое. В связи с этим потребуется во избежание аварии выпустить часть воды из системы через предохранительный клапан (показан на рис. 9. 3. 6).
С другой стороны, при понижении температуры воды давление в высших точках системы может оказаться ниже минимально необходимого для предупреждения таких недопустимых явлений как вскипание воды или подсос воздуха из атмосферы. Следовательно, объем закрытого расширительного бака строго обусловлен допустимым диапазоном изменения гидравлического давления в системе. Объем бака зависит также от объема и расчетной температуры воды в системе, от давления циркуляционного насоса и места включения насоса в теплопровод по отношению к теплообменнику и точке присоединения бака.
Рис. 9. 4. Присоединение закрытого расширительного бака 2 к обратной магистрали системы водяного отопления перед циркуляционным насосом 3 и теплообменником1
Полезный объем закрытого расширительного бака определяют по формуле
(9. 5)
где ∆ Vc — увеличение объема воды в системе при нагревании; определяют по формуле (9. 5); Рa — абсолютное давление в баке до первого поступления воды (в том числе атмосферное давление); Рмин — абсолютное давление в баке при наполнении системы водой (минимально необходимое давление воды в баке при минимальном уровне — см. рис. 9. 3 а); Рмакс — абсолютное давление в баке при повышении температуры воды до расчетной и заполнении бака водой (максимально допустимое давление воды в баке при максимальном уровне — см. рис. 9. 3 а).
Минимально необходимое давление воды в закрытом расширительном баке равно гидростатическому давлению Р2 на уровне установки бака с некоторым запасом Рверх для создания избыточного давления в верхней точке системы, которое позволит избежать подсоса воздуха из атмосферы или вскипания воды (особенно, если tг> 100 °С):
Рмин=Рa+Р2+Рверх (9. 6)
Максимально допустимое давление воды в баке при обычном присоединении его к обратной магистрали системы перед всасывающим патрубком циркуляционного насоса (pиc. 9. 4) принимают в зависимости от рабочего давления Рраб, допустимого для элементов системы отопления в низшей ее точке (например, для чугунного котла), уменьшенного на сумму давления насоса ∆ Рн и гидростатического давления Р1, связанного с расстоянием h1 от уровня воды в баке до низшей точки системы:
Рмакс=Ра+Рраб-(∆ Рн-Р1) (9. 7)
Давления Р1 и Р2 пропорциональны вертикальным расстояниям h1 и h2 на рис.
Объем закрытого расширительного бака при начальном давлении в нем, равном атмосферному, получается больше объема открытого бака. Использование сжатого воздуха для повышения давления а сверх атмосферного (для «зарядки» бака) позволяет уменьшить объем закрытого бака. Объем закрытого расширительного бака уменьшается также при переносе его в верхнюю часть здания и присоединении там к магистрали системы отопления.
Современная конструкция бака представляет собой стальной цилиндрический сосуд, разделенный на две части резиновой мембраной: одна часть предназначена для воды системы отопления, вторая заполнена газом под давлением. В Чехии, например, выпускаются баки с давлением газа 50, 100 и 150 кПа для систем отопления зданий высотой до 15м, рассчитанные на максимальное рабочее давление в системах 350 кПа.
Место присоединения закрытого расширительного бака к теплопроводам выбирают с учетом сохранения его гидравлической связи с действующей частью системы при нормальном использовании клапанов, задвижек и прочей запорной арматуры в другой отключаемой части системы отопления.
Закрытые расширительные баки, помещаемые непосредственно в тепловых пунктах зданий или на тепловых станциях, в значительной степени лишены недостатков открытых баков. Однако для сокращения их объема путем искусственного увеличения внутреннего давления требуются дополнительное оборудование и затрата электрической энергии.
|
|
|
