 |
Лекция 10
|
|
|
|
Тепловой пункт системы водяного отопления
| Качественное регулирование теплоотдачи–Регулирование теплоотдачи системы отопления изменением температуры теплоносителя |
| Регулятор давления “После себя”– Регулятор, поддерживающий постоянное давление после места его установки |
| Регулятор давления “До себя”– Регулятор, поддерживающий постоянное давление до места его установки |
| Гидроэлеватор с регулируемым соплом- водоструйный элеватор с изменяющимся сечением сопла, что позволяет проводить качественное регулирование теплоотдачи в местном тепловом пункте. |
| Защита калориферов от замораживания – Система, защищающая калориферы от замерзания в ней воды поддержаний необходимых параметров теплоносителя из-за закрытия утеплённого клапана приточной камеры при остановке вентилятора. |
| Постоянный гидравлический режим – Режим работы системы отопления или её части с постоянным расходом теплоносителя |
| Переменный гидравлический режим – Режим работы системы отопления или её части с переменным расходом теплоносителя |
| Обратный клапан – Запорно-регулирующая арматура, пропускающая теплоноситель в одном направлении. Применяется для предупреждения опорожнения системы отопления и т. п. |
| Перепускной клапан – Запорно-регулирующая арматура, устанавливаемая у циркуляционного насоса в системах отопления с переменным гидравлическим режимом для защиты его при нулевом расходе теплоносителя в системе отопления |
Содержание темы.
10. 1 Тепловой пункт системы отопления
10 2 Модернизация тепловых пунктов
|
|
|
10. 3 Автоматизация существующих тепловых пунктов
10. 4 Блочные тепловые пункты
10. 1 Тепловой пункт системы водяного отопления
Классифицируют тепловые пункты следующим образом:
- индивидуальные тепловые пункты (ИТП) предназначены для обслуживания одного здания или его части. Размещаются в подвальных, цокольных, техэтажах и пристройках.
- центральные тепловые пункты, отвечают за обслуживание групп зданий. Обустраиваются, как правило, в отдельных строениях.
- блочные или модульные тепловые пункты (БТП или МТП) - тепловые пункты заводского изготовления.
Тепловые пункты предназначены для следующих целей:
- индивидуальные тепловые пункты (ИТП) - создаются с целью присоединения систем потребления теплоты к одному зданию;
- центральные тепловые пункты (ЦТП) - присоединение сетей потребления теплоты для двух и более одного здания или зданий, которые требуют устройство более чем одного ИТП;
- блочные тепловые пункты (БТП) - применяются в качестве ИТП или ЦТП в виде автоматизированного теплового пункта заводской готовности.
Тепловые пункты предусматривают установку оборудования, различного вида арматуры, приборов учета, контроля, управления и автоматизации. Тепловой пункт (индивидуальный тепловой пункт) служат для приема теплоносителя, преобразования, распределения по всем потребителям, осуществляют функции учета теплопотребления. В автоматическом режиме осуществляют обеспечение: необходимых параметров теплоносителя в системе отопления и вентиляции для поддержки заданных температурных условий в обслуживаемых помещениях; температуры в системе ГВС; согласования и стабилизации гидравлических режимов в сетях и в системах теплопотребления. Вышеперечисленные функции входят в список, выполняемый индивидуальными тепловыми пунктами.
При местном теплоснабжении тепловым пунктом системы отопления является, как уже установлено, местная водогрейная котельная, подробно рассматриваемая в дисциплине «Теплогенерирующие установки».
|
|
|
Для общности изложения приведем лишь принципиальную схему теплопроводовкотельной (рис. 10. 1), изобразив ее для случая, когда местным теплоснабжением, кроме системы отопления (О), обеспечиваются также системы вентиляции (В) и горячего водоснабжения (ГВ) здания. В котле 2 вода, поступающая затем в отопительные приборы и калориферы системы вентиляции, может нагреваться до различной температуры в зависимости от необходимых теплозатрат в здании по так называемому графику качественного регулирования.
 |
Рис. 10. 1 Принципиальная схема теплопроводов местной водогрейной котельной
1 — распределительный коллектор; 2 — котел теплоснабжения систем отопления и вентиляции; 3 — котел теплоснабжения системы горячего водоснабжения; 4 — задвижка (нормально закрыта); 5 — расширительный бак; 6 — регулирующий клапан; 7 — теплообменник системы горячего водоснабжения; 8 — сборный коллектор; 9 — грязевик; 10 — циркуляционный насос
Обычно в котельной устанавливают для нужд отопления и вентиляции два котла, рассчитанных каждый на 60% общей тепловой мощности (70% при отсутствии котла 3). В котле 3 вода (первичная) нагревается до постоянной температуры (обычно 70 °С), достаточной для последующего нагревания в теплообменнике 7 водопроводной (вторичной) воды. Котел 3 предназначается также для резервирования одного (на случай его аварии) из котлов 2 (соединительная задвижка 4 нормально закрыта).
 |
Рис. 10. 2 Принципиальная схема местного теплового пункта при независимом присоединении системы водяного отопления к наружным теплопроводам
1 — задвижка; 2 — грязевик; 3 — манометры; 4 — регулятор давления; 5 — ответвления к системам вентиляции и горячего водоснабжения; 6 — теплообменник; 7 — обратный клапан; 8 — циркуляционный насос; 9 — расширительный бак; 10 — подпиточный насос; 11 — клапан с электроприводом; 12 — регулирующий клапан; 13 — термометр; 14 — тепломер
Охлажденная вода из систем Отопления, Вентиляции и Горячего водоснабжения возвращается в сборный коллектор. Общий циркуляционный насос обеспечивает перемещение воды в циркуляционных кольцах всех систем (например, в циркуляционном кольце теплоснабжения системы горячего водоснабжения, полностью показанном на рис. 10. 1). Расширительный бак является общим для всех теплоснабжаемых систем.
|
|
|
При централизованном теплоснабжении тепловой пункт может быть местным — индивидуальным (ИТП) для системы отопления данного здания игрупповым — центральным (ЦТП) для систем отопления группы зданий (рассматривается в дисциплине «Теплоснабжение»). Система отопления может присоединяться к наружным теплопроводам, как уже известно, по независимой и зависимой схемам.
Принципиальная схема местного теплового пунктапри независимом присоединении системы насосного водяного отопления к наружным теплопроводам с необходимой запорной, контрольно-измерительной и регулирующей арматурой показана на рис. 10. 2.
Слева на рисунке изображены наружные теплопроводы, по которым перемещается высокотемпературная вода (температура t1) в теплообменник и охлажденная вода (температура t2) из теплообменника. Число теплообменников обусловлено делением системы отопления здания на отдельные независимые части. При единой системе устанавливают один—два теплообменника. Расход высокотемпературной воды предусмотрено изменять автоматически при помощи регулирующего клапана 12 в соответствии о задаваемой программой изменения температуры воды tг, направляемой в систему отопления. Показан также регулятор давления 4 (РД «после себя», для понижения давления в подающем теплопроводе до необходимого значения.
Справа на рис. 10. 2 даны: сверху — теплопроводы системы отопления от сборного до распределительного коллекторов с циркуляционным насосом 8 и присоединенным расширительным баком; снизу — линия для заполнения (и пополнения при утечке) системы деаэрированной водой, забираемой из наружных теплопроводов. Подпиточный насос 10 на этой линии устанавливают, как известно, только тогда, когда гидростатическое давление в системе отопления превышает давление в наружных теплопроводах. Действует этот насос периодически с автоматическим управлением в зависимости от изменения уровня воды в расширительном баке.
|
|
|
| Подпитка системы отопления должна производиться специально подготовленной водой |
Для нагревания воды до температуры tг. служиттеплообменник. В настоящее время применяют теплообменники так называемого скоростного типа, состоящие из стандартных секций длиной 2 и 4м. Каждая секция представляет собой стальную трубу диаметром от 50 до 300мм, внутрь которой помещены несколько латунных трубок диаметром 16х1 мм. Греющая вода из наружного теплопровода пропускается по латунным трубкам, нагреваемая из системы отопления — противотоком в межтрубном пространстве.
Принципиальная схема местного теплового пункта при зависимом присоединении системы водяного отопления к наружным теплопроводам со смешением воды при помощи водоструйного элеватора дана на рис. 10. 3. Показаны смесительный аппарат, основные контрольно-измерительные и другие приборы и арматура, применяемые в тепловых пунктах, относящихся не только к системе отопления, но и к системам приточной вентиляции и горячего водоснабжения. На подающем теплопроводе высокотемпературной воды (температура t1) помещен регулятор расхода (РР), предназначенный для стабилизации расхода воды в системе отопления при неравномерном отборе ее через ответвления 4. Если применяется автоматизированный водоструйный элеватор, то вместо РР предусматривается регулирующий клапан для получения заданной температуры воды< поступающей в систему отопления. Следовательно, в этом случае при смешивании воды обеспечивается местное качественное регулирование работы системы отопления.
На рисунке показан также регулятор давления (РД), поддерживающий давление «до себя», необходимое для заполнения системы отопления водой, и препятствующий вытеканию воды из системы (как и обратный клапан 6 на подающем теплопроводе) при аварийном опорожнении наружных теплопроводов.
Манометры, размещаемые попарно на одном и том же уровне от пола, позволяют судить не только о гидростатическом давлении в каждом теплопроводе, но и о разности давления, определяющей интенсивность движения теплоносителя. Тепломер на обратном теплопроводе предназначен для учета общих теплозатрат в здании.
Для смешивания высокотемпературной и охлажденной (температура tо) воды вместо водоструйных элеваторов применяют также центробежные насосы
Рис. 10. 3. Принципиальная схема местного теплового пункта при зависимом присоединении системы водяного отопления в наружным теплопроводам со смешением воды с помощью водоструйного элеватора
|
|
|
 |
1 — задвижка; 2 — грязевик; 3 — термометр; 4 — ответвления к системам вентиляции и горячего водоснабжения; 5 — регулятор расхода; 6 — обратный клапан; 7 — водоструйный элеватор; 8 — манометры; 9 — тепломер; 10 — регулятор давления
 |
Рис10. 4 Принципиальная схема местного теплового пункта при зависимом прямоточном присоединении системы водяного отопления к наружным теплопроводам
1 — задвижка; 2 — грязевик; 3 — термометр; 4 — манометры; 5 — регулирующий клапан; 6 — обратный клапан; 7 — тепломер; 8 — регулятор давления
Принципиальная схема местного теплового пункта при зависимом прямоточном присоединении системы водяного отопления к наружным теплопроводам изображена на рис. 10. 4. Схема отличается от предшествующей (см. рис. 10. 3) отсутствием смесительного аппарата (водоструйного элеватора). Горячая вода по подающему теплопроводу непосредственно поступает в систему отопления. Клапан 5 на. этом теплопроводе предназначен для регулирования расхода греющей воды в системе. Температура и разность давления воды на вводе теплопроводов в здание контролируются по показаниям термометров и манометров. Применяются, как и в схеме на рис. 10. 3, регулятор давления «до себя» на обратном теплопроводе и обратный клапан на подающем, а также тепломер для учета теплозатрат в системе отопления.
10. 2 МОДЕРНИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ
Тепловой пункт может использоваться для модернизации старых зданий при условии замены не только тепловых пунктов, но и теплообменников и другого сопутствующего оборудования. При строительстве нового здания выгоднее спроектировать тепловой пункт и внедрить именно установку индивидуального теплового пункта, так как в дальнейшем это позволит существенно снизить общую стоимость проекта за счет сокращения капитальных затрат и расходов на прокладку теплосетей.
Модернизацию тепловых пунктов осуществляют для усовершенствования теплоснабжения здания в соответствии с современными требованиями. Основные задачи модернизации – организация учета теплопотребления абонентом и сокращение потребления тепловой энергии при улучшении уровня теплового комфорта в обслуживаемых помещениях. Для этого, как минимум, на абонентском вводе устанавливают прибор учета и автоматический регулятор теплового потока, корректирующий отпуск теплоты по погодным условиям. Такое применение оборудования называют местным либо абонентским автоматическим регулированием. При этом не осуществляют изменений конструктивного характера в системе отопления, но предусматривают эту возможность в будущем. Особенно это касается решений о применении гидроэлеватора с регулируемым соплом (14. 9). На первый взгляд, он решает поставленные задачи, но при последующей модернизации системы отопления путем установки терморегуляторов на отопительных приборах в соответствии с программой Кабмина Украины, от него необходимо будет отказаться.
| РАЗЪЯСНЯЕМ | Гидроэлеваторы применяются в системах отопления с постоянным гидравлическим режимом. Если в системе отопления в качестве запорно-регулирующей арматуры применяется терморегулятор, то в системе отопления имеет место переменный режим работы |
Модернизация абонентских вводов позволяет:
• оптимизировать распределение тепловой нагрузки в теплосети;
• адекватно управлять гидравлическим и тепловым режимами внутренней системы теплопотребления здания;
• снизить расход теплоносителя в теплосети;
• экономить энергоресурсы;
• уменьшить негативное воздействие на окружающую среду.
При модернизации теплового пункта рассматривают множество задач
Наиболее часто решаемые задачи:
- автоматизация процесса управления, контроль, учет расходов тепла и теплоносителя:
• регулирование температуры теплоносителя, подаваемого в систему отопления, в зависимости от температуры наружного воздуха;
• регулирование температуры теплоносителя, возвращаемого в теплосеть, в соответствии с температурой наружного воздуха по заданному температурному графику;
• ускоренный прогрев (" натоп" ) здания после энергосберегающего режима (пониженного теплопотребления);
• коррекция режима теплопотребления по температуре воздуха в помещении;
• ограничение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе системы отопления;
• регулирование тепловой нагрузки в системе горячего водоснабжения;
• регулирование тепловой нагрузки приточных вентиляционных
установок с обеспечением функции защиты от замораживания;
• регулирование величины снижения теплопотребления в заданные периоды по температуре наружного воздуха;
• регулирование режима теплопотребления с учетом аккумулирующей особенности здания и его ориентации по сторонам света.
Указанные процессы в тепловом пункте изменяют режим теплопотребления абонента: с качественного режима на качественно-количественное. С гидравлической точки зрения – это переход от постоянного гидравлического режима к переменному. С технической точки зрения – это замена оборудования, неспособного работать в новых гидравлических условиях, на оборудование, решающее поставленные задачи. К заменяемому оборудованию относится, прежде всего, гидроэлеватор.
Замена гидроэлеватора на насос позволяет реализовать множество энергосберегающих функций автоматического регулирования теплопотребления здания как в момент модернизации теплового пункта, так и при последующей модернизации системы отопления и горячего водоснабжения.
10. 3. АВТОМАТИЗАЦИЯ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ
До осуществления замены оборудования теплового пункта необходимо провести его детальное техническое и теплогидравлическое обследование, в процессе которого выясняют фактическое состояние абонентского ввода. При этом определяют:
• проектные и фактические расходы теплоносителя;
• проектные и фактические часовые, а также месячные тепловые нагрузки;
• проектные и фактические параметры теплоносителя на вводе – средние значения и их отклонения как в рабочем, так и в аварийном режиме работы теплосети;
• содержание газов, твердых частиц и химических примесей в теплоносителе;
• наличие отложений на внутренних поверхностях труб и арматуры;
• наличие в трубах блуждающих токов, разности потенциалов и вибраций;
• источники помех для электронных устройств;
• стабильность электропитания.
Получают указанные данные как расчетным методом, так и методом прямых замеров. Так, расходы теплоносителя при расчетном методе определяют по проектным нагрузкам и температурному графику; при прямом – ультразвуковым расходомером с накладными датчиками. Для закрытых систем в последнем случае следует определять расходы в подающем и в обратном трубопроводах для выявления несанкционированного разбора сетевой воды либо утечек.
Тепловые нагрузки определяют по температурному режиму источника теплоснабжения и температурному режиму системы отопления. По пьезометрическому графику давления теплоносителя теплосети в статическом и динамическом режимах определяют проектные параметры теплоносителя на вводе в здание и сопоставляют их с реальными показателями по манометрам. Информация о содержании в теплоносителе воздуха и газов, механических и взвешенных частиц позволяет правильно подобрать тепломер. Такой анализ осуществляют по отложениям в трубах и грязевиках. Следует обратить внимание на наличие магнетитов в теплоносителе, увеличивающих погрешность электромагнитных расходомеров. Наличие в теплоносителе механических частиц недопустимо при использовании ротационных тепломеров, насосов и автоматических клапанов.
Блуждающие токи и электрохимическая коррозия могут быть причиной неудовлетворительной работы для датчиков расхода и температуры теплоносителя, а также тепловычислителя. Вибрация существенно влияет на работу вихревых расходомеров. Нестабильность электропитания предопределяет выбор тепловычислителя с аккумуляторами. Влияет также на расположение штока автоматических клапанов при отсутствии электроэнергии – закрыто, промежуточное – полностью открыто. Заставляет устанавливать местный резервный источник электроснабжения, либо оставлять гидроэлеватор, как резервный вариант узлу смешивания с насосом. На основании полученной информации выбирают схему абонентского ввода, подбирают соответствующее оборудование, обеспечивают его работоспособность. Затем определяют этапы выполнения работ. Автоматизацию тепловых пунктов осуществляют:
• поэтапно;
• в один этап.
Поэтапную модернизацию применяют при отсутствии единоразовых средств на полную автоматизацию. Зачастую реализуют этот путь при дальнейшей замене зависимого присоединения абонента к теплосети на независимое. На первом этапе устанавливают тепломер и насос, либо только тепломер. На втором – пластинчатый теплообменник и автоматические клапаны. С учетом отечественного норматива, автоматический регулятор теплового потока следует устанавливать на первом этапе.
При установке насосов, гидроэлеватор может быть демонтирован либо оставлен. В первом варианте гидроэлеватор заменяют патрубком и устанавливают заглушку на подмешивающем трубопроводе либо срезают его, а в подающий либо обратный трубопровод врезают узел обвязки насосов с перемычкой. Кроме того, после насосов устанавливают ручной регулирующий клапан для наладки системы отопления температурным методом, а перед насосами устанавливают сетчатый фильтр. Во втором случае узел обвязки насоса с регулирующим клапаном и фильтром размещают параллельно гидроэлеватору (рис. 10. 5).
Рис. 10. 5. Параллельное размещение насосного узла к гидроэлеватору
Фильтр следует размещать после перемычки, что обеспечивает фильтрование как сетевой, так и подмешиваемой воды. На перемычке следует установить обратный клапан для предотвращения перетока сетевой воды в обратный трубопровод. Врезку подающего трубопровода после насосов осуществляют за задвижкой, отключающей систему отопления, которая при работе насосов
должна быть закрыта. Кроме того, между фланцами соединения гидроэлеватора к подмешивающему трубопроводу устанавливают заглушку. Наилучшим вариантом модернизации теплового пункта является его автоматизация в один этап. Таким путем пошли в Киеве при замене тепловых пунктов общественных зданий. Реализуемый подход представлен на рис. 10. 6. Инженерные системы здания при автоматизации теплового пункта остаются без изменения. Однако возможна дальнейшая их модернизация путем установки автоматических терморегуляторов на узлы обвязки отопительных приборов системы отопления и установки терморегуляторов на циркуляционные трубопроводы системы горячего водоснабжения.
Рис. 10. 6 Схема замены узлов при модернизации теплового пункта
Такая модернизация становится возможной, поскольку побудителями движения воды в этих системах являются насосы. Кроме того, в новых узлах установлены сетчатые фильтры, снижающие загрязненность теплоносителя.
В старом тепловом пункте демонтируют практически все оборудование (рис. 10. 7): контрольно-измерительные приборы, узел учета, скоростные водоподогреватели, элеваторный узел. Оставляют лишь задвижки и грязевики. Причем по требованию грязевик на обратном трубопроводе устанавливают перед регулирующими устройствами, а также приборами учета расходов воды и тепловых потоков. Новые узлы присоединения систем отопления (рис. 10. 7, б) и горячего водоснабжения проектируют в соответствии с местными условиями.
При модернизации тепловых пунктов по программе Европейского банка реконструкции и развития в Киеве применяют зависимую схему присоединения системы отопления без перепускного клапана и двухступенчатую смешанную схему присоединения системы горячего водоснабжения с пластинчатыми теплообменниками. Кроме того, в тепловом пункте автоматизируют отвод воды из приямка.
Новые узлы присоединения систем зачастую имеют заводское изготовление и поставляются на объекты собранными в виде блочного теплового пункта. Блок поставляют с приваренными патрубками к ответным фланцам, что облегчает монтажные работы.
При модернизации тепловых пунктов в подавляющем большинстве случаев целесообразно применять блочные тепловые пункты. Они собраны и испытаны в заводских условиях, отличаются надежностью. Монтаж оборудования упрощается и удешевляется, что, в конечном счете, снижает стоимость.
Модернизацию теплового пункта осуществляют на основании детального технического и теплогидравлического обследования абонентского ввода.
модернизации.
Рис. 10. 7 Общий вид абонентского ввода: а - до модернизации; б – после модернизации
10. 4 БЛОЧНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ
Блочные тепловые пункты (БТП) применяют для присоединения к тепловой сети систем отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования как новых, так и существующих зданий, при модернизации их абонентских вводов. БТП представляет собой готовую к подключению и эксплуатации компактную установку (рис. 10. 8).
Компоновку БТП выполняют индивидуально, с учетом размеров помещения теплового пункта. Изготовляют БТП под любые тепловые нагрузки на основании базовых схем, которыми предусмотрены варианты присоединения инженерных систем здания к тепловой сети. Подбор оборудования осуществляют по программе расчета тепловых пунктов Данфосс. В общем случае БТП состоит из комбинации следующих составляющих:
• узла учета и регулирования тепловой энергии для учета фактического расхода теплоносителя и теплоты, а также регулировки (снижения) расхода теплоносителя в соответствии с заданным графиком температуры;
• узла отопления для обеспечения требуемого расхода тепловой энергии с учетом погодных условий, времени суток, дней недели и пр.;
• узла горячего водоснабжения для поддержания нормативной температуры воды (55... 60 °С) в системе горячего водоснабжения и осуществления термической дезинфекции системы;
• узла вентиляции для регулирования расхода тепловой энергии в соответствии с погодными условиями и временем суток.
БТП представляет собой автоматизированную установку с необходимым оборудованием в соответствии с требованиями, предъявляемыми к тепловым пунктам. В комплект поставки БТП входят: теплообменники, циркуляционные насосы, запорно-регулирующая арматура, фильтры, трубопроводы, приборы автоматики, щит управления, кабели, документация... Большинство указанного оборудования подбирают по компьютерным программам, компактно увязывая между собой для обеспечения удобства эксплуатации. Задача проектировщика, применяющего БТП, сводится к сбору исходных данных и указанию их в опросном листе.
Рис. 10. 8 Блочный тепловой пункт
Применение БТП по сравнению с традиционным абонентским вводом позволяет:
• снизить затраты на создание теплового пункта;
• уменьшить занимаемую площадь помещения;
• сократить срок монтажа и пуско-наладочных работ;
• сэкономить тепловую энергию и денежные средства;
• повысить надежность теплоснабжения здания;
• упростить дальнейшую модернизацию (автоматизацию) инженерных систем зданий.
Блочный тепловой пункт представляет собой готовое техническое решение для абонентского ввода. Теплогидравлическое взаимодействие и геометрическое расположение всех элементов в нем осуществляет производитель.
|
|
|
