Классификация и перспективы развития систем теплоснабжения

Интенсификация использования энер­гетических ресурсов в нашей стране сопровождается ростом теплопотребления промышленных предприятий различ­ных отраслей народного хозяйства, со­ставляющего в настоящее время в общем балансе страны около 56%. Теплоснабжение в ряде случаев имеет суммарные затраты, превышающие 50% общих производственных затрат. Они часто определяются стоимостью не столько используемых энергоресурсов, сколько соответствующих систем тепло­снабжения.

Системы теплоснабжения создают с учетом вида и параметров теплоноси­теля, максимального часового расхода теплоты, изменения потребления тепло­ты во времени (в течение суток, года), а также с учетом способа использо­вания теплоносителя потребителями.

В системах теплоснабжения исполь­зуются следующие источники теплоты: ТЭЦ, КЭС, районные котельные (центра­лизованные системы); групповые (для группы предприятий, жилых кварталов) и индивидуальные котельные; АЭС, АТЭЦ, СЭУ, а также геотермальные источники пара и воды; вторичные энергоресурсы (особенно на металлурги­ческих, стекольных, цементных и других предприятиях, где преобладают высокотемпературные процессы).

Теплофикация является особенностью отечественного теплоснабжения. Тепло­снабжение от всех ТЭЦ в нашей стране обеспечивает около 40 % тепловой энергии, потребляемой в промышлен­ности и коммунальном хозяйстве. На новых отечественных ТЭЦ устанавлива­ются теплофикационные турбоагрегаты единичной мощностью до 250 МВт, создаются предпосылки для развития тепловых сетей, в которых будет при­меняться в качестве теплоносителя пере­гретая вода с температурой 440 - 470 К. АТЭЦ также способствуют дальней­шему развитию централизованного теп­лоснабжения (особенно в европейской части страны) с одновременным реше­нием экологических проблем. Сооруже­ние АТЭЦ экономически целесообразно при тепловой нагрузке, превышающей 6 тыс. ГДж/ч. При этих условиях могут использоваться серийные реакторы. Для меньших мощностей целесообразно при­менение атомных отопительных котель­ных.

В зависимости от рода теплоносителя системы теплоснабжения делят на водя­ные (преимущественно для теплоснаб­жения сезонных потребителей теплоты и горячей воды) и паровые (в основном для технологического теплоснабжения, когда необходим высокотемпературный теплоноситель).

Определение вида, пара­метров и необходимого количества теплоносителя, подаваемого к потреби­телям теплоты, является, как правило, многовариантной задачей, решаемой в рамках оптимизации структуры и пара­метров общей схемы предприятия с учетом обобщенных технико-экономи­ческих показателей (обычно приведенных затрат), а также санитарных и противо­пожарных норм.

Практика теплоснабжения показала ряд преимуществ воды , как теплоно­сителя, по сравнению с паром: темпе­ратура воды в системах теплоснабже­ния изменяется в широких пределах (300 - 470 К), более полно используется теплота на ТЭЦ, отсутствуют потери конденсата, меньше потери теплоты в сетях, теплоноситель обладает тепло- аккумулирующей способностью.

Вместе с тем водяные системы теплоснабжения имеют следующие недостатки : требуется значительный расход электроэнергии на перекачку воды; имеется возможность утечки воды из системы при аварии; большая плотность теплоносителя и жесткая гидравлическая связь между участками системы обусловливают воз­можность появления механических по­вреждений системы в случае превы­шения допустимого давления; температу­ра воды может оказаться ниже задан­ной по технологическим условиям.

Пар имеет постоянное давление 0,2 - 4 МПа и соответствующую (для насы­щенного пара) температуру, а также боль­шую (в несколько раз), по сравнению с водой, удельную энтальпию. При выборе в качестве теплоносителя пара или воды учитывается следующее. При транспортировании пара имеют место большие потери давления и теплоты, поэтому паровые системы целесообразны в радиусе 6-15 км, а водяные системы теплоснабжения имеют радиус действия 30-60 км. Эксплуатация протяженных паропроводов очень сложна (необходи­мость сбора и перекачки конденсата и др.). Кроме того, паровые системы имеют более высокую удельную стои­мость сооружения паропроводов, паро­вых котлов, коммуникаций и эксплуа­тационных затрат по сравнению с водя­ными системами теплоснабжения.

Область применения в качестве теп­лоносителя горячего воздуха (или его смеси с продуктами сгорания топлива) ограничена некоторыми технологически­ми установками, например, сушильны­ми, а также системами вентиляции и кондиционирования воздуха. Расстояние, на которое целесообразно транспорти­ровать горячий воздух в качестве теплоносителя, не превышает 70-80 м. Для упрощения и снижения затрат на трубопроводы в системах тепло­снабжения целесообразно применять один вид теплоносителя.

Типы систем теплоснабжения

В народном хозяйстве страны исполь­зуется значительное количество различ­ных типов систем теплоснабжения.

По способу подачи теплоносителя системы теплоснабжения подразделяют на закры­тые , в которых теплоноситель не расхо­дуется и не отбирается из сети, а используется только для транспортиро­вания теплоты, и открытые , в которых теплоноситель полностью или частично отбирается из сети потребителями. Закрытые водяные системы характе­ризуются стабильностью качества тепло­носителя, поступающего к потребите­лю (качество воды как теплоносителя соответствует в этих системах качест­ву водопроводной воды); простотой санитарного контроля установок горяче­го водоснабжения и контроля герметич­ности системы. К недостаткам таких систем относятся сложность оборудо­вания и эксплуатации вводов к потре­бителям; коррозия труб из-за поступле­ния недеаэрированной водопроводной воды, возможность выпадения накипи в трубах.

В открытых водяных системах тепло­снабжения можно применять однотрубные схемы с низкопотенциальными тепловыми ресурсами; они имеют более высокую долговечность оборудования вводов к потребителям. К недостаткам открытых водяных систем следует от­нести необходимость увеличения мощ­ности водоподготовительных установок, рассчитываемых на компенсацию расхо­дов воды, отбираемой из системы; нестабильность санитарных показателей воды, усложнение санитарного контроля и контроля герметичности системы.

В зависимости от числа трубопрово­дов (теплопроводов), передающих тепло­носитель в одном направлении, разли­чают однотрубные и многотрубные системы теплоснабжения. В частности, водяные системы теплоснабжения делят­ся на одно-, двух-, трех- и много­трубные, причем по минимальному числу труб могут быть открытая однотруб­ная система и закрытая двухтрубная.

Рис. 1. Схемы системы теплоснабжения:

а – одноступенчатая; б – двухступенчатая; 1 – тепловая сеть; 2 – сетевой насос; 3 – теплофикационный подогреватель; 4 – пиковый котел; 5 – местный тепловой пункт; 6 – центральный тепловой пункт

По числу параллельно проложенных паропроводов паровые системы бывают однотрубные и двухтрубные. В первом случае пар при одинаковом давлении к потребителям подается по общему па­ропроводу, что позволяет осуществлять теплоснабжение, если тепловая нагрузка остается постоянной в течение года и допустимы перерывы в подаче пара. При двухтрубных системах необходимо бесперебойное снабжение абонентов паром различного давления при пере­менных тепловых нагрузках.

По способу обеспечения тепловой энергией системы могут быть одно­ступенчатыми и многоступенчатыми (рис. 1).

В одноступенчатых схемах потребители теплоты присоединяются непосредственно к тепловым сетям / при помощи местных или индивидуаль­ных тепловых пунктов 5. В много­ступенчатых схемах между источниками теплоты и потребителями размещают центральные 6 тепловые (или контроль­но-распределительные) пункты. Эти пункты предназначены для учета и регу­лирования расхода теплоты, ее распреде­ления по местным системам потреби­телей и приготовления теплоносителя с требуемыми параметрами. Они обо­рудуются подогревателями, насосами, арматурой, контрольно-измерительными приборами. Кроме того, на таких пунктах иногда осуществляются очистка и перекачка конденсата.

Предпочтение отдают схемам с центральными тепло­выми пунктами /, обслуживающими группы зданий 5 (рис. 2). При многоступенчатых системах теп­лоснабжения существенно снижаются затраты на их сооружение, эксплуата­цию и обслуживание в связи с умень­шением (по сравнению с одноступен­чатыми системами) числа местных подо­гревателей, насосов, регуляторов тем­пературы и пр.

Системы теплоснабжения играют зна­чительную роль в нормальном функ­ционировании предприятий промышлен­ности. Они имеют ряд специфических особенностей.

Двухтрубные закрытые во­дяные системы горячего водоснабжения с водоподогревателем (рис. 3, а) широко распространены при теплоснабжении однородных потребителей (систем отоп­ления, вентиляции, работающих по оди­наковым режимам, и др.). К потреби­телям теплоты вода направляется по подающему трубопроводу 2, она по­догревает водопроводную воду в тепло­обменнике 5 и после охлаждения по обратному трубопроводу 1 поступает на ТЭЦ или в котельную. Подогре­тая водопроводная вода поступает к потребителям через краны 4 и в акку­мулятор 3 подогретой воды, предназ­наченный для сглаживания колебаний расхода воды. В открытых системах теплоснабжения (рис. 3, б) для горячего водоснабже­ния непосредственно используется вода, полностью отработанная (деаэрированная, умягченная) на ТЭЦ, в связи с чем системы водоподготовки и контро­ля усложняются, повышается их стои­мость. Вода в двухтрубной системе горячего водоснабжения с циркуляцион­ной линией (от ТЭЦ или котельной) подается по теплопроводу 2, а обрат­ная – по теплопроводу 1. Вода по трубе поступает в смеситель 6, а от него к аккумулятору 3 и через краны 4 к потребителям теплоты. Для исключения возможности попадания воды из подаю­щего трубопровода 2 непосредственно в обратный теплопровод 1 по трубе 8 предусмотрен обратный клапан 7.

Рис. 2. Схема системы теплоснабжения с центральным тепловым пунктом :

1 – центральный тепловой пункт; 2 – неподвижная опора; 3 – тепловая сеть; 4 – П-образный компенсатор; 5 – здание

В паровой схеме теплоснабжения с возвратом конденсата (рис. 4) пар от ТЭЦ или котельной поступает по паропроводу 2 к потребителям тепло­ты 3 и конденсируется. Конденсат через специальное устройство-конденсатоотводчик 4 (обеспечивает пропуск только конденсата) попадает в бак 5, из которого конденсатным насосом 6 возвращается к источнику теплоты по трубе 1. Если в паропроводе давление ниже требуемого технологическими по­требителями, то в ряде случаев оказы­вается эффективным применение комп­рессора 7.

Конденсат может не возвращаться к источнику теплоты, а использоваться потребителем. Схема тепловой сети в подобных случаях упрощается, однако на ТЭЦ или в котельной возникает дефицит конденсата, для устранения ко­торого необходимы дополнительные за­траты.

Рис. 3. Двухтрубная водяная система горячего водоснабжения :

а – закрытая с подогревателем воды; б – открытая

Рис. 4. Паровая схема теплоснабжения Рис. 5. Схема теплоснабжения с эжектором

Система горячего водоснабжения может иметь струйный подогреватель (рис. 5). Водопроводная вода по магистрали 2 подается к подогрева­телю 3 и далее в расширительный бак-аккумулятор 4, В этот же бак из паропровода 1 через вентиль 6 поступает пар, что обеспечивает дополнительный подогрев воды при барботаже пара. Из бака 4 вода направляется к потреби­телям теплоты 5. Тепловые схемы систем теплоснабже­ния разрабатываются с учетом требо­ваний технологии производства, при условии наиболее полного использова­ния теплоты и обеспечения охраны окружающей среды.

Открытая система отопления является самой простой и энергонезависимой системой с естественной циркуляцией. Основана такая система на законах термодинамики. На выходе из котла создаётся повышенное давление, далее горячая вода проходит по трубам в область с более низким давлением, при прохождении теряя температуру.

Далее охлаждённый теплоноситель возвращается обратно в отопительный котёл, где снова нагревается. Происходит естественная циркуляция теплоносителя. Система функционирует исключительно на воде, так как использование антифризов для отопления приводит к их быстрому испарению.

В открытой системе теплоснабжения обязательно наличие расширительного бака, так как нагретая вода расширяется. Расширительный бак служит для приёма излишков воды при расширении и возврата её в систему при остывании, а также для удаления воды при чрезмерном её объёме. Бак герметичен не полностью, поэтому вода испаряется, вследствие чего необходимо постоянно возобновлять её уровень. В открытой системе отопления не используется насос. Система достаточно проста. Состоит из труб, стального расширительного бачка, радиаторов и котла. Применяются дизельные, газовые котлы и котлы на твёрдом топливе , кроме электрических.

В открытой системе отопления вода циркулирует медленно. Поэтому трубы при эксплуатации должны разогреваться постепенно, чтобы избежать их повреждения и закипания теплоносителя. Это может привести к преждевременному износу оборудования. Если в зимний период отопление не используется, то вода из системы обязательно сливается, во избежание замерзания трубопровода.

Чтобы циркуляция теплоносителя осуществлялась на необходимом уровне, необходимо производить монтаж отопительного котла в более низком месте системы, а в самом высоком устанавливать расширительный бак, например, на чердаке. Зимой расширительный бак необходимо утеплить. При установке трубопровода в открытой системе отопления требуется использовать минимальное количество поворотов, фасонных и соединительных деталей.

В закрытой системе отопления все элементы системы герметичны, отсутствует испарение воды. Циркуляция осуществляется при помощи насоса. Так называемая система с принудительной циркуляцией теплоносителя включает в себя трубы, котёл, радиаторы, расширительный бак, циркуляционный насос .

В закрытой системе отопления при повышении температуры клапан расширительного бака открывается и забирает излишки теплоносителя. При понижении температуры теплоносителя циркуляционный насос закачивает его обратно в систему. В данной системе отопления поддерживается давление в заранее установленных пределах. Благодаря этому, осуществляется функция деаэрации теплоносителя.

Для стабильной работы системы закрытого отопления также используется расширительный бак из высокопрочного металла. Это закрытый бак, состоящий из двух половин, завальцованных друг к другу.

Внутри располагается мембрана (диафрагма) из высокопрочной жаростойкой резины. Также внутри имеется небольшой объём газа (может быть азот, который закачивается на заводе-производителе, или воздух, накапливающийся в системе по необходимости). Мембрана разделяет бак на части: одна часть - куда поступают излишки воды при нагреве системы отопления, в другой части находится азот или воздух, не вступающие в прямое соприкосновение с водой. Таким образом, теплоноситель при нагреве поступает в расширительный бак и проникает в мембрану. При остывании теплоносителя газ, находящийся за мембраной, начинает выталкивать его обратно в систему.

Отличия открытой и закрытой системы отопления

Имеются следующие отличительные особенности систем открытого и закрытого отопления:

1. По месту размещения расширительного бака. В открытой системе отопления бак располагают в наивысшем месте системы, а в закрытой системе расширительный бак можно устанавливать в любом месте, даже рядом с котлом.
2. Закрытая система отопления изолирована от атмосферных потоков, что препятствует попаданию воздуха. Это увеличивает срок службы. За счёт создания дополнительного давления в верхних узлах системы снижается возможность образования воздушных пробок в радиаторах, расположенных сверху.
3. В открытой системе отопления используются трубы с большим диаметром, что создаёт неудобства, также монтаж труб осуществляется под наклоном для обеспечения циркуляции. Не всегда имеется возможность скрыть толстостенные трубы. Для обеспечения всех правил гидравлики необходимо учитывать уклоны распределения потоков, высоту подъёма, повороты, заужения, подключение к радиаторам.
4. В закрытой системе отопления используются трубы меньшего диаметра, что удешевляет конструкцию.
5. Также в закрытой системе отопления важно правильно установить насос, что позволит избежать шума.

Преимущества открытой системы отопления

• простое обслуживание системы;
• отсутствие насоса обеспечивает бесшумную работу;
• равномерный прогрев отапливаемого помещения;
• быстрый пуск и остановка системы;
• независимость от электроснабжения, если в доме не будет электричества, то система будет работоспособна;
• высокая надёжность;
• не требуется особых навыков для установки системы, в первую очередь устанавливается котёл, мощность котла будет зависеть от отапливаемой площади.

Недостатки открытой системы отопления

• возможность уменьшения срока эксплуатации системы при попадании воздуха, так как уменьшается теплопередача, в результате чего появляется коррозия, нарушается циркуляция воды, образуются воздушные пробки;
• воздух, содержащийся в открытой системе отопления, может вызывать кавитацию, при которой разрушаются элементы системы, находящиеся в кавитационной зоне, такие, как арматура, поверхности труб;
• возможность замерзания теплоносителя в расширительном баке;
• медленный нагрев системы после включения;
• необходим постоянный контроль уровня теплоносителя в расширительном баке для исключения испарения;
• невозможность использования антифриза в качестве теплоносителя;
• достаточна громоздка;
• низкий коэффициент полезного действия.

Преимущества закрытой системы отопления

• простой монтаж ;
• нет необходимости постоянно контролировать уровень теплоносителя;
• возможность применения антифриза , не боясь размораживания системы отопления;
• путём увеличения или уменьшения количества теплоносителя, подаваемого в систему, можно регулировать температуру в помещении;
• из-за отсутствия испарения воды снижается необходимость её подпитывать из внешних источников;
• самостоятельное регулирование давления;
• система экономичная и технологичная, имеет более длительный срок эксплуатации;
• возможность подключения к закрытой системе отопления дополнительных источников отопления.

Недостатки закрытой системы отопления

• самый главный недостаток - зависимость системы от наличия постоянного электроснабжения ;
• при работе насоса требуется электричество;
• для аварийного электроснабжения рекомендуется приобрести небольшой генератор ;
• при нарушении герметичности стыков возможно попадание воздуха в систему;
• размеры расширительных мембранных баков в закрытых помещениях большой площади;
• бак заполняется жидкостью на 60−30%, наименьший процент заполнения приходится на большие баки, на больших объектах применяются баки с расчётным объёмом в несколько тысяч литров.
• возникает проблема с размещением таких баков, используются специальные установки, чтобы поддерживать определённое давление.

Каждый, кто собирается установить систему отопления, сам выбирает, какая система проще и надёжней для него.

Открытую систему отопления, благодаря простоте эксплуатации, большой надёжности, используют для оптимального отапливания небольших помещений. Это могут быть небольшие одноэтажные дачные дома, а также загородные дома.

Закрытая система отопления является более современной и более сложной. Её применяют в многоэтажных домах и коттеджах.

Открытая и закрытая системы теплоснабжения.

Описаний открытых и закрытых систем теплоснабжения, их принципиальных отличий в интернете можно найти огромное количество, поэтому подробное описание мы давать не будем. Остановимся только на их принципиальных различиях, без понимания которых в дальнейшем будет сложно понять примеры из практики. За основу возьмем то, что читатель пока не в теме. Для специалистов в ЖКХ этот раздел можно пропустить, справедливо полагая, что эти сведения для него не представляют особой ценности, он уже все знает и во всем разбирается.

Итак, начнем с основных различий. Системы теплоснабжения принципиально разделяются на две основные группы. Это открытые системы и закрытые. Принципиальное и основное различие в том, что в открытых системах теплоснабжения отбор горячего водоснабжения осуществляется непосредственно из системы теплоснабжения жилого дома (системы отопления), что создает проблемы с качеством горячего водоснабжения. В воде возможно присутствие различных взвесей, ржавчины и других веществ. Представляет особую сложность и возможность промывки, обслуживания данной системы. Несмотря на негативное отношение к открытой системе теплоснабжения в настоящее время, система получила широкое распространение при строительном буме во второй половины двадцатого века за счет своей простоты конструкции и монтажа при строительстве новых домов, относительно невысокой стоимости. В те годы вопросы энергосбережения стояли на последнем месте, ресурсы мы как-то не считали, предполагая, что они вечные. А вопрос дальнейшей эксплуатации данных систем вообще не учитывался.

В свою очередь открытые системы теплоснабжения разделяются на зависимые и независимые. Самой простой является открытая, зависимая система теплоснабжения. На размещенной ниже схеме видно, что теплоноситель идет к потребителю прямо из котельной и отбор ГВС в жилом доме (на схеме не показано) забирается в систему ГВС непосредственно из системы отопления жилого дома. Самая простая и в то же время неэффективная система теплоснабжения.

Открытая система теплоснабжения (независимая) это уже новый этап в развитии систем теплоснабжения. Система, за счет применения в системе теплообменника, имеет раздельный контур. То есть, котельная вода циркулирует по своему контуру, система отопления потребителя по своему. При применении данной системы у организации, занимающейся вопросами эксплуатации теплосети, появилась возможность химически обрабатывать сетевую воду, что безусловно сказалось на долговечности работы систем и котельных установок. В настоящее время осуществляется массовый перевод систем с зависимой схемы на независимую. Однако, независимая система не решила проблему качества горячего водоснабжения. ГВС осталась наиболее уязвимой системой за счет забора горячей воды из системы отопления.

Окончательным этапом развития систем теплоснабжения в настоящее время по справедливости стала закрытая система теплоснабжения, которая решила проблему обеспечения жителей качественным горячим водоснабжением. Схем исполнения закрытых систем теплоснабжения много, но основной принцип для нее один. Это наличие разделенных контуров, как системы отопления, так и системы горячего водоснабжения. На приведенной ниже схеме это отчетливо видно (для разгрузки схемы, мы не стали показывать обвязку оборудования ЦТП и циркуляционные насосы, которые в данной схеме присутствуют).

Тема 6 Системы теплоснабжения

Классификация систем теплоснабжения.

Тепловые схемы источников теплоты.

Водяные системы.

Паровые системы.

Воздушные системы.

Выбор теплоносителя и системы теплоснабжения.

Классификация систем теплоснабжения (СТ)

Системой теплоснабжения (СТ ) называется совокупность источников теплоты, устройств для транспорта теплоты (тепловых сетей) и потребителей теплоты.

Система теплоснабжения (СТ) состоит из следующих функциональных частей:

Источника производства тепловой энергии (котельная, ТЭЦ);

Транспортирующих устройств тепловой энергии к помещениям (тепловые сети);

Теплопотребляющих приборов, которые передают тепловую энергию потребителю (радиаторы отопления, калориферы).

Системы теплоснабжения (СТ) подразделяются на:

1. По месту выработки теплоты на:

централизованные и децентрализованные.

В децентрализованныхсистемах источник теплоты и теплоприемники потребителей совмещены в одном агрегате или находятся близко друг от друга, поэтому не требуется специальных устройств для транспорта теплоты (тепловой сети).

В централизованной системе теплоснабжения источник и потребители значительно удалены друг от друга, поэтому передача теплоты производится по тепловым сетям.

Системы децентрализованного теплоснабжения подразделяются на индивидуальные и местные .

В индивидуальных системах теплоснабжение каждого помещения обеспечивается от отдельного собственного источника (печное или поквартирное отопление).

В местных системах отопление всех помещений здания обеспечивается от отдельного общего источника (домовой котельной).

Централизованное теплоснабжение можно подразделить:

- на групповое - теплоснабжение от одного источника группы зданий;

- районное - теплоснабжение от одного источника района города;

- городское - теплоснабжение от одного источника нескольких районов города или даже города в целом;

- межгородское - теплоснабжение от одного источника нескольких городов.

2. по виду транспортируемого теплоносителя на :

паровые, водяные, газовые, воздушные;

3. По числу трубопроводов для переноса теплоносителя на:

- одно-, двух- и многотрубные ;

4. по способу присоединения систем горячего водоснабжения к тепловым сетямна:

-закрытые (вода на горячее водоснабжение забирается из водопровода и нагревается в теплообменнике сетевой водой);

-открытые (вода на горячее водоснабжение забирается непосредственно из тепловой сети).

5. по виду потребителя теплоты на:

- коммунально - бытовые и технологические.

6. по схемам присоединения установок отопления на:

-зависимые (теплоноситель, нагреваемый в теплогенераторе и транспортируемый по тепловым сетям, поступает непосредственно в теплопотребляющие приборы);

-независимые (теплоноситель, циркулирующий по тепловым сетям, в теплообменнике нагревает теплоноситель, циркулирующий в системе отопления.

Рисунок 6.1 –Схемы систем теплоснабжения

При выборе вида теплоносителя необходимо учитывать его санитарно-гигиенические, технико - экономические и эксплуатационные показатели.

Газы образуются при сгорании топлива, они имеют высокую температуру и энтальпию, однако транспортирование газов усложняет систему отопления и приводит к значительным тепловым потерям. С санитарно-гигиенической точки зрения при использовании газов трудно обеспечить допустимые температуры нагревательных элементов. Однако, будучи перемешаны в определенной пропорции с холодным воздухом, газы в виде теперь уже газо-воздушной смеси могут быть использованы в различных технологических установках.

Воздух - легкоподвижный теплоноситель, используется в системах воздушного отопления, позволяет довольно просто регулировать постоянную температуру в помещении. Однако, вследствие малой теплоемкости (примерно в 4 раза меньше воды) масса воздуха, нагревающего помещение должна быть значительной, что приводит к существенному увеличению габаритов каналов (трубопроводов, коробов) для его перемещения, росту гидравлических сопротивлений и расходу электроэнергии на транспортировку. Поэтому воздушное отопление на промышленных предприятиях осуществляется или совмещенным с системами вентиляции, или путем установки в цехах специальных отопительных установок (воздушных завес и т.п.).

Пар при конденсации в нагревательных устройствах (трубах, регистрах, панелях и т.п.) отдает значительное количество теплоты за счет высокой удельной теплоты преобразования. Поэтому масса пара при данной тепловой нагрузке уменьшается по сравнению с другими теплоносителями. Однако при использовании пара температура наружной поверхности нагревательных устройств будет выше 100°С, что приводит к возгонке пыли, осевшей на этих поверхностях, к выделению в помещениях вредных веществ и появлению неприятных запахов. Кроме того, паровые системы являются источниками шумов; диаметры паропроводов довольно значительны вследствие большого удельного объема пара.

Вода обладает высокой теплоемкостью и плотностью, что позволяет передавать большие количества теплоты на значительные расстояния при невысоких тепловых потерях и малых диаметрах трубопроводов. Температура поверхности водяных нагревательных устройств соответствует санитарно-гигиеническим требованиям. Однако перемещение воды сопряжено с большими затратами энергии.

В открытых системах теплоснабжения подготовленная в котельном агрегате вода не только служит теплоносителем, но и поступает на нужды горячего водоснабжения, т. е. разбор воды производится непосредственно из трубопроводов тепловой сети без промежуточных подогревателей. Количество подпиточной воды в этом случае определяется потерями воды в сетях, в котельной (2 – 2,5 % от расхода сетевой воды) и расходом воды для нужд горячего водоснабжения. Для выравнивания суточного графика нагрузок на горячее водоснабжение предусматривают установку баков-аккумуляторов, объем которых в 9 раз больше среднечасового суточного расхода воды на горячее водоснабжение.

Принципиальная тепловая схема отопительной котельной с открытой двухтрубной системой теплоснабжения представлена на рис. 7.9. Тепловые и гидродинамические режимы водогрейных котельных агрегатов, водоподготовки ХВО,узлов рециркуляции (линия СД) и подмешивающей перемычки АВ , создание разрежения в вакуумном деаэраторе ВД аналогичны рассмотренным ранее. Теплота, выносимая с выпаром D вып используется для нагрева умягченной воды в охладителе выпара Т3.

Из вакуумного деаэратора ВДвода поступает самотеком в бак деаэрированной воды БД, откуда перекачивающим насосом ПН подается в бак-акумулятор БА. Устанавливают обычно не менее двух металлических баков, внутренняя поверхность которых защищается антикоррозийным покрытием, а наружная – тепловой изоляцией. Из бака-аккумулятора БА вода забирается подпиточным насосом ППН и подается в тепловые сети.

Работа тепловой сети в зимнем отопительном режиме. Вода из обратного трубопровода с напором 0,2 – 0,4 МПа подводится во всасывающий коллектор сетевых насосов СН. Туда же подается вода от подпиточных насосов по линии KN (линии KL и EF перекрыта задвижками), а также охлажденная вода от теплообменников умягченной воды Т2 и исходной воды Т1 (рис. 7.9)

Рис. 7.9. Принципиальная схема отопительная котельной с открытой двухтрубной
системой теплоснабжения

Обратная сетевая вода сетевыми насосами СН нагнетается в водогрейный котельный агрегат КА, где нагревается до температуры 150 °С, и на выходе из котла разделяется на три потока: в тепловую сеть, на рециркуляцию и на собственные нужды котельной, которые включают в себя расход воды:

· на мазутное хозяйство,

· на подогрев воды до 70 °С в вакуумном деаэраторе,

· на теплообменник Т2 для нагрева до 65 °С умягченной воды,

· на теплообменник Т1 для подогрева до 30 °С исходной воды.

Охлажденная вода от теплообменников Т1 и Т2поступает во всасывающий коллектор сетевых насосов СН.Расход воды через водогрейные котловые агрегаты определяется для максимально-зимнего режима и, по условиям из работы, принимается постоянным при различных режимах.

Температура воды, поступающей в систему отопления и вентиляции потребителя, ~ 95 °С, регулируется с помощью элеваторного узла Э путем смешивания прямой сетевой воды с обратной из системы отопления.

Среднечасовой за сутки расход горячей воды, поступающей к потребителю, является расчетной величиной, постоянной и не зависящей от сезона. В максимально-зимнем режиме к потребителю ГВС, непосредственно к водозаборным кранам, поступает обратная сетевая вода из системы отопления и вентиляции. При других режимах работы в течение отопительного периода температура обратной сетевой воды снижается ниже нормируемых для горячего водоснабжения температур, поэтому в узле приготовления горячей воды S к обратной сетевой воде через регулятор температуры РТГ, подмешивается необходимое количество прямой сетевой воды.

Часть воды (5 – 10 % от расхода у потребителя) проходит через полотенцесушители, охлаждается до температуры 40 – 45 °С и по циркуляционной линии циркуляционным насосом ЦНвозвращается в обратный трубопровод теплосети.

При работе в отопительный период необходимо учитывать, что вследствие больших расходов воды через узел водоподготовки подаваемая в обратный трубопровод подпиточная вода и использованная греющая вода (узлы М и N ) смешиваются с обратной сетевой водой и существенно изменяют температуру потока. После расчета конечной температуры потока определяются расходы теплоносителя по линии рециркуляции и через подмешивающую перемычку.

На завершающем этапе правильность расчета режимов работы тепловой схемы контролируется проверкой соответствия принятых и полученных в результате расчета значений расхода теплоты на собственные нужды и общей тепловой мощности котельной. При расхождении невязки более 2 % расчет повторяется.

Работа тепловой схемы в летнем режиме. Наличие в баках-аккумуляторах подпиточной воды в количестве и с температурой, соответствующих целям горячего водоснабжения, позволяет в летнее время при отсутствии отопительно-вентиляционной нагрузки подавать эту воду непосредственно в тепловую сеть. По обратному трубопроводу в котельную будет возвращаться только циркуляционная вода от местных систем горячего водоснабжения, которая направляется через узел Е в баки аккумулятора БА по линии EF.

Таким образом, в летний период водогрейный котельный агрегат отключается от тепловой сети на участке NE обратного трубопровода и на участке BL подающего трубопровода. Вода на горячее водоснабжение будет подаваться в подающий трубопровод теплосети непосредственно из баков аккумуляторов БА по линии KL подпиточным насосом, который в этом случае называют «летним» (линия KN при этом перекрыта задвижкой).

Котельный агрегат в летнее время оказывается включенным только на нагрузку q сн, а расход воды через котельный агрегат складывается из потоков греющей воды, поступающей в теплообменники Т1, Т2 и вакуумный деаэратор ВД. Поэтому при невысокой доле нагрузки горячего водоснабжения котельной (0,25 – 0,3) в летнее время количество котельных агрегатов снижается до одного.