Системы отопления водяного типа.

Сейчас широко распространено водяное отопление, которое имеет массу преимуществ по сравнению с иными системами отопления. Приобретенный опыт по использованию водяных систем доказывает гигиенические, а также пользовательские показатели.

Для системы отопления водяного типа характерным является надежность, бесшумность, простота и удобство в эксплуатации, наличие значительного радиуса действия по горизонтали.

Радиус действия системы по вертикали, можно определить допустимым гидростатическим давлением. Систему водяного отопления можно представить в виде системы замкнутых контуров.

Все системы водяного отопления делятся следующим образом:

  • способ создания циркуляции — то есть естественная циркуляция системы (гравитационная) и искусственная циркуляция системы (насосные);

  • в зависимости от схем соединений труб, стояков с приборами отопления — двухтрубные (ведут соединение отопительных приборов параллельно по ходу движения вторичного теплоносителя) и однотрубные (отопительные приборы соединяют последовательно по ходу движения теплоносителя );
  • в зависимости от места нахождения прокладки магистральных трубопроводов — системы с верхней разводкой (подающую магистраль (горячая), прокладывают выше нагревательных приборов), системы с нижней разводкой (обратная, подающая магистраль находится ниже приборов), система с «опрокинутой» циркуляцией;
  • соединяющая нагревательные приборы по расположению труб — вертикальные (отопительные приборы присоединяют к вертикальному стояку) и горизонтальные (приборы присоединяют к трубопроводу который расположенный горизонтально );
  • по источнику движения направления воды, в обратной и подающей магистрали — тупиковые (движение горячей и холодной воды встречное) и системы с попутным движением воды (где направление потоков в подающей и обратной магистралях совпадает друг с другом).

Также для систем водяного отопления предусматривает размещение специальной емкости — расширительный бак.

Образовавшиеся воздушные пробки в отопительной системе могут нарушить циркуляцию воды. В систему, воздух может попасть в процессе эксплуатации, при подсасывании водой , а также при заполнении ее теплоносителем. Воздух, который растворяется и переходит в свободное состояние, зависит от давления и температуры теплоносителя в системе.

Из использованной деаэрированной воды, из которой удаляют воздух, не исключают образования новых газовых пробок в системе отопления, потому что с образованием гидрата закиси железа (химической реакции), осуществляется образования окалин,вследствие чего выделяется водород. Поэтому устанавливают в системах отопления воздухосборники.

В системах отопления гравитационного типа, скорость воды небольшая, поэтому подающую магистраль монтируют к расширительному баку с подъемом, через который и выпускают воздух (газ), который сосредоточиться в самой верхней точке отопительной системы.

В случае же с насосными системами, воздух выпускается через специальные воздухосборники, которые устанавливают в наивысших точках этой системы: при верхней разводке — перед самым отдаленным стояком на подающей магистрали, при нижней разводке - воздух будет собираться в отопительных приборах, которые находятся в верхней части системы, и периодически выкидывается в атмосферу за счет наличия ручных или автоматических воздушных кранов (или же воздух выбрасывается в специальную центральную воздушную линию).

1Водяное отопление зданий, с повышенной этажностью.

В системе водяного отопления, гидростатическое давление теплоносителя во многом будет зависеть от высоты его подъема, т. е. от количества этажей.

Высота столба воды должна не превышать 55 м, если эксплуатируют стальные и чугунные радиаторы, а также 90 м если используют конвекторы. Поэтому здания с повышенной этажностью, зонируют по вертикали, т. е. делят на определенные части заданной высоты, между которыми, высотой не меньше 1,9 м, располагаются технические этажи.

В наиболее низко расположенных приборах зоны высот55 или 90 м определяется допустимым рабочим давлением воды.

Все системы водяного отопления которые находятся в пределах одной зоны устраивают по независимой схеме, т.е. она имеет свой теплообменник, насос -циркуляционный или подпиточный,а также бак для расширения воды. Это все оборудование, а также магистраль трубопроводов, размещается на технических этажах.

Чаще всего в зданиях повышенной этажности применяют теплообменники водяного типа (вода является первичными вторичным теплоносителем).

При водяном отоплении высота здания составляет 150—160 м. В этом здании может быть пристроены двое (высотой по 75—80 м) зональных систем отопления с конвекторами, или трое (высотой по 50—55 м) с радиаторами.

В зданиях, у которых высота от 160 до 250 м, делают комбинированное отопление: помимо теплообменника водяного типа для нижних этажей (до 160 м.), внедряют теплообменник для пароводяной зоны (свыше 160 м.). Теплоносителем является — пар, который отличается малым гидростатическим давлением, в качестве теплоносителя первичного типа пар подается на технический этаж, под верхней зоной, где образуется собственный теплопунктс пароводяным теплообменником.

Применяются системы отопления парового пита в вспомогательных и производственно-бытовых помещениях при недолгом присутствии обслуживающего персонала тех промышленных предприятий, в которых пар изготовляется для технических нужд.

Отопление парового типа может также размещаться в производственных зданиях, в которых не осуществляется выделение пыли и аэрозоли. Паровую систему можно оборудовать в случае выделения негорючей и неядовитой пыли, а также негорючих газов и паров или газов которые не поддерживают горение, и сооружениях со значительным влаго- испарением. Также используют для обогрева лестничных клеток, пешеходных переходов для персонала, вестибюлей, зданий.

Во многих случаях применение отопления парового типа требует производственного обоснования (например, паровое отопление используется, если при технологическом процессе производства имеется избыток пара).

Паровое отопление— это передача помещению тепла, выделяющегося в приборе отопления, при конденсации в нем пара насыщенного. Массовая теплоемкость пара больше в пять сот раз, чем у воды. В паровой системе отопления различают: две среды, которые перемещаются по трубопроводу — это пар и конденсат, и два типа трубопроводов — паропровод и конденсатопровод.

Прокладывают паропроводы в свою очередь от источников пара (котлов) до отопительных приборов, а конденсатопроводы — прокладывают от приборов до котла.

Системы отопления парового типа по способу возвращения конденсата в котел делятся на: замкнутые, где самотеком конденсат стекает в котел; и разомкнутые, где конденсат поступает самотеком в конденсационный бак, а затем перекачивается насосом в котел.

По сравнению с водяными,системы отопления парового типа имеют некоторые преимущества то есть — малые капитальные затраты на строительство системы, сравнительно небольшой расход металла, возможность быстрого обогрева помещений и мгновенного отключения, а также малое гидравлическое сопротивление.

Но недостатки во время эксплуатации системы парового отопления сильно существенны, что довольно сильно ограничивают область ее применения. Это и невозможность качественной регулировки теплоотдачи приборов отопления с помощью изменения температур теплоносителя, постоянно очень высокая температура (100 °С и выше) на поверхности теплопроводов и приборов отопления, что может вызвать разложение оседающей органической пыли и нуждается в осуществлении перерывов в подаче пара. При этом происходит колебание температуры воздуха в помещениях, т. е. снижается уровень теплового комфорта; увеличиваются тепло-потери паропроводами, когда они проложены в помещениях которые не обогреваются; различного шума при действии систем, особенно при обновлении работы после перерыва; уменьшение срока службы теплопроводов, когда при перерыве в подаче пара, теплопровод может заполниться воздухом, это значительно может усилить коррозию их внутренней поверхности. Вследствие этого не допускается применять системы отопления парового типа в жилом помещении, общественных и административно-бытовых зданиях, а также при повышенных требованиях к чистоте воздуха в производственном помещении.

Для систем отопления воздушного типа, в качестве теплоносителя используют воздух, который, нагревается в калорифере с помощью первичного теплоносителя — пара, а также горячей воды или газов до определенной температуры, и поступает в отапливаемое помещение, остывает и отдает свое тепло. При остывании воздуха полученное количество теплоты, должно быть равным тепло-потерям помещения. Основное достоинство отопления воздушного типа это очень высокий санитарно-гигиенический показатель. Но такие системы отличаются значительными размерами воздуховодов, сложностью регулирования и повышенными требованиями к герметизации зданий.

Системы отопления воздушного типа
делятся следующим образом:

  • по движению теплоносителя — за счет вентилятора с естественной циркуляцией и механическим побуждением;
  • по месту приготовления воздуха — местные, где происходит нагрев и подача воздуха, непосредственно в отапливаемом помещении за счет отопительных и отопительно-вентиляционных приборов, и центральные, где непосредственно происходит нагрев воздуха в воздухонагревательном приборе, и подается по каналам в одно или более помещений;
  • по качеству и количеству подачи воздуха — с полной рециркуляцией; с частичной и прямоточной рециркуляцией.

Нагретый в калорифере воздух, в системе с полной рециркуляцией, при помощи вентилятора поступает по вентиляционному каналу в помещение. Там он, отдает свое тепло, при этом он компенсирует тепло-потери помещений, и охлаждаясь, идет его возврат по каналу в отопительный агрегат. Затем воздух снова нагревается и тот же процесс снова повторяется.

В циркулирующем воздухе постоянно постепенно накапливаются вредные вещества, которые выделяются в помещении, и гигиенические показатели помещения резко уменьшаются.

Рециркуляционной системе свойственна высокая экономичность, но гигиенические качества у нее очень низкие. Его можно использовать как дежурное, то есть в нерабочее время (когда нет в помещении людей), в общественных и административных зданиях, школах, коммунально-бытовых, а также в складских помещениях, где вентиляция не предусматривается нормативами.

Наружный воздух в прямоточной системе из воздухозаборной шахты с помощью вентилятора поступает через калорифер, и по каналу подается в помещение. Там он отдает свою теплоту и компенсирует тепло-потери помещения, затем ассимилирует вредные вещества, которые выделяются в помещении и уже потом идет удаление через вытяжную шахту. Система отопления прямоточного типа характеризуется потерями тепловой энергии вместе с отработанным воздухом и имеет очень высокие гигиенические качества.

В калорифере с частичной рециркуляцией идет нагревания смеси наружного воздуха и рециркуляционного. Объем наружного воздуха определяют по определенным требованиям вентиляции. Подогретый приточный воздух подается в помещение по каналам. Там он, отдавая свое тепло, компенсирует теплопотери помещений, затем ассимилирует вредность и частично идет удаление с помощью вытяжной шахты. Оставшаяся часть постепенно поступает по каналу и смешивается с наружным воздухом.

Эта система является экономически целесообразной, поскольку в ней используется теплота отработанного воздуха, но имеет ограниченное применение (зависит от типа выделяющихся в помещении вредных веществ).

В технико-экономическом и гигиеническом отношении наиболее совершенна система отопления воздушного типа с рекуперацией теплоты отработанного воздуха.

Для системы отопления воздушного типа могут выполняться функции только отопительные или же совмещенные вместе с вентиляцией. При этом количество воздуха определяют по требованиям вентиляции, в первом случае полностью рециркуляционные системы, во втором с частичной рециркуляцией, то есть прямоточные.

Рекомендовано с вентиляцией совмещать системы отопления воздушного типа, если вентиляция используется в две или три смены. Предусматривается при остановке или неполадке технологического оборудования дежурное отопление, которое работает по схеме полной рециркуляции. Совмещенное с вентиляцией воздушное отопление, является экономичным, так как для него используется все оборудование целой системы механической вентиляции — вентилятор, воздуховоды, электродвигатели и лишь нагреве калориферов поверхность несколько больше, чем для всей вентиляционной установки.

На данный момент воздушное отопление, вместе с вентиляционной установкой, применяют так же и в больших общественно-производственных зданиях, но практически почти не устраивается в гостиничных, жилых и административных зданиях, но зарубежный опыт строительства таких зданий уже имеет место.

Подача воздуха в центральных системах осуществляется при помощи воздуховодов и сосредоточенно. При наличии отопления с сосредоточенной подачей воздуха в больших объемах применяются производственные здания и общественные, такие, как супермаркеты, кинотеатры на 300—600 зрителей, бассейны, гимнастические и выставочные залы. Вследствие этого происходит равномерное распределение температуры в помещении, а при отсутствии воздуховодов система получается экономически выгодной.

При сосредоточенной подаче, выпуск воздуха происходит струями(компактными или веерными).

Применяют так же и систему отопления комбинированного типа,в зданиях с малым пребыванием людей, которая состоит из централизованной водной части с упрощенной конструкцией, и с приборами отопления,которые имеют уменьшенную и одинаковую мощность, создающую стабильное «фоновое» отопление, что рассчитывается на температурный режим от 5— 10 °С.

Еще в качестве дополнения к фоновому отоплению можно применять периодически действующее отопление воздушного типа, что служит для обогрева помещений в начале рабочего дня и вентиляции их на протяжении рабочего времени.

Сейчас обкрадывают многие здания школ, системой отопления центрально-воздушного типа, при непостоянном обогревании учебных помещений значительно сократилась тепло-затраты на отопление зданий. Воздушно-тепловая завеса,возникшая в проеме входа есть один из витков по пресечению холодного воздуха извне, который возникает в результате движений транспорта либо людей, что поступает через входные двери и ворота, и по этому происходит переохлаждение присоединенных помещений.

Еще создаются высокоскоростные воздушные завесы шиберующего типа в проеме ворот промышленного здания, которые ограничивают,либо предотвращают попадание внутрь холодного потока воздуха.

Считается что воздушно-тепловую завесу применяют: при tН= от -15... до -25 °С и проход через дверь в течение 1 ч больше чем 400 человек; при tН= от -25 до -45 °С и проход в 1 ч больше чем 200 человек; при tН= от -45 °С и проход в 1 ч больше чем 100 человек.

В результате воздушная тепловая завеса создается специально для, рециркуляционной установки местного, а также для центрально- воздушного отопления.

Обычно воздух внутри собирается из верхней зоны помещений и затем постепенно нагревается до температуры не более 50 °С.

При входе в гражданские помещения и различные вспомогательные здания промышленных предприятий могут размещать воздушно-тепловые низкоскоростные завесы смесительного типа (скорость выпуска воздуха не больше чем 5м/с), которые рассчитываются только на нагревание холодного потока воздуха, при проникновении его снаружи. Для этого во входах в помещении предусматривают завесы, которые оснащаются системами кондиционирования воздуха, и в помещениях со значительным выделением влаги или с близким расположением к входам постоянных рабочих мест.

На 30% можно сократить воздухо-проницание обычного входа,за счет замены его на обычные двойные двери с тамбуром.

Замены входа тройной дверью и тамбуром можно снизить приток холодного потока воздуха в 2 раза, а при установке на входе вращающуюся (турникетную) дверь, объем холодного воздуха снаружи,который проникает в помещение, можно уменьшить на 7—7,5 раз.


2Система отопления панельно-лучистого типа.

Отопление лучистого типа — это способ отопления помещения, посредствам лучистого теплообмена,в качестве источника которого используют поверхность потолка или стен, которая обогревается с помощью любого теплоносителя.

Применяется так же и панельно-лучистое отопление в жилых домах, общих комнатах на первого этажа и детского дошкольного учреждения, в операционной, родовой, наркознойи других помещениях лечебно-профилактического типа, в вестибюлях (теплые полы) многих общественных зданий.В виде теплоносителей в таких системах используют горячую воду, но намного реже пар или горячий воздух; и только изредка применяются электрические обогреватели, которые встраивают в потолок.

Около 75 процентов теплоты при лучистом отоплении, необходимого для отопления, помещение получает в виде лучеиспускания, а около 25 процентов — конвекцией.

Еще отопление лучистого типа может быть устроено, как и при низких температурах (от 70 до 250 °С), так и при высоких (до 900 °С).

Система отопления лучистого типа выполняется:

  • местной— это когда отопление помещения выполняется панелью и отражательным экраном, и если энергоносителем то для нее свойственно электрический ток, горючий газ , твердое топливо (при улови сжигании его в каминах). На данный момент нормой предусмотрено их использование только при температуре их поверхности не более 250 °С;
  • центральной— низко и среднетемпературной панелью и также отражательный экран с различным централизованным тепло-обеспечением при помощи подогретой воды и воздуха, пара с высоким и низким давлением.

По своему конструктивному устройству к лучистому отоплению также близко и отопление панельного типа.

Стеновая панель, оборудованная греющим элементом.

Многие отопительные приборы можно размещать на потолке или на полу, также вблизи потолка или стены помещения.

Различают панели: стеновые, подоконные, напольные.

При использовании отопления панельно-лучистого типа , температура внутренних поверхностей ограждений может повышаться на 2—4 °С больше, чем при различных видах отопления.За счет этого идет уменьшение теплоотдачи, путем перехода излучения от людей к ограждениям.Вследствие этого у людей создается здоровое и прекрасное самочувствие, благодаря равномерному действию лучистой теплоты при ее уменьшенной теплоотдаче, излучением, и немного уменьшенной температуре воздуха.

Рекомендуется также в условии Крайнего Севера устройство для панельного отопления напольного типа.

В районах, где резкий континентальный климат, свойственно размещать отопление потолочного типа, поскольку оно летом имеет такую систему,что ее можно эксплуатировать даже и для охлаждения помещений,при этом пропускать по змеевикам охлажденную воду.

Панели отопления бывают: встроенные, пристроенные и подвесные. Панели используют для разных целей,но особенно для обогрева основных помещений вокзалов, аэропортов, ангаров, аэропортов и высоких сборочных цехов. Их также применяют в производственном помещении, которое имеет особые требования к гигиене (производство пищевых продуктов и т.п.).

Системы отопления панельно-лучистого типа включают: обеспечение высокого санитарно-гигиенического показателя, индустриальность, малая металлоемкость, уменьшение стоимости и трудозатрат на монтаж, большие конструктивные особенности для комфортных условий в помещении с различной площадью и высотой.

Но системы отопления панельного типа весьма теплоемки, они затрудняют индивидуальную регулировку теплоотдачи панелей, а так же они весьма сложны в ремонте изамене отдельных деталей системы.

Применяемые системы отопления электрического типа обеспечивают очень высокую надежность для этих систем отопления, их индустриальность, простота управления, высокий показатель КПД, значительно большие конструктивные возможности для создания разнообразных комфортных и гигиенических условий в зданиях с разной площадью и высотой. Но одним из недостатков для широкого распространения является довольно высокая стоимость электроэнергии.

Электрическую систему отопления можно разделить на следующие группы:

  • по радиусу действия — центральная, районная и местная;
  • по назначению — для покрытия нагрузки отопительной или пиковой нагрузки;
  • для дополнительного отопления и высоконадежного терморегулирования в отдельных зданиях (доводчики) комбинированных систем.

Системы отопления электрического типа, у которых предназначение для полного покрытия отопительной нагрузки, классифицируют на системы с эксплуатацией самых простых электроприборов, а также тепло аккумулирующих приборов.

Целесообразно использовать отопление электрического типа с обыкновенными электроприборами в тех районах, где дорогой привоз топлива,и если имеется возможность заполучить электроэнергию от рядом находящихся электростанций. В России это считаются районы Крайнего Севера и Восточной Сибири.

Также может применяться отопление электрического типа с инерционными теплоаккумулирующими приборами отопления в сильно заселенной западной части Российской Федерации.

Электрические печи теплоаккумулирующего типа используют в целях отопления в ночное время (вовремя переизбытка электроэнергии). Электроэнергия в ночной период отпускается всегда по сниженному тарифу и может быть аккумулирована теплоемкими приборами с раздачей тепла в помещениях даже в дневное время суток.

Этот стало актуальным при строительстве АЭС, которые имеют большое количество электрической энергии в ночное время суток, где в дополнении используют электрическую и легко регулируемую систему отопления.

Основная фоновая система отопления, считается водяная, она дает в расчетный период такую температуру воздуха чтобы в помещениях было от 10— до 15 °С, а повышение температуры до желаемой регулирует сам абонент, который включает отопительные электроприборы. Целесообразность применения этого отопления связана с необходимостью, резко улучшить теплозащиту отапливаемых зданий.

В странах, где часто распространено применение электрического отопления, осуществляется очень высокий уровень теплоизоляции помещений с применением, высокоэффективных утеплителей, использование теплоты фазовых превращений — вкладышей в конструкции строения, «утепление» световых проемов, за счет остекления в три стекла, это когда термическое сопротивление окон и стен идентично. На данный момент одно из направлений технологического прогресса в мировом масштабе считается такое домостроение, в котором происходит улучшение сочетаний теплозащиты помещений с применением электро-отопления.

3Автоматизация тепловых пунктов

Система отопления, разработанная и присоединенная к тепловой сети по независимой схеме, автоматизируется так же, как система подготовки теплоносителя для калориферов приточных вентиляционных систем или калориферов первого подогрева для центральных кондиционеров, то есть по температурному графику.

В циркуляционных контурах систем с замкнутым контуром при независимом присоединении должно поддерживаться постоянное заданное давление, для чего предусматривается подпитка систем.

В настоящее время широко используются для этой цели пневмобаки, размещаемые в помещении теплового пункта. Каждая система должна иметь свой узел подпитки, прежде всего свой пневмобак. Однако разные системы, например, системы отопления и системы вентиляции, могут подпитываться общими насосами, но со своим соленоидным клапаном на линии подпитки. При падении давления в циркуляционном контуре какой-либо системы, на что реагирует датчик давления (или электроконтактный манометр), через контроллер поступает команда на открытие соответствующего соленоидного клапана и на включение рабочего подпиточного насоса. При повышении в системе давления до заданного значения соленоидный клапан закрывается и подпиточный насос отключается. Для первичного заполнения систем отопления и вентиляции теплоносителем могут быть предусмотрены отдельные насосы с большей производительностью, чем подпиточные.

4Компоновка и автоматизация систем теплоснабжения с зависимым присоединением к тепловой сети в тепловых пунктах

Узел ввода в тепловой пункт решается так же, как при использовании систем с независимым присоединением. В тепловых пунктах присоединение систем может быть комбинированным: часть систем может присоединяться по независимой схеме, а часть – по зависимой схеме. Все определяется технологическими расчетами и удобством эксплуатации.

При непосредственном зависимом присоединении систем вентиляции (калориферов приточных вентиляционных систем) к тепловой сети, если таких систем несколько, в том числе воздушно-тепловых завес, такое присоединение следует выполнять через регулятор разности давлений, независимо от того, что регулятор разности давлений имеется на узле ввода.

Не все приточные вентиляционные системы, центральные кондиционеры, воздушно-тепловые завесы могут работать одновременно, а разность давлений в системе снабжения теплоносителем этого оборудования должна быть постоянной. Это отражается на качестве регулирования параметров воздуха, обрабатываемого в этих системах.

Если для подготовки теплоносителя, подаваемого на отопление, или к системам вентиляции, или к каким-либо еще системам при зависимом их присоединении, требуется понижение температуры теплоносителя (например, с расчетной температуры теплоносителя в сети в +130 °С до +95 °С) с помощью узла смешивания двух сред – прямого и обратного теплоносителя, то решать эту задачу можно приемами, отображенными на рис. 1.

Рисунок 1.

Способы понижения температуры теплоносителя с помощью узла смешивания прямого и обратного теплоносителя

Но, прежде всего, следует учесть, что размещение насосов на перемычках между обратным и прямым трубопроводами возможно лишь в том случае, если не предполагается регулирование чего бы то ни было (то есть количества смешиваемых сред – величины постоянные), и при соблюдении, естественно, требований, оговоренных в пункте 3.7а) «Правил проектирования тепловых пунктов». Это часто не учитывается. Мало того, на одной линии с насосами устанавливается регулирующий клапан, в том числе трехходовой, что вообще недопустимо.

Насос и регулирующий клапан последовательно, один за другим, устанавливать нельзя. Насосы должны всегда работать в одной – расчетной и отлаженной – точке расходной характеристики. Попытка объяснить такое расположение насоса и регулирующего клапана тем, что применяется насос с частотным преобразователем, не является оправданием. Такой узел обязательно выйдет в автоколебательный режим работы, то есть регулирующий клапан будет постоянно открываться и закрываться и никакого поддержания заданных параметров (для теплового пункта это температура теплоносителя) не будет. В таком узле изменяется и расход, и давление, и температура практически независимо друг от друга. В частности, температура и давление не зависят напрямую друг от друга в таком узле. Мало того, инерционность прохождения команды при нанесенном возмущении различна. Синхронности прохождения команд нет и быть не может. Поэтому «раскачка» узла будет обязательно, и еще неизвестно, в каком случае быстрее – с частотным преобразователем насоса или без такового.

Кроме того, двигатель насоса ставится в очень невыгодные для него условия. Двигатель насоса (да и любого другого агрегата) должен быть нагружен не менее чем на 60 % своей номинальной мощности. Любой двигатель, как правило, защищается от перегрузок тепловой защитой, которая должна быть прогрета до определенной температуры, чтобы сработать при перегрузке двигателя за время, меньшее половины минимального времени, за которое двигатель выходит из строя. Тепловая защита это учитывает, если двигатель нагружен в интервале 100–60 %, если двигатель недогружен, то он сгорит раньше, чем отработает тепловая защита. В узле, где последовательно с насосом размещен регулирующий клапан, может сложиться так, что клапан окажется в значительно прикрытом состоянии, то есть двигатель насоса окажется недогруженным, а в это время, например, произойдет обрыв одной из фаз кабеля или у насоса что-нибудь заклинит. Двигатель выйдет из строя.

Узлы смешивания двух сред – прямого и обратного теплоносителя – должны прорабатываться исходя из условия, какой из двух сред по расчету должно быть больше, а какой меньше. На трубопроводе, по которому должно проходить меньше теплоносителя, должен устанавливаться регулирующий клапан, подобранный по расчетному расходу, а на другом, присоединяемом, трубопроводе должен размещаться балансировочный кран, отстроенный на расчетный пропуск подмешиваемого теплоносителя, которого больше. Например, температура прямого теплоносителя +130 °С, обратного +70 °С, а смесь должна иметь температуру +95 °С. Следовательно, потребуется примерно 27 % прямого теплоносителя и 63 % – обратного. Значит, регулирующий клапан должен быть установлен на прямом трубопроводе, а на перемычке – балансировочный кран (рис. 1а, б). Насосы в этих схемах могут размещаться на обратном или прямом трубопроводе в зависимости от расчета технологической части. Если по расчету требуется насосы установить на прямом трубопроводе, то на обратном трубопроводе следует не забыть установить обратный клапан, как это показано на рис. 1б, чтобы предотвратить возможность подсоса насосами обратного теплоносителя от источника теплоснабжения.

Трехходовые смесительные (разделительные) клапаны следует применять очень осторожно и только в тех случаях, когда можно обеспечить постоянное давление в точке смешивания (разделения) двух сред внутри клапана независимо от положения штока трехходового клапана. Такой вариант применения трехходового клапана показан на рис. 2.

Рисунок 2

Пример возможного использования трехходовых регулирующих клапанов как разделительных

Если тепловой пункт разрабатывается с зависимым присоединением потребителей и с узлами смешивания, то такое решение должно выглядеть примерно так, как это показано на рис. 3, то есть для каждого вида присоединяемых зависимо систем своя ветка с узлом смешивания, если такой узел требуется.

5Расход теплоносителя

Вернемся к узлу ввода в тепловой пункт. О назначении и роли регуляторов разности давления уже было сказано. Теперь следует затронуть тему ограничения расхода сетевого теплоносителя. Применяемые достаточно часто регуляторы разности давления прямого действия, поддерживая постоянную заданную разность давлений сетевого теплоносителя и стабильность сопротивления оборудования теплового пункта по отношению к тепловой сети, определенным образом ограничивают расход сетевого теплоносителя, поступающего в тепловой пункт, обеспечивая таким образом распределение теплоносителя тепловой сети по потребителям согласно расчету.

Тем не менее, такого ограничения может быть недостаточно в случаях отклонения наружной температуры воздуха от расчетных значений в сторону ее понижения в зимнее время или снижения температуры сетевого теплоносителя по каким-то причинам от значений, требуемых по температурному графику.

Для компенсации недостатка тепловой энергии каждый тепловой пункт будет стремиться получить больше теплоносителя из сети. Регулирующие клапаны будут открываться больше, чем должны при расчетных условиях, для увеличения пропуска количества сетевого теплоносителя, снижая таким образом величину сопротивления оборудования теплового пункта для тепловой сети.

Потребители большего количества тепловой энергии будут в таком случае потреблять больше теплоносителя за счет объектов с меньшим энергопотреблением, учитывая то, что у тепловой сети в определенной мере ограниченные возможности.

В технических условиях теплоснабжающих организаций и в заданиях на проектирование тепловых пунктов часто ставятся условия по ограничению расхода сетевого теплоносителя только для систем отопления. Но это не всегда верно. Это приемлемо в том случае, если доля потребности в тепловой энергии для систем отопления значительно превышает долю потребности в тепловой энергии для других систем теплопотребления, например, для подогрева горячей воды в системе горячего водоснабжения. Но достаточно случаев, тем более, если это какое-то производство, где доля теплопотребления от сети на вентиляцию, на горячее водоснабжение и для других потребителей тепла соизмерима или больше потребности тепла на отопление.

В таком случае ограничивать расход сетевого теплоносителя следует на узле ввода тепловой сети в тепловой пункт. Вместо регулятора разности давлений прямого действия необходимо установить на подающем трубопроводе регулирующий клапан с исполнительным механизмом и два датчика давления – один на подающем трубопроводе после регулирующего клапана, другой – на обратном трубопроводе.

В обычных штатных условиях работы теплового пункта по командам датчиков давления через контроллер воздействием на регулирующий клапан поддерживается заданная разность давлений. В случае необходимости ограничить количество сетевого теплоносителя в пределах, установленных техническими условиями, на регулирующий клапан на узле ввода через контроллер подается команда от узла учета тепловой энергии на запрет перемещения регулирующего клапана по командам датчиков давления и установку его на пропуск максимально допустимого количества теплоносителя из тепловой сети, оговоренного техническими условиями. Распределение сетевого теплоносителя между системами теплового пункта при ограничении расхода будет таким, какое определит динамика систем, поскольку в этом случае системы могут выйти из зон регулирования.

На рис. 3 показана схема для однозонных тепловых пунктов.

Рисунок 3

Схема для однозонных тепловых пунктов

В то время, когда разрабатывались «Правила проектирования тепловых пунктов», еще не было такой острой необходимости отражения в них требований и решений по многозонным системам, хотя в «Правилах» в пункте 3.1 упоминается о том, что разработка систем тепловых пунктов должна выполняться с учетом гидравлических нагрузок.

Во всяком случае, автоматизация систем с двумя или более зонами горячего водоснабжения, отопления, вентиляции и с часто устанавливаемыми в тепловых пунктах насосами хозяйственно-питьевого водоснабжения и противопожарными насосами ничем особым не отличается от автоматизации систем для одной зоны. Здесь только требуется, чтобы разделенные на зоны системы были абсолютно автономны. Зона системы отопления, вентиляции, горячего и холодного водоснабжения определяется разностью давлений между нижней и верхней отметкой зоны. Разность давления в зоне не должна превышать 6 ;кг/м2, иначе сантехнические устройства в зоне выйдут из строя. Обычно зона определяется по требуемому давлению в системе горячего и холодного водоснабжения. Учитывая то, что из кранов систем холодного и горячего водоснабжения вода должна вытекать с определенным давлением, то учитывается именно это. Другими словами можно сказать, что жилой дом до 17 этажей – это одна зона, выше 17 этажей до 34 ;этажей – это вторая зона и т. д. Но если дом, например, в 22 этажа, то следует его делить на зоны по 11 этажей. Это позволяет равномерно поддерживать параметры систем в обеих зонах. При проведении зонирования следует также учитывать характеристики насосов.

Так много внимания в разговоре об автоматизации тепловых пунктов отведено технологической части потому, что при проектировании далеко нередки случаи, когда одну группу циркуляционных насосов, подобранную на максимальное давление для второй, а то и для третьей зоны, с помощью различных компенсаторов давления или регуляторов разности давлений пытаются использовать для всех зон. Это категорически недопустимо. Аварийные ситуации в таких случаях неизбежны. Здесь никакая автоматика не поможет.

Для пожаротушения насосы подбираются по зонам в зависимости от требуемого напора струи для тушения пожара. В однозонных системах часто воду для тушения пожаров предусматривается подавать по трубам для холодного водоснабжения. Это не лучший вариант, учитывая то, что давление для тушения пожара должно быть, все-таки, выше, чем просто для холодного водоснабжения, и, если предусмотрено еще и автоматическое включение насосов пожаротушения по падению давления (если система под давлением), то при большом водоразборе на хозяйственно-питьевые нужды возможны ложные команды на включение насосов пожаротушения. Для нескольких зон системы хозяйственно-питьевого водоснабжения и пожаротушения должны быть разделены и пуск насосов пожаротушения должен решаться по требуемым конкретным условиям для здания. Худшие из возможных и допустимых вариантов решений можно принимать как выход из положения только в каких-то обоснованных случаях, причем ориентироваться следует не на цену оборудования – принять что подешевле, а на технические и технологические обстоятельства. Ориентировка на низкие цены может привести в конце концов к увеличению суммарных затрат с учетом затрат на обслуживание и ремонт оборудования.

6Включение резервного насоса

В проектных решениях, согласно расчетам, нередко применяются группы насосов каких-либо систем, работающих параллельно на общий трубопровод, например два рабочих и один резервный, три рабочих и один резервный и т. д. В этом случае следует внимательнее относиться к включению резервного насоса при отказе любого рабочего. Давление в системе соответствует давлению, создаваемому одним насосом. При работе параллельно нескольких насосов увеличен расход жидкости. То есть при отказе одного из насосов в системе давление не изменится. Уменьшится расход жидкости, но в какой-то момент времени этого расхода окажется достаточно, а резервный насос, тем не менее, необходимо включить и, главное, отключить быстро по сигналу «авария» отказавший насос.

Для того чтобы в системе понизить давление и с помощью датчика давления подать команду на отключение отказавшего насоса и на включение резервного, необходимо резко и значительно увеличить потребность в перекачиваемой жидкости, что очень часто невозможно, да и не требуется.

Есть несколько способов ввести в работу резервный насос при отказе любого рабочего из группы насосов, параллельно работающих на общий трубопровод:

  • - Включение резервного насоса по контролю расхода жидкости за каждым насосом. Этот способ громоздкий, дорогой и далеко не всегда оправданный.
  • - Включение резервного насоса по контролю усиления крутящего момента на валу двигателя насоса. Некоторыми организациями, выпускающими комплектные насосные установки, такой прием по включению резервного насоса используется.
  • - Включение резервного насоса по контролю тока нагрузки двигателя.

В любую фазу после пускателя устанавливается реле тока, размыкающий контакт которого, настроенный примерно на 0,4 1 ном. двигателя, подключается в схеме вместо датчика давления или разности давлений.

При штатной работе насоса размыкающий контакт реле тока разомкнут.

При отказе насоса, результатом которого будет работа двигателя на холостом ходу (слетела крыльчатка с вала насоса, срезались пальцы в соединительной муфте, если двигатель и насос соединяются через муфту), размыкающий контакт реле тока замкнется и поступит команда на отключение отказавшего насоса и на включение резервного. Такой способ надежен и удобен, поскольку все решается в щите управления. Не нужно прокладывать контрольные кабели к аппаратуре, устанавливаемой на трубопроводах в обвязке насосов, и чем больше насосов в подобной группе, тем удобнее такой способ.

В настоящее время выпускаются невозвратно-запорные обратные клапаны. То есть при отказе насоса такой клапан захлопывается и остается в таком положении без нерегулируемого пропуска.

При использовании обычного обратного клапана он при отказе насоса захлопнется, поскольку его функция – защитить насос от гидравлического удара и за счет эжекции, создаваемой оставшимися в работе насосами, тарелка обратного клапана отойдет от седловины и давление за отказавшим насосом останется неизменным. То есть датчик давления, если он будет установлен на напорном трубопроводе после насоса, не успеет отреагировать на сброс давления в момент захлопывания обратного клапана. Поэтому если можно подобрать невозвратно-запорный обратный клапан с соответствующим диаметром условного прохода, то для включения резервного насоса можно использовать команду от датчика давления или разности давлений. Но в проекте должно быть указано, что используется именно невозвратно-запорный обратный клапан.

При организации работы насосов следует предусмотреть возможность взаиморезервирования насосов, то есть насосы во время работы должны через некоторое заданное время (сутки, двое и т. д.) менять свои функции – резервный, или резервные насосы должны включиться и стать рабочими, а рабочие насосы перейти на режим ожидания, как резервные. Это необходимо для равномерного износа насосов. Порядок включения резервного насоса при отказе рабочего сохраняется в любом случае, даже если резервный насос только что был рабочим.

Следует иметь в виду, что разработка систем теплового пункта должна выполняться на реальную, вводимую в эксплуатацию нагрузку. Это касается любых систем, не только теплового пункта. То есть если разрабатывается центральный тепловой пункт и при этом предполагается ввести в эксплуатацию в ближайшее время только часть предполагаемой тепловой нагрузки, то системы центрального теплового пункта должны разрабатываться именно для этой части тепловой нагрузки. Для оставшейся предполагаемой тепловой нагрузки, которая будет вводиться в эксплуатацию значительно позже, потребуется свой расчет и свое место для оборудования в помещении центрального теплового пункта. Это очень важно. Мало того, что автоматического регулирования заданных регулируемых параметров просто не будет из-за несоответствия реальной тепловой нагрузки возможностям оборудования, но и увеличится вероятность аварийных ситуаций. Если предполагается значительный временной интервал между вводом в эксплуатацию различных тепловых нагрузок, то лучше предусматривать индивидуальные тепловые пункты в строящихся и вводимых в эксплуатацию зданиях и сооружениях.

7Назначение и определение тепловых пунктов

В недавнем прошлом существовали центральные тепловые пункты для группы зданий и сооружений. В каждом из этих зданий и сооружений размещались узлы теплового ввода и распределения теплоносителя по потребителям этих зданий и сооружений, которые назывались индивидуальными тепловыми пунктами.

В настоящее время все несколько изменилось. Центральные тепловые пункты как были, так и остались центральными, а вот статус индивидуальных тепловых пунктов несколько изменился. Появились индивидуальные тепловые пункты, по своей технической и технологической сути ничем не отличающиеся от центральных тепловых пунктов, но работающие, как правило, на одно здание. «Как правило» – это потому, что могут быть исключения. Тепловые узлы распределения теплоносителя и горячей воды в системе горячего водоснабжения остались, и их назначение и значение не изменились, но называться они все же должны тепловыми узлами, а не индивидуальными тепловыми пунктами.

Итак, попробуем сформулировать определение и назначение тепловых пунктов.

Центральный тепловой пункт – блок устройств, размещенных в отдельно стоящем здании или в иных зданиях и сооружениях, допускающих размещение в них подобных устройств, присоединенных к тепловой сети и предназначенных для подготовки подаваемого потребителям теплоносителя с соответствующими параметрами и для подготовки горячей воды для системы горячего водоснабжения.

Центральный тепловой пункт является генеральным юридически оформленным коммерческим абонентом тепловых сетей, от оборудования которого теплоноситель и горячая вода поступают в тепловые узлы потребителей со своими коммерческими узлами учета потребления тепловой энергии и теплоносителя, юридически оформленными как самостоятельные абоненты тепловых сетей.

Индивидуальный тепловой пункт по своему техническому назначению не отличается от центрального теплового пункта, его оборудование также присоединено к тепловой сети, но он является индивидуальным коммерческим юридически оформленным абонентом тепловой сети. К ИТП могут быть присоединены потребители без коммерческого учета расхода тепловой энергии и теплоносителя, в том числе в других зданиях и сооружениях, или с узлом учета для технологических нужд, не являющихся абонентами тепловых сетей.

Индивидуальный тепловой пункт приобретает статус центрального в случае, если какой-либо из присоединенных к нему потребителей становится самостоятельным абонентом тепловых сетей.

В тепловом узле любого здания и сооружения выполняется только распределение теплоносителя и горячей воды и обеспечивается учет тепловой энергии, если тепловой узел присоединен к центральному тепловому пункту.

8Выбор средств автоматизации

Для поддержания заданной разности давлений на узле ввода в тепловом пункте или для поддержания разности давлений на линии подачи теплоносителя к калориферам приточных вентиляционных систем вполне приемлемо использовать регуляторы прямого действия в соответствии с оговоренными выше условиями. Для других узлов регулирования регуляторы прямого действия практически неприемлемы. Во-первых, практически все регуляторы прямого действия обеспечивают работу по двухпозиционному или по П-закону регулирования. Во-вторых, регуляторы с П-законом регулирования достаточно «капризны» и требуют к себе повышенного внимания. В-третьих, регуляторы прямого действия просто достаточно громоздки, а регуляторы высокого качества при этом достаточно дороги.

Существуют регуляторы прямого действия и более сложных законов (ПИ, ПИД). К этим регуляторам все вышесказанное относится в удвоенной, а то и в утроенной степени. Поэтому использовать регуляторы прямого действия следует только в тех случаях, когда другие регуляторы использовать нельзя, например во взрывоопасных помещениях.

В настоящее время существует достаточно электронных регуляторов для поддержания параметров теплоносителя в тепловых пунктах и разного типа контроллеров, которые можно использовать для этой цели.