/
Автор: Чистяков Н.Н. Грудзинский М.М. Ливчак В.И.
Теги: санитарно-техническое оборудование зданий и его монтаж отдельные виды строительства водоснабжение теплоснабжение
ISBN: 5-274-00633-7
Год: 1988
Текст
экономия
ТОПЛИВА
И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Н.Н. Чистяков,
М.М. Груд зи некий,
В. И. Ливчак,
И. Б. Покровская,
Е.И. Прохоров
ПОВЫШЕНИЕ
ЭФФЕКТИВНОСТИ
РАБОТЫ
СИСТЕМ
ГОРЯЧЕГО
ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Издание второе
переработанное и дополненное
МОСКВА
СТРОЙИЗ ДАТ
1988
ББК 38.765
П 429
УДК 696.4
Печатается по решению секции литературы ио инженерному
оборудованию редакционного совета Стройиздата
Рецензент — канд. техн, наук Л. А. Шопенский (ЦНИИЭП
инженерно! о оборудования)
Авт. 1-го издания, вышедшего в 1980 г., Н. Н. Чистяков,
М. М. Груд ишский, В. И. Ливчак, Е. И. Прохоров.
Повышение эффективности работы систем гор^
П429чего водоснабжения/Н. Н. Чистяков, М. М. Груд-
зинский, В. И. Ливчак и др. — 2-е изд., перераб. и
доп. — М.: Стройиздат, 1988. — 314 с.: ил.; 20 см. —
(Экономия топлива и электроэнергии: ЭТЭ).—
(В обл.): 90 к., 16700 экз.
ISBN 5-274-00633-7
I. Чистяков, Николай Николаевич и др.-----I. Водоснаб-
жение горячее
Описаны методы проектирования систем, освещены вопросы авто-
матизации и подбора оборудования с учетом унификации и типизации
тепловых пунктов. Приведены алгоритмы программ расчета, а также
машинного проектирования квартальных систем горячего водоснабже-
ния. Дана методика натурных исследований.
Для инженерно-технических и научных работников проектных,
строительных и научно-исследовательских организаций, а также
служб эксплуатации.
320600000
047(01)
ISBN
ББК 38.765
’убрикатор 67.53
0
с изменениями
ПРЕДИСЛОВИЕ
Совершенствование и интенсификация производства, ус-
корение научно-технического прогресса, выявление резервов и эконо-
мия ресурсов наряду с неуклонным подъемом материального и куль-
турного уровня жизни трудящихся выдвинуты в решениях XXVII
съезда КПСС в качестве долгосрочной программы нашей партии и
народа. Одним из проявлений этой программы в действии является
обеспечение населения страны комфортными жилищами. Важный
показатель комфортности жилища — наличие в нем систем горяче-
го водоснабжения, присоединенных к централизованному теплоснаб-
жению. В настоящее время в крупных городах такими системами
оборудуются большинство жилых зданий.
Работа систем горячего водоснабжения связана с большим по-
треблением теплоты и энергии. Так, в жилых домах годовые расхо-
ды теплоты на горячее водоснабжение и отопление примерно равны.
Поэтому обеспечение рациональной и экономичной работы систем
горячего водоснабжения является важной народнохозяйственной
задачей.
Современные системы горячего водоснабжения представляют со-
бой многоветвевые системы, эффективная работа которых обеспечи-
вается при правильном решении сложных задач потокор асп ре деле-
ния и охлаждения воды в них.
В книге с учетом анализа опыта проектирования, реконструк-
ции и эксплуатации централизованных систем горячего водоснабже-
ния в Москве и исследований, выполненных в Московском научно-
исследовательском и проектном институте типового и эксперимен-
тального проектирования (МНИИТЭП ГлавАПУ Мосгорисполкома),
даны предложения по повышению эффективности работы систем
горячего водоснабжения при централизованном теплоснабжении.
Системы местного горячего водоснабжения, когда подогрев воды
осуществляется на месте ее потребления, не рассматриваются.
Второе издание книги вызвано появлением новых конструкций
и методов расчета. Кроме того, в настоящее время вопросы теории
и практики проектирования систем горячего водоснабжения реша-
ются принципиально по-новому, появились схемы, обеспечивающие
более экономичную и качественную работу систем.
Поскольку работа систем горячего водоснабжения при центра-
лизованном теплоснабжении тесно связана с работой систем отопле-
1* 3
linn, "«"Стин» t« схемах, использующих теплоаккумулирующую спо-
1Д.1МНЙ для гашения неравномерности потребления теплоты
м’рпчмм водоснабжением, в книге освещены вопросы совместной
p.iOoiiu насосных установок, обслуживающих системы холодного
it ।причем) водоснабжения.
В приложениях приведены справочные материалы, позволяющие
проем нровщикам производить все необходимые расчеты, а также
даны примеры конструирования и расчета систем горячего водо-
снабжения, в том числе и для высотных зданий.
Книга написана в полном соответствии с новой главой СНиП
2 04.01- 85 «Внутренний водопровод и канализация зданий. Нормы
проектирования», введенной в действие с 1986 г., и во многом пояс-
няс! основные положения норм.
Книгу написали кандидаты техн, наук Н. Н. Чистяков (пп. 7.3;
8 1-8.4); М. М. Грудзинский (пп. 2.1; 4.1—4.3)» В. И. Ливчак
0л. 3, пп. 1 2; 2.2; 2.4; 4.4), Е. И. Прохоров (пп. 2.3; 6.6; 6.2)
А Я. Добромыслов (п. 7.5), инж. И. Б. Покровская (пп. 5.1; 7.2);
М. М. Грудшнский и И. Б. Покровская (п. 5.4), М. М. Грудзинский
и Н. Н. Чистяков (и. 5.5), М. М. Грудзинский, Н. Н. Чистяков и
И. Б. Покровская (и. 6.1), II. Н. Чистяков и И. Б. Покровская
(пп. 1.1; 5.2; 5.3; 7.1; 7.4; 7.6; 7.7; 8.5).
Авторы благодарят коллектив лаборатории инженерного обору-
дования МНИИТЭПа за помощь в работе над книгой и рецензента
канд. техн, наук Л. А. Шопенского за ценные замечания по ру-
кописи.
Глава 1
СХЕМЫ СИСТЕМ ГОРЯЧЕГО
ВОДОСНАБЖЕНИЯ
1.1. УСТРОЙСТВО СИСТЕМ
Системы горячего водоснабжения предназна-
чены для подачи потребителям горячей воды, темпера-
тура которой не ниже 50 °C. При пользовании горячей
водой потребитель имеет возможность снижать темпера-
туру воды до необходимой величины —42 °C, смеши-
вая горячую воду с холодной в смесителях, устанавли-
ваемых в местах водоразбора.
В систему горячего водоснабжения входят следующие
элементы (рис. 1.1):
устройство для нагрева воды, которым может слу-
жить котел (в системах с собственным источником теп-
ла) или теплообменник (в системах, подсоединяемых к
центральным тепловым пунктам — ЦТП);
подающая трубопроводная сеть, состоящая из разво-
дящего трубопровода и водоразборных подающих сто-
яков;
7
Рис. 1.1. Основные элементы системы горячего водоснабжения
/ — устройство для нагрева воды (котел, теплообменник); 2 —подающий тру*
бопровод; 3 — водоразборный подающий стояк; 4 — водоразборная арматура:
5 — циркуляционный стояк с полотенцесушителями; 6 — отключающая (за-
порная) арматура; 7 — циркуляционный трубопровод; в — циркуляционный на-
сос; 9 — обратный клапан
5
Рис. 1.2. Присоединение стояков к подающему трубопроводу при
нижних (л, б) и верхней разводках (в)
1 — подающий трубопровод; 2 — водоразборные стояки; 3 — разводящий тру-
бопровод здания; 4 — главный стояк; е —сборный циркуляционный трубопро-
вод; 6 — циркуляционная магистраль
циркуляционная сеть, состоящая из сборного цирку-
ляционного трубопровода и циркуляционных стояков;
водоразборная, регулирующая и запорная арматура;
циркуляционный или циркуляционно-повысительный
насос.
Водоразборные стояки могут присоединяться
непосредственно к подающему разводящему трубопро-
воду квартальной сети, проходящему последовательно
через ряд зданий, либо к самостоятельному подающему
трубопроводу здания, подключаемому к квартальной
сети в одной точке (рис. 1.2). В первом случае на уст-
ройство систем горячего водоснабжения расходуется
меньше металла, но при устройстве самостоятельных
трубопроводов в зданиях системы удобнее в эксплуата-
ции, так как при необходимости позволяют производить
отключение отдельных частей системы, не останавливая
работу всей квартальной сети.
Циркуляционные стояки и сборный цир-
куляционный трубопровод служат для транс-
портирования охлажденной в системе воды обратно к
водонагревателю (или котлу) для подогрева до необхо-
димой температуры.
Циркуляционный или циркуляционно-
повысительный насосы устанавливаются в си-
6
Рис. 1.3. Секционные узлы систем горячего водоснабжения с цирку-
ляционным (а) и циркуляционно-водоразборным стояком (б)
/ - водоразборный стояк; 2 — кольцующая перемычка; 3 — полотенцесуши-
тель; 4 — циркуляционный стояк; 5 — циркуляционно-водоразборный стояк
стеме для постоянного побуждения циркуляции (при
малом водоразборе и без него) и поддержания в любой
точке системы температуры не ниже заданной; цирку-
ляционно-повысительный насос выполняет
функции дополнительного, повысительного насоса. Для
обслуживания одного здания, когда протяженность тру-
бопроводов невелика и циркуляция может обеспечивать-
ся за счет разности в плотности нагретой и охлажденной
воды, возможно использовать системы без циркуляционно-
го насоса, так называемые системы с естественной или
гравитационной циркуляцией.
Полотенцесушители в большинстве случаев
являются составной частью систем горячего водоснаб-
жения. Возможны два варианта присоединения их к си-
стеме — к подающим водоразборным или к циркуляци-
онным стоякам. Присоединение полотенцесушителей к
водоразборным стоякам позволило существенно изме-
нить конструкцию внутридомовых систем путем объеди-
нения водоразборных стояков в группы (секционные уз-
лы) и обслуживать каждую такую группу одним цирку-
ляционным стояком. В связи с этим в системах появился
новый элемент — кольцующая перемычка (рис.
1.3, а). Значительная часть жилых зданий, построенных в
60—70 годах, имеет системы горячего водоснабжения с
секционными узлами, в которых в качестве циркуляцион-
ных используется один из водоразборных стояков (рис.
1.3,6). Такое конструктивное решение нельзя признать
7
удовлетворительным, так как при активном водоразборе
в циркуляционно-водоразборные стояки вода часто по-
дается только из циркуляционного трубопровода сети с
пониженной температурой.
Запорную арматуру устанавливают на ответв-
лениях к секционным узлам, отдельным зданиям или со-
оружениям, у основания подающих и циркуляционных
стояков в зданиях высотой три этажа и более, также
на ответвлениях в каждую квартиру или помещение, е
которых имеются водоразборные приборы. Для предот-
вращения движения воды в обратном направлении по
циркуляционному трубопроводу перед местом его под-
ключения к водонагревателю предусмотрен обратный
клапан.
При необходимости в системах горячего водоснабже-
ния применяют установки водоподготовки и
аккумуляторные баки горячей воды. Водо-
подготовка предусматривается в тех случаях, когда тру-
бопроводную сеть необходимо защищать от коррозии
или накипеобразования в зависимости от качества ис-
пользуемой водопроводной воды. Баки-аккумуляторы
служат для выравнивания неравномерности потребления
теплоты системой горячего водоснабжения при ограни-
ченной мощности источника теплоснабжения, оптимиза-
ции давления в трубопроводах сетей горячего и холодно-
го водоснабжения и повышения устойчивости их работы.
Системы с принудительной циркуляцией
Наиболее простой из рассматриваемых явля-
ется система с принудительной циркуляцией (рис. 1.4).
В этой системе циркуляция поддерживается только по
разводящим трубопроводам сети, от которых в виде ту-
пиковых ответвлений отходят водоразборные стояки. Не-
достатком этих систем является то, что горячая вода по-
стоянно находится только у оснований стояков, а в са-
мих же водоразборных стояках она остывает, и чтобы
получить горячую воду, потребитель должен сначала
слить всю остывшую воду из стояка. Недостатком
таких систем является также и то, что в их схемы
не входят полотенцесушители, которые могли бы вы-
полнять функции отопительных приборов в ванных
комнатах. При централизованном теплоснабжении это
частично восполняется тем, что для отопления ванных
8
Рис. 1.4. Квартальные системы горячего водоснабжения:
а — тупиковая; б — с циркуляцией по разводящим трубопроводам и с тупи-
ковыми стояками;
/ — водонагреватель; 2 — подающий трубопровод; 3 — водоразборный стояк?
4 — водоразборная арматура; 5 — подающий трубопровод системы отопления
ванных цомнат; 6 — циркуляционный трубопровод системы отопления; 7 — по-
лотенцесушитель; в —тепловая изоляция
комнат устанавливаются нагревательные приборы, под-
соединенные к системе отопления. Однако эти приборы
работают только в течение отопительного сезона, а в
осенне-весенний и летний периоды ванные комнаты не
отапливаются. Такое решение может быть приемлемым
только для IV климатичской зоны страны с очень жар-
ким летом, в остальных же зонах это решение лишает
жилища комфортности. В связи с повышением требова-
ний к благоустройству жилых зданий СНиП не допуска-
ют проектирования таких систем в новом строительстве.
Исключение составляют только административные и не-
которые общественные здания, где не требуется установ-
ка полотенцесушителй.
9
Опытную эксплуатационную проверку проходят в на-
стоящее время системы горячего водоснабжения, соору-
женные по тупиковой схеме, но совместно с системой
отопления ванных комнат круглогодичного действия (рис.
4, а). В этих системах разводящие подающие трубопро-
воды сети и водоразборные стояки имеют общую изоля-
цию с трубопроводами системы отопления ванных ком-
нат. Поскольку вода в трубопроводах не остывает, в этих
системах можно отказаться от циркуляционных трубо-
проводов и циркуляционных насосов.
Наиболее распространенными являются системы го-
рячего водоснабжения, имеющие постоянную циркуляцию
по разводящим трубопроводам и стоякам. Трассировка
разводящих сетей может быть различной в зависимости
от конфигурации квартала, так же как и различны схе-
мы прокладки стояков и подсоединения их к разводящим
сетям в зависимости от типа обслуживаемых зданий.
В некоторых зданиях до настоящего времени приме-
няют системы горячего водоснабжения с индивидуальны-
ми циркуляционными стояками у каждого водоразборно-
го стояка. Эта схема внутридомовых систем может иметь
удовлетворительные качественные показатели только в
небольших системах, обслуживающих одно здание или
очень небольшую группу компактно расположенных зда-
ний. Встречаются также проекты систем горячего водо-
снабжения, в которых полотенцесушители на каждом
этаже присоединены и к водоразборному и к циркуля-
ционному стоякам. Применение таких схем приводит к
значительным осложнениям для службы эксплуатации,
так как невозможно организовать в них более или менее
равномерное распределение циркуляции по стоякам.
Все большее значение приобретают крупные системы
с большой протяженностью трубопроводов, обеспечива-
ющие водоснабжение целых городских микрорайонов, но
при сооружении системы с большим числом циркуляци-
онных колец, сопротивления которых значительно отли-
чаются друг от друга, трудно добиться равномерного
распределения циркуляции по стоякам. Наиболее эф-
фективным конструктивным решением для обеспечения
расчетного распределения циркуляции по всем стоякам
системы являются секционные узлы с повышенным со-
противлением циркуляционных стояков (см. рис. 1.3,а).
Секционные узлы позволяет сократить в несколько раз
число циркуляционных колец в системе микрорайона, так
10
как группа водоразборных стояков узла, параллельно
присоединенных к одному циркуляционному стояку, мо-
жет рассматриваться как одно кольцо в общей системе.
Уменьшение числа циркуляционных колец и повышение
их гидравлического сопротивления позволяют более рав-
номерно распределить циркуляцию по стоякам, а следо-
вательно, и обеспечить хорошую прогреваемость всех по-
дающих трубопроводов системы без проведения наладоч-
ных работ или при минимальном их объеме.
Комбинированные системы
горячего водоснабжения
Развитие горячего водоснабжения началось с
систем, в которых циркуляция воды осуществлялась за
счет разностей объемных плотностей нагретой и охлаж-
денной воды. При централизованном теплоснабжении эти
системы уступили место системам с принудительной (на-
сосной) циркуляцией. Однако МНИИТЭП и АКХ
им. К. Д. Памфилова предпринимали попытки примене-
ния систем горячего водоснабжения с естественной цир-
куляцией в современных многоэтажных жилых и обще-
ственных зданиях. МНИИТЭПом исследовалась система
горячего водоснабжения, присоединяемая к тупиковому
подающему разводящему трубопроводу микрорайона, по
которому горячая вода подавалась во внутридомовые
системы из центрального теплового пункта. Каждая
внутридомовая система имеет собственный напорный
бак-аккумулятор, работающий по принципу вытеснения
(рис. 1.5). Горячая вода из водонагревателя поступает
Рис. 1.5. Система. горячего водо-
снабжения здания с естественной
циркуляцией воды, присоединяе-
мая к квартальным сетям с при-
нудительной циркуляцией
/ — подающий трубопровод кварталь-
ной сети; 2 — бак-аккумулятор; 3 —
1лавный стояк; 4 — верхняя кольцую-
щая перемычка; 5 — водоразборный
стояк; 6 — нижняя кольцующая пере-
мычка; 7 — циркуляционный трубопро-
вод; 8 — перемычка циркуляционно-
водоразборная
11
по разводящему трубопроводу в баки-аккумуляторы!
внутридомовых систем, откуда по главному стояку че-1
рез верхнюю кольцевую перёмычку она попадает в
водоразборные стояки. При активном водоразборе горя-
чая вода может подаваться в стояки и из нижней кольцу-
ющей перемычки, соединенной с главным стояком. При
отсутствии водоразбора вода в водоразборных стояка^
остывает быстрее, чем в главном стояке (покрытом теп-
ловой изоляцией), и в системе устанавливается направ-
ленная циркуляция из главного стояка в водоразборные
стояки. Вода из водоразборных стояков опускается в ниж-
нюю кольцующую перемычку и по циркуляционному тру-
бопроводу подается в бак-аккумулятор. Наличие пере-'
мычки способствует уменьшению интенсивности пониже-
ния температуры воды в системе при отсутствии водо-
разбора. При этом в главный стояк подмешивается
охлажденная вода из перемычки. Вместимость бака-ак-
кумулятора выбирается из расчета, чтобы к началу ут-
реннего водоразбора температура воды в нем была не
ниже 40 °C. Утренние процедуры в таких зданиях совер-
шаются только одной горячей водой без подмешивания
холодной. В баках-аккумуляторах происходит замена во-
ды с пониженной температурой горячей водой. Эти систе-
мы работают удовлетворительно с индивидуальным теп-
ловым пунктом. В жилом микрорайоне при последова-
тельно подключенных секционных узлах к тупиковому
подающему трубопроводу в двух-трех последних узлах
наблюдались значительные сливы воды в канализацию
из-за ее остывания, так как зарядка баков-аккумулято-
ров производилась остывшей водой в подающем трубо-
проводе большой протяженности. В результате по этому
микрорайону был дополнительно проложен циркуляци-
онный трубопровод и установлен циркуляционный насос,
что позволило поддерживать постоянно нормальную тем-
пературу горячей воды во всем подающем трубопроводе.
При необходимости прокладки циркуляционного тру-
бопровода рационально использовать схемы более про-
стые по конструкции и менее металлоемкие, например
систему с кольцевой однотрубной магистралью (рис.
1.6,а). Особенностью схемы является то, что в ней, как
и в схеме на рис. 1.4,6, имеется одно магистральное
кольцо, циркуляция воды в котором обеспечивается цир-
куляционным насосом. Стояки в этом случае присоеди-
нены к магистрали по однотрубной схеме, т. е. они либо
12
Рис. 1.6. Однотрубная кольцевая система (а) и секционный узел (б)
1 — кольцевая7 однотрубная магистраль; 2 — обратный клапан; з — циркуляци-
онный насос; 4 — водонагреватель; 5 — водоразборные стояки; 6 — верхняяг
кольцующая перемычка; 7 — водоразборная арматура; 8 — холостой стояк
(подающий)
попарно закольцованы, либо объединены в группы, но
обслуживаются еще и главным стояком. Однако все стоя-
ки присоединены к одной магистрали. Преимущество та-
кой системы заключается в ее простоте и повышенной
13
гидравлической устойчивости. Благодаря наличию толь-
ко одного внешнего циркуляционного кольца к основа-
ниям стояков всегда может быть обеспечена подача
воды с заданной температурой за счет установки соот-
ветствующего циркуляционного насоса, и наладка прак-
тически не требуется. Вертикальные циркуляционные
контуры таких систем состоят либо из пар закольцован-
ных между собой водоразборных стояков, либо из секци-
онных узлов. Как показывает опыт эксплуатации, в
Зданиях высотой 9 этажей и более гравитационное дав-
ление, возникающее в стояках при остывании воды, как
правило, достаточно для создания необходимой цирку-
ляции.
Несмотря на удовлетворительное качество работы
пары закольцованных стояков, такое решение имеет не-
достатки:
охлаждение воды в контуре при нормальных темпе-
ратурах воды в магистрали достаточно велико (не менее
10°C), вследствие чего в квартиры нижних этажей, об-
служиваемых опускным стояком, поступает вода с тем-
пературой 50—40 °C;
включение водоразборных точек приводит к останов-
ке или опрокидыванию циркуляции, которая восстанав-
ливается в течение длительного времени.
. В зданиях высотой 12—16 этажей с целью снижения
потерь напора в стояках при водоразборе целесообразно
кольцевать более двух стояков.
Таким образом в системах с кольцевыми однотруб-
ными магистралями рациональнее использовать секци-
онные узлы (см. рис. 1.6,6). Для более устойчивой цир-
куляции узел выполняют с дополнительным холостым
стояком, который присоединяется нижним основанием к
однотрубному разводящему трубопроводу, а верхним —
к кольцующей перемычке, объединяющей водоразборные
стояки. Вода в секционном узле циркулирует под дейст-
вием гравитационного давления. При включении водо-
разборной арматуры на стояках часть воды проходит и
по холостому стояку. При этом в нем всегда сохраняется
направление движения воды снизу вверх. Благодаря
меньшей протяженности холостого стояка и, следователь-
но, уменьшенным теплопотерям, температура воды в нем
всегда выше, чем в водоразборных стояках, поэтому при
прекращении водоразбора действием гравитационных
сил всегда восстанавливается циркуляция воды в секци-
14
оином узле. Под действием гравитационного давления во*
да из подающего трубопровода поднимается по холосто-
му стояку и, проходя через перемычку, опускается по
водоразборным стоякам. Минимальное гидравлическое
сопротивление холостого стояка (из-за отсутствия мест-
ных сопротивлений, меньшей длины и увеличенного диа-
метра) обеспечивает минимальные потери давления, в
результате чего создается более интенсивная циркуляция.
Температура воды, поступающей в верхние точки водо-
разборных стояков, незначительно (на 2—3°С) отлича-
ется от температуры воды в магистрали, так как холос-
той стояк имеет сплошную тепловую изоляцию. В мо-
менты усиленного водоразбора незагруженные водораз-
борные стояки могут работать параллельно с холостым,
снижая тем самым общие потери давления в секционном
узле в 4—10 раз (в зависимости от числа закольцован-
ных водоразборных стояков).
Несмотря на преимущества, обусловленные более
простой схемой, указанная система не получила широко-
го распространения из-за того, что для рационального ее
использования необходимо замкнуть магистральное коль-
цо. Для этого требуется полностью завершить нулевые
циклы всего микрорайона до пуска в эксплуатацию от-
дельных зданий, что практически трудно осуществимо.
1.2. ПРИСОЕДИНЕНИЕ СИСТЕМ
К ТЕПЛОВЫМ СЕТЯМ
В зависимости от способа присоединения си-
стем горячего водоснабжения к тепловым сетям разли-
чают закрытые и открытые системы теплоснабжения.
В закрытых системах трубопроводы горячего водоснаб-
жения присоединяют к тепловым сетям через водоводя-
ные теплообменники, в которых происходит нагрев воды
для горячего водоснабжения. В открытых системах теп-
лоснабжения вода для горячего водоснабжения отбира-
ется непосредственно из тепловой сети, поэтому требу-
ется оборудовать тепловые станции мощными источни-
ками воды и организовывать на них водоподготовку, что
ограничивает применение этой прогрессивной системы
теплоснабжения.
В открытой системе вода для горячего водоснабжения
забирается из подающего и обратного трубопроводов
тепловой сети и смешивается в терморегуляторе (рис.
15
a)
В систему горячего
водоснабжения
б)
Из тепловой сети
В тепловую сеть j
Из водопровода
1 г
В систему
отопления
Из системы
отопления
7 Циркуляция горячего
4MI 1 1 **1
водоснабжения
В систему горячего
водоснабжения
В тепло
вую сеть
Из тепло
вой сети
Циркуляция горячего
водоснабжения
отопления
Рис. 1.7. Основные схемы теплового пункта при открытой системе
теплоснабжения с зависимым (а) и независимым присоединениями
систем отопления (б)
/ — обратный клапан; 2 — терморегулятор; <? —элеватор; 4 — дроссельная
шайба; 5 — циркуляционно-повысительный насос; 6 — водомер горячей воды;
7 — регулятор расхода тепла на отопление; 8 — отопительный водонагрева-
тель; 9 — циркуляционный насос отопления; 10 — перемычка для подпитки
системы отопления; 11 — теплосчетчик учета теплоты
1.7). В качестве терморегулятора обычно используют
приборы ТРЖ или ТРД конструкции ОРГРЭС. В ре-
зультате смешивания обоих потоков давление воды за
терморегулятором близко к давлению воды в обратном
трубопроводе, поэтому для осуществления циркуляции в
в системе горячего водоснабжения циркуляционный тру-
бопровод подключается (рис. 1.7, а) к обратному трубо-
проводу тепловой сети за местом отбора воды и после
дроссельной шайбы. Диаметр шайбы выбирается из рас-
чета создания на ней сопротивления, соответствующего
потерям давления в системе горячего водоснабжения.
При давлении в обратном трубопроводе тепловой се-
ти, недостаточном для подачи воды в систему горячего
водоснабжения, на трубопроводе горячей воды после
терморегулятора устанавливают повысительно-циркуля-
ционный насос (рис. 1.7,6), который выполняет функции
подпиточного насоса системы отопления с независимым
присоединением.
При недостаточной мощности источника водоснабже-
ния на тепловой станции и для снижения температуры
воды, возвращаемой на станцию, в г. Свердловске, при-
меняют комбинированную схему присоединения систем
16
Слив
Рис. 1.8. Комбинированные схемы теплового пункта при открытой
системе теплоснабжения с отбором воды только из подающего тру-
бопровода (а), с отбором воды только из обратного трубопровода
(б) ис использованием всей воды из тепловой сети (в)
/ - обратный клапан; 2 — регулятор температуры воды; 3 — элеватор; 4 —
ыдвижка (нормально закрытая); 5 — водонагреватель; 6 — регулятор расхода
коды; 7 — бак-аккумулятор воды; 8 —-регулятор слива воды
Горячего водоснабжения (рис. 1.8,а), при которой на
’тепловых пунктах часть воды забирается из городской
водопроводной сети. Эту воду сначала нагревают в во-
донагревателе теплоносителем из обратного трубопро-
вода системы отопления, а затем смешивают с водой из
подающего трубопровода теплосети. Строительство теп-
лового пункта для такой схемы требует больших капи-
тальных затрат, чем для схемы с непосредственным во-
доразбором, но меньших, чем для закрытой схемы. По
данным Теплосети «Свердловэнерго» внедрение комби-
нированной схемы позволяет уменьшить объем водопод-
готовки на станции на 35—40 %, а также снизить расход
электроэнергии на перекачку теплоносителя на 20%.
При значительных отборах воды на горячее водо-
снабжение из подающего трубопровода, как правило, со-
кращается расход сетевой воды, поступающей в систему
отопления, что приводит к разрегулировке последней и
пепрогревам отдельных помещений. Для устранения это-
го недостатка Теплосетью «Волгоградэнерго» предложе-
но на тепловых пунктах устанавливать предвключенные
водонагреватели горячего водоснабжения (см. рис.
1.8,6). Воду на горячее водоснабжение в течение всего
отопительного периода отбирают только из обратного
трубопровода и при необходимости догревают до задан-
2—807 1.7:
ной температуры в водонагревателях сетевой воды из по-
дающего трубопровода. При этом неблагоприятное влия-
ние водоразбора из тепловых сетей на работу систем
отопления сводится к минумуму, так как с возрастанием
нагрузки расход сетевой воды, циркулирующей в систе-
ме отопления, увеличивается. Снижение температуры
сетевой воды, поступающей в систему отопления, должно
компенсироваться повышением температуры воды в
подающем трубопроводе тепловой сети по сравнению с
требуемой по отопительному графику.
Непосредственный водоразбор из тепловой сети поз-
воляет создать принципиально новую однотрубную сис-
тему теплоснабжения, в которой вся вода, прошедшая
систему отопления, используется для горячего водоснаб«
жения или на технологические нужды (см. рис. 1.8, в).
Преимуществом однотрубного теплоснабжения является
то, что благодаря отсутствию обратной трубы в два раза
уменьшается расход труб, а следовательно, и стоимость
тепловых сетей. Основная трудность при эксплуатации
указанных систем возникает из-за необходимости вы-J
равнять расходы воды на отопление и горячее водоснаб-
жение. При расчетной температуре сетевой воды 150 °C
расход воды на отопление для климатических условий!
Москвы примерно в два раза больше расхода воды на
горячее водоснабжение (на одного жителя суточный
расход воды на отопление 230—270 л, на горячее водо-
снабжение 105—130 л), поэтому применение однотруб-
ной системы теплоснабжения требует повышения рас-
четной температуры сетевой воды до 180—200 °C и на-;
личия баков-аккумуляторов горячей воды. При этом!
расхождение баланса по расходу воды будет незначи-;
тельным и слив минимальным. 1
По данным МИСИ им. В. В. Куйбышева, стоимость
открытой системы теплоснабжения составляет 76,5, од-
нотрубной— 45,8 % стоимости закрытой системы тепло-
снабжения. Однако, несмотря на перспективность и эко-
номичность однотрубной системы теплоснабжения, она
не нашла широкого применения из-за расхождения рас-
ходов воды на отопление и горячее водоснабжение. Осо-
бенно эффективно ее применение при сверхдальней тран-
спортировке тепла и в южных районах, где отопительная
нагрузка сравнительно невелика и для исключения
слива не требуется завышенных параметров теплоноси-
теля.
18
В Москве была выполнена опытная проверка так на-
пиваемой «полуторной» системы: однотрубная система
•г котельной до ЦТП и двухтрубная система с непосред-
d венным водоразбором в квартале. Для выравнивания
нагрузки горячего водоснабжения в ЦТП был установ-
лен бак-аккумулятор. Проверка показала, что при рас-
четной температуре теплоносителя 200 °C слив незначи-
1елен и начинается только при температуре наружного
воздуха tex<—12°С.
Схемы присоединения водонагревателей горячего
водоснабжения в закрытой системе теплоснабжения по-
казаны на рис. 1.9—1.12. В связи с резко переменным
( рафиком водопотребления обязательным условием под-
ключения водонагревателей горячего водоснабжения яв-
ляется оборудование их регуляторами температуры
горячей воды. Параллельную (рис. 1.19) и двухступен-
чатую смешанную (см. рис. 1.10) схемы применяют при
независимом регулировании нагрузок отопления и горя-
чего водоснабжения. Расчетный расход сетевой воды
для нужд горячего водоснабжения определяют (при
отсутствии аккумуляторов горячей воды) по максималь-
ной часовой нагрузке. При работе по этим схемам на-
блюдаются значительные колебания расхода сетевой
воды на горячее водоснабжение из-за неравномерности
потребления горячей воды в течение суток (при отсут-
ствии на вводе баков-аккумуляторов) и сезонной нерав-
номерности расхода сетевой воды на горячее водоснаб-
жение (с понижением наружной температуры растет
температура воды в тепловой сети, а следовательно, и
расход сетевой воды на горячее водоснабжение сокра-
щается). Для сохранения стабильного расхода воды в
системе отопления перед элеватором устанавливают ре-
гулятор. Параллельную схему применяют, если расход
теплоты на горячее водоснабжение значительно превы-
шает расход теплоты на отопление. Смешанную схему
применяют при нагрузке горячего водоснабжения соиз-
меримой с расходом тепла на отопление с целью исполь-
зования теплоты воды, прошедшей систему отопления, и
одновременного снижения ее температуры.
Для предвключенной и последовательной двухсту-
пенчатой схем (см. рис. 1.9 и 1.11) присоединения во-
донагревателей расчетный расход сетевой воды на або-
нентский ввод определяют по среднему, а не максималь-
ному расходу теплоты на горячее водоснабжение.
19
Рис. 1.9. Одноступенчатая схема присоединения водонагревателей
горячего водоснабжения
/ — регулятор расхода; 2 — регулятор температуры; 3 — водонагреватель; 4 —
повысительно-циркуляционный или циркуляционный насос системы горячего
водоснабжения; 5 — обратный клапан; б — водомер холодной воды; 7 — водо-
мер горячей воды; 8 — задвижка переключения на предвключенную схему
(нормально открыта); 9 — задвижка переключения на параллельную схему
(нормально открыта)
Рис. 1.10. Двухступенчатая смешанная без ограничения сетевой воды
схема присоединения водонагревателей
1 — регулятор температуры; 2 — водонагреватель горячего водоснабжения
И ступени; 3 —обратный клапан; 4 — повысительно-циркуляционный или цир-
куляционный насос системы горячего водоснабжения; 5 — водомер горячей
воды; 6 — регулятор расхода; 7 — водонагреватель I ступени; 8 — водомер
холодной воды
20
Гис 1.11. Двухступенчатая последовательная схема присоединения
• ^нагревателей горячего водоснабжения
I ч - то же, что и на рис. 1.10; 9 — задвижка переключения на последовав
<•' н.пую схему (нормально открыта); 10 — задвижка переключения на летний
। < ж нм
Рис. 1.12. Двухступенчатая смешанная с ограничением максимально-
।«» расхода сетевой воды схема присоединения водонагревателей, го-
рн чего водоснабжения
I Н — то же. что и на рис. 1.10; 9 — регулятор расхода тепла на отопление;
/и - тепломер; // — регулятор ограничения максимального расхода сетевой
•оды; /2 — циркуляционно-подмешивающий иасос отопления
21
Неравномерность потребления теплоты системой горя-
чего водоснабжения вызывает изменение температуры
воды, поступающей в системы отопления, поскольку ре-
гулятор расхода, установленный на перемычке вокруг
предвключенного системе отопления водонагревателя,
поддерживает постоянный расход сетевой воды на вво-
де. В часы максимального водоразбора система отопле-
ния недополучает теплоты, а в часы водоразбора ниже
среднего уровня она, наоборот, получает теплоты боль-
ше необходимого. В целом за сутки система отопления
получает свою норму расхода теплоты, и, как показали
выполненные во Всесоюзном теплотехническом инсти-
туте (ВТИ) и МНИИТЭПе исследования, колебания
температуры в отапливаемых помещениях не превышают
1 °C. Это объясняется аккумулирующей способностью
здания и системы отопления, а также тем, что в часы
максимального водоразбора в квартирах имеются наи-
большие бытовые тепловыделения.
При соотношении среднего расхода теплоты на горя-
чее водоснабжение к расчетному на отопление 0,3 (а по
максимальным величинам 0,7—0,9) расчетный расход
сетевой воды на горячее водоснабжение при двухступен-
чатой последовательной схеме будет меньше, чем при
смешанной схеме, в 2 раза и в 3,2 раза, чем при парал-
лельной схеме (предвключенная схема применяется при
меньшей доле нагрузки горячего водоснабжения).
Однако при применении последовательных схем в ус-
ловиях центрального регулирования отпуска теплоты по
отопительному графику нарушается необходимое соот-
ветствие. между подачей теплоты на отопление и тепло-
потерями зданий, что вызывается сезонной неравномер-
ностью расхода сетевой воды на горячее водоснабжение
(отмеченной при описании смешанной схемы). Посколь-
ку расход сетевой воды на абонентский ввод поддержи-
вается постоянным, избыток его с понижением наруж-.
ной температуры поступает в систему отопления, вызы-
вая перегрев отапливаемых помещений. Поэтому в
районах, в которых кроме отопления имеется горячее
водоснабжение, следует использовать повышенный
график, при которого расход теплоты на горячее водо-
снабжение компенсируется не расходом сетевой воды, а
повышением температуры воды в подающем трубопро-
воде по сравнению с предусмотренной отопительным
графиком (см. в гл. 3). При этом обеспечивается расход
22
11 плоты на горячее водоснабжение без дополнительного
. («сличения (или с незначительным увеличением) рас-
ового расхода воды в тепловой сети по сравнению с
• «счетным расходом на отопление и устраняется сезон-
ный перерасход теплоты. Таким образом применение
inк'ледовательной двухступенчатой схемы присоедине-
нии водонагревателей горячего водоснабжения при ло-
мче теплоты по повышенному температурному графику
позволяет значительно увеличить пропускную способ-
ность существующих тепловых сетей или снизить удель-
ную стоимость проектируемых наружных сетей.
В последнее время находит все большее применение
< мешанная схема с ограничением максимального расхо-
м сетевой воды, также дающая возможность использо-
вать теплоаккумулирующую способность отапливаемых
«ланий и систем отопления для устранения влияния не-
равномерности потребления теплоты системами горяче-
го водоснабжения на работу тепловой сети. В отличие от
обычной смешанной схемы в этой схеме регулятор рас-
хода устанавливают не перед системой отопления, а на
вводе до места отбора сетевой воды на II ступень водо-
нагревателя горячего водоснабжения (см. рис. 1.12).
Регулятор поддерживает расход воды не выше задан-
ного. С ростом водоразбора регулятор температуры рас-
кроется, увеличивая расход сетевой воды через II сту-
пень. Но увеличение этого расхода произойдет не за счет
повышения общего расхода сетевой воды (так как
регулятор-ограничитель не пропустит больший расход),
а за счет сокращения расхода сетевой воды на отопле-
ние, что делает эту схему равноценной с последователь-
ной по расчетному расходу сетевой воды. Постоянный
расход воды в системах отопления обеспечивается ра-
ботой циркуляционного насоса и дифференциального
регулятора давления.
В системах горячего водоснабжения эффективно
применение аккумуляторов горячей воды. Выравнивая
графики тепло- и водопотребления, они позволяют в 3—
4 раза уменьшить площадь поверхности нагрева водо-
нагревателей горячего водоснабжения, а при параллель-
ной и смешанной схемах значительно сократить расход
сетевой воды. Возможно использование либо открытых
(рис. 1.13,а), либо закрытых (рис. 1.13,б) баков-акку-
муляторов горячей воды. При открытых базах кроме
уменьшения площади поверхности нагрева водонагрева-
23
Рис. 1.13. Схемы тепловых пунктов при закрытой системе теплоснаб-
жения с баками-аккумуляторами горячей воды — верхним (а), ниж-
ним (б) и с емким водонагревателем (в)
/ — регулятор температуры воды; 2 — водонагреватель; 3 — бак-аккумулятор;
4 — обратный клапан; 5 — циркуляционный насос системы горячего водоснаб-
жения; б — емкий водонагреватель; 7 — гидравлический обратный клапан; 8 —
задвижка
телей снижается пиковое водопотребление из городской
водопроводной сети. Верхнее расположение бака пред-
почтительнее из-за частичной деаэрации воды, что ос-
лабляет процессы внутренней коррозии в системах горя-
чего водоснабжения. Для обеспечения постоянного
расхода воды через водонагреватель при верхнем рас-
положении бака в системе на трубопроводе холодной
воды устанавливают регулятор расхода.
В схеме с закрытым аккумулятором бак имеет более
сложную конструкцию, так как он рассчитывается на
повышенное давление. Роль авторегулятора, поддер-
живающего постоянный расход местной воды через во-
донагреватель, в этой схеме выполняет циркуляционный
насос. Если сумма расхода воды из водопровода и цир-
куляционной линии меньше установленной подачи на-
соса, то недостающая часть воды забирается из акку-
мулятора (зарядка), если больше, то излишняя часть,
наоборот, вытесняет воду из аккумулятора (разрядка).
Объем бака для жилого дома должен в 4—6 раз пре-
вышать средний часовой расход горячей воды.
Уменьшить площадь поверхности нагрева водонагре-
вателей возможно, если сократить хотя бы пиковый рас-
ход теплоты в часы максимального водоразбора. Это
24
достигается применением емких теплообменников горя*
•кто водоснабжения, позволяющих одновременно осу*
ществлять естественную циркуляцию в местной системе.
Причем в I ступени следует сохранить скоростные водо-
нагреватели (рис. 1.13,в), так как в случае объединения
I и II ступени ночью при отсутствии водоразбора вода
и । системы отопления будет охлаждать воду в водона-
। ревателе горячего водоснабжения.
Глава 2
РАСХОДЫ ВОДЫ И ТЕПЛОТЫ
В СИСТЕМАХ
ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
2.1. РАСЧЕТНЫЕ РАСХОДЫ ВОДЫ
Расчетные расходы воды на водоразбор в си-
стемах горячего водоснабжения необходимы для опре-
деления расчетных потерь давления р трубопроводах,
площади поверхности теплообмена водонагревателей,
регулирующих емкостей, общего расхода воды за сутки.
Расход воды на водоразбор в каждый момент време-
ни или за конкретный период является случайной вели-
чиной, поэтому расчетные расходы определяют в соот-
ветствии с теорией вероятности. При этом расчетное
шачение расхода воды должно быть найдено с заданной
обеспеченностью. Заданная обеспеченность ограничива-
ет число случаев (в долях от общего числа), при кото-
рых фактический расход может превысить расчетный.
Методика определения расчетных расходов воды разра-
ботана Л. А. Шопенским. Основой методики являются
вероятность включения водоразборных приборов и мате-
матическое ожидание числа их включений, совершаемых
в части системы или во всей системе за некоторый про-
межуток времени. Так как математическое ожидание —
>ю среднее арифметическое число включений водораз-
борных приборов, в дальнейшем вместо термина «мате-
матическое ожидание» будем применять термин «сред-
нее число» включений.
При вычислении расчетных расходов горячей воды
для определения расчетных потерь давления на участ-
25
ках трубопровода необходимо знать вероятность Р вклю-
чения одного водоразборного прибора и расчетное число
Nac одновременных включений водоразборных приборов,
подключенных к рассчитываемому участку в час наи-
большего расхода воды и в сутки наибольшего водопо-
треблепия:
P = <^u/(36OO^W);
Nac = PNlt
где N j — число водоразборных приборов, подключенных к рассчитываемому
участку.
Вычисление расчетных расходов холодной воды про-
изводится аналогично.
Значения q* определены экспериментально и приве-
дены в прил. 3 СНиП 2.04.01—85. Значения должны
также определяться экспериментально. Однако из-за
сложностей проведения эксперимента такие данные пока
отсутствуют, поэтому СНиПом рекомендовано для части
системы с одной нормой водопотребления q* принимать
“Й , равным расходу воды в том водоразборном приборе,
для которого он является наибольшим (табл. 2.1). Ис-
пользование данных табл. 2.1 на практике приводит к за-
вышению расчетных расходов, особенно заметному на
участке с малым числом присоединенных приборов, по-
этому более правильно принимать <?*,равным среднему,
расходу через различные приборы,, установленные в ча-
сти системы с одинаковой нормой водопотребления. Так,
для жилых зданий q° следовало бы принимать равным
не 0,2, а 0,136 л/с.
Таблица 2.1
Определение вероятности действия приборов
Потребитель Число потреби- телей, чел. Норма расхода горячей воды в час наиболь- шего по- требления, л/ч Число водораз- борных приборов у каждого потреби- теля Расход воды в приборах для каж- дого по- требителя, л/с Вероят- ность действия приборов у каждого потреби- теля, об- щей сис- темой
Жители домов: 9-этажных 300 10 257 0,2 0,0162
14-этажных 400 10,9 343 0,2 0,0176
Учащиеся школы 1000 1,2 44 0,1 0,15
26
Расчетное число Nac одновременных включений водо-
разборных приборов на рассчитываемом участке может
быть найдено по табл. 2.2. Расчетный расход воды на
участке, называемый расчетным секундным расходом,
будет
Для участков сети, к которым подключаются группы
водоразборных приборов N/t, обслуживающих потреби-
телей с разной нормой водопотребления, т. е. с разной
вероятностью Р<, но с одинаковым расходом воды в при-
борах, предварительно находят ^среднее число одновре-
менно действующих приборов Na в группах приборов,
обслуживающих потребителей с одной нормой водопо-
требления. В этом случае
Nac= 2NJt=Z(Pt Na).
Если группы водоразборных приборов отличаются
также расходом воды в приборах, то дополнительно вы-
числяют средневзвешенный расход воды через приборы,
подсоединенные к рассчитываемому участку. Для этого
предварительно определяют средний расход воды qa к
группам приборов отдельных потребителей и средний
расход воды qj ко всем приборам, подключенным к дан-
ному участку, по формулам:
ЯН = NH qj.
Тогда средневзвешенный расход воды в одном приборе
составит
«НМ
Практическое применение методики показано в табл.
2.1 и прил, 1. Методика позволяет упростить расчет, так
как не возникает необходимости пересчета значений Pi
при изменении средневзвешенных значений qh0 в зависи-
мости от сочетания приборов разных потребителей для
отдельных участков. Если указанный пересчет не произ-
водить, а всегда пользоваться средневзвешенным значе-
нием для всей системы, то ошибки возникают не только
на общих, но и на начальных участках, обслуживающих
приборы только одного однородного потребителя. Расчет-
ный расход воды на таких участках будет зависеть от
27
зданий, которые подсоединены к общим участкам сети,
что, по существу, исключает возможность типового про-
ектирования. <
При вычислении расчетных расходов для определе-'
ния поверхности теплообмена водонагревателей и регу-!
лирующих емкостей необходимо знать среднее число
включений Nach, совершаемых в системе за час наиболь-
шего водопотребления:
Nach^OhuUl^T],
где Т — продолжительность одного включения, с.
Вероятность совершения одного включения
: РЛг = АГК/^ = ^оаТ/(^{/),
где к предельно возможное число включений в течение часа от одного во-
доразборного прибора.
Поскольку к и Т экспериментально не определены,
целесообразно принять, что к^Г — постоянная величи-
на, зависящая от назначения водоразборного прибора.
Эта величина обозначена qx и определена, как характер-
ный за час расход воды в водоразборном приборе (зна-
чения qx приведены в прил. 2 СНиП 2.04.01—85. Получим
Nach — Рhr N • ,
Расчетное число включений в час определяется так-
же по значению зависимостей Nac/Nj, но_в качестве ос-
новных параметров вместо Nac служат NaCh, отношение
Nac/Nac Обозначает Nach/^ach.
Расчетный часовой расход воды
4hr = (^ach l^ach ) ^ach ‘
При наличии в системе неоднородных потребителей
Nach ~ achi ~ 2 (Phri ^i) >
а средневзвешенный характерный расход воды у при-
бора
Чх = 2 (Phrl NI 4xi) /^(Phri ^i)-
2.2. ГРАФИКИ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ
Потребление воды на горячее водоснабжение
неравномерно по часам суток и дням недели. На рис. 2.1
и 2.2 показаны изменения расходов воды по часам суток
08
Рис. 2.1. Изменения расхода воды, идущей на водоразбор (а) и цир-
кулирующей (б) в системе горячего водоснабжения в рабочие дни
— расход воды в данный час; — средний часовой расход воды за ра-
бочий день; ghj. — средний часовой расход воды за неделю; Д/— разность
температур воды на выходе из водонагревателя и приходящей с циркуля-
цией
в рабочие и выходные дни для ЦТП, обслуживающего
группу жилых зданий на 1300 квартир (4550 жителей),
в табл. 2.2 среднечасовые за сутки расходы воды на во-
доразбор за тот же период.
На рис. 2.3 приведен обобщенный график изменения
коэффициента часовой неравномерности водоразбора в
том же ЦТП по усредненным значениям за выходные и
2d
Рис. 2.2. Изменение расхода воды в системе горячего водоснабжения
в выходные дни
а и б — то же, что и на рис. 2.1
рабочие дни (пунктиром показано превышение в отдель-
ные часы наибольшей средней часовой неравномерно-
сти). На рис. 2.4 изображены те же графики, что и на
рис. 2.3, но в сопоставлении с данными еще по трем
ЦТП за период обработки около месяца по каждому
ЦТП. Характерной особенностью графиков водопотреб-
30
Рис. 2.3. Изменения коэффициента часовой неравномерности расхода
воды в системе горячего водоснабжения
1 — в рабочие дни; 2 — в выходные дни
Таблица 2.2
Среднечасовые за сутки расходы воды на водоразбор в системе
горячего водоснабжения ЦТП на 1300 квартир*
Дни недели Расход воды по неделям
30—31. ш | 1-7. IV 8—14. IV 15—21. IV 22—28. IV
Понедельник 21/56 20,1/58,5 20,3/58 22,8/59
Вторник 23,1/56 20,4/55,5 20,5/59 21,4/60,5
Среда — 21,6/55,5 20,7/57 22,4/60 22,4/60
Четверг — 21,5/53 23,9/— 22/58 23/58,5
Пятница — 21,6/53 27/— 22,6/58 21,7/57
Суббота 31,8/57 34/53 33,1/57 31/57 32,2/55,5
Воскресенье 34,25**/56,5 29,8/55 21/59,5 28,8/— 30/59,5
Средний за не- — 24,6 23,7 23,9 24,8
делю
* В числителе — расход воды, т/ч; в знаменателе — температу-
ра воды на выходе из ЦТП, °C.
* * 31.III — последний день школьных каникул.
ления является наличие общей закономерности измене-
ния водоразбора по часам суток при резкой неравномер-
ности в пределах суток. Наблюдается два максимума
водоразбора: утреннике 7 до 10 ч, в 1,5 раза превыша-
ющий средний часовой расход воды, и вечерний с 18 до
31
22 ч, в 2 раза и более превышающий средний часовой
водоразбор. В отдельные часы вечернего максимума во*
доразбор выше среднего в рабочие дни в 2,2—2,4 раза,
в воскресные — в 2,6—2,8 раза. Днем в рабочие дни
недели водоразбор находится на уровне среднего часо*
вого расхода воды. Возможны отдельные отступления от!
общих закономерностей водопотребления, связанные,
например, с окончанием школьных каникул или с пере*!
дачами по телевидению.
Таблица 2.3
Результаты испытаний ЦТП
Параметры ЦТП-2 (1300 квартир, 9—-12-этажные) здания) ЦТП-18 (1296 квартир, 9-этажные вдания) ЦТП-20 (1512 квартир, 9-этаж* ные здания)
Врем1 а проведения ио пытаний
30. III~30.IV 1974 9.IV—I.V. 1976 16.IV—16. V. 1976
Температура горячей во- 55—60 55—60 55—60
ды на выходе из ЦТП, поддерживаемая в пери- од испытаний, °C Средний за время испы- 109 (падение до 40° С) 103 (падение до 50 °C) 101
таний расход горячей воды на одного жителя в сут, л Коэффициент суточной неравномерности по от- ношению к средненедель- ной величине водораз- бора: в рабочие дни 0,9 0,91 0,92
выходные 1,25 1,23 1,18
Наивысший коэффици- 2,62 2,86 3,4*
ент часовой неравномер- ности водопотребления Потери теплоты трубо- проводами системы горя- чего водоснабжения на одну квартиру, Вт: фактические 375 226** 340
расчетные 322 — 332
* Увеличение коэффициента часовой неравномерности связано с
тем, что часть зданий переведена под общежитие.
♦* Уменьшение потерь теплоты трубопроводами объясняется тем,
что в жилых домах от этого ЦТП проложены стояки уменьшенного
диаметра.
32
-807
§□ Рис. 2.4. Обобщенные графики изменения расхода воды в системах горячего водоснабжения
1 и 1а — в ЦТП-18 за W75 г. соответственно в рабочие и выходные дни; 2—2а — в ЦТП-20; 3—За—в ЦТП-2; 4 и 4а — в ЦТП-18
за 1976 г.; 5 — обобщенный по всем измерениям
Результаты исследований режимов водоразбора по
всем ЦТП представлены в табл. 2.3. Среднесуточный за
месяц расход воды на одного жителя составляет 101, 103
и 109 л (105 л по СНиП 11-34-76). Коэффициент часовой
неравномерности также близок к нормативным значени-
ям (табл. 2.4). Коэффициент суточной неравномерности
Таблица 2.4
Коэффициент часовой неравномерности водопотребления
Коэффициент часовой неравномерности при числе жителей
150 1 250 350 500 700 1000 3000 I 6000 10000
5,15 4,3 4,1 3,75 3,5 3,27 2,85 2,7 2,6
водоразбора в рабочие дни 0,91, в выходные 1,22 по от-
ношению к среднему за неделю.
В табл. 2.3, в отличие от табл. 2.2 и графиков (рис.
2.1—2.3), представлены приведенные расходы воды для
систем горячего водоснабжения. Они получены не непо-
средственно по измерениям расходов воды, потребляе-
мой жителями, а по расходу теплоты. Для определения
расходов воды применялась следующая методика.
Подсчитывали средние за час температуры и расход
воды на водоразбор и циркуляцию. >
Определяли расход теплоты на водоразбор, Вт, ум-
ножением расхода холодной воды, идущей на горячее
водоснабжение qh, л/с, на перепад температур воды, вы-
ходящей из ЦТП th и холодной tc,
где с — удельная теплоемкость воды, Дж/(кг’°С); у — плотность воды, кг/л.
Произведение расхода циркуляционной воды qcir на
перепад температур на выходе th и на входе tcir в
ЦТП представляет собой расход теплоты Qcir на цир-
куляцию.’
Qrfr = qCir ( fh _ fCiry
Общий расход теплоты на горячее водоснабжение на-
ходили суммированием обоих расходов;
Qh = ^‘+Qcir.
Следует различать расход теплоты на циркуляцию
Qeir и теплопотери трубопроводами системы горячего
водоснабжения Q*. Последняя величина складывается из
34
потерь теплоты подающими трубопроводами разводя-
щих сетей Qpt, циркуляционными трубопроводами Qci и
трубопроводами внутридомовой системы здания Qtzi
= QP‘+ Q“ +
и может быть определена натурными испытаниями по
измерениям расхода теплоты на циркуляцию в ночном
режиме при отсутствии водоразбора. Естественно, что
величина Q* больше среднесуточного значения Qcir, по-
скольку вода, которая идет на водоразбор, охлаждаясь
при транспортировке, компенсирует часть теплопотерь
трубопроводами. Вычитая из суммарного расхода тепло-
ты на горячее водоснабжение фактические теплопотери
трубопроводами, устанавливали расход теплоты с водо-
разбором без потерь тепла при транспортировке:
Qto = qa_q« .
Учитывая, что в СНиП 2.04.01—85 нормы водопотреб-
ления приведены для температуры у водоразборных кра-
нов 55 °C, находим приведенный расход воды на горя-
чее водоснабжение по следующей формуле:
= (55 _ f )|.
Установлено, что при снижении температуры воды на
выходе из водонагревателя увеличивается расход воды
в системе, поскольку при открывании крана подмешива-
ется меньше холодной воды, а расход теплоты не воз-
растает. Это увеличение происходит до определенного
предела, пока температура воды в системе не станет
равной требуемой. Расход теплоты при снижении тем-
пературы нагрева воды увеличивается только в систе-
мах без циркуляции или с неравномерной циркуляцией.
Это увеличение вызвано сливом охлажденной воды до
получения воды нужной температуры.
После рассмотрения графиков водопотребления и
анализа вероятности действия водоразборных приборов
систем горячего водоснабжения в соответствии со СНиП
2.04.01—85 можно записать следующие выражения для
определения расчетных часовых расходов горячей воды:
средний расход воды на горячее водоснабжение
4r = 4«.m U/T-,
максимальный расход воды на горячее водоснабже-
ние
<^ = ^97-
3*
35
2.3. СЕЗОННАЯ НЕРАВНОМЕРНОСТЬ
ПОТРЕБЛЕНИЯ ВОДЫ
Кроме суточной неравномерности и колеба-
ний потребления воды по дням недели большое влияние
на работу систем оказывает колебание величины по-
требления воды по сезонам года. Это связано в первую
очередь с изменением температуры холодной воды, кото-
рая может колебаться в значительных пределах (от 1
до 18°C в средней полосе). Изменение температуры хо-
лодной воды имеет большое значение для определения
количества теплоты, идущей на нагрев горячей воды, то
есть для прогнозирования потребления топлива и пла-
нирования планово-предупредительных и ремонтных ра-
бот на ЦТП, линейных сооружениях теплосети, котель-
ных и энергетических установках.
Исследованиями В. С. Животнева, основанными на
анализе данных Мосводопровода по системе водоснаб-
жения 13 жилищно-эксплуатационных контор трех райо-
нов Москвы, обслуживающих более 41 тыс. чел., пока-
зано, что общий удельный расход воды при наличии в
квартирах централизованного горячего водоснабжения
относительно мало изменяется в течение года. При этом
наибольшее потребление воды падает на холодный пе-
риод года. В то же время расход горячей воды колеб-
лется весьма существенно. Наибольшего значения дости-
гает зимой и может быть в 1,5 раза выше, чем расход го-
рячей воды в летний период. Соответственно изменяется
расход и холодной воды, который достигает своего мак-
симума в весенний период. Сказанное хорошо иллюстри-
руется графиком по результатам обработки данных за-
меров за трехлетний период (рис. 2.5).
С целью подтверждения полученных данных и уточ-
нения представления о реальных условиях работы си-
стем холодного и горячего водоснабжения в различные
периоды года МНИИТЭПом была произведена обработ-
ка журналов двух центральных тепловых пунктов по
специальной методике. Эта методика позволяла исклю-
чить влияние расхода воды через смывные бачки и оце-
нивать результаты на относительно стабильном пара-
метре— температуре во время приема процедуры. Как
известно, эта величина может колебаться сравнительно'
мало — от 39° до 45 °C. Поэтому, имея
36
h .с - о
где t и f —температуры горячей и холодной воды, подводимой к крану,
'С; tpr —температура воды при приеме процедуры, °C; qhp( и q°'r — количе-
с । во воды, горячей и холодной, идущей на процедуры (без учета смывных
бачков), л/сут,
легко получим
Прибавив к обеим частям равенства qhpr, находим
величину суммарного расхода холодной и горячей воды
без учета потребления воды через смывные бачки;
Имея фактические замеры qh, tc' и th' и задавая t?r,
имеется возможность определить величину т. е.
количество холодной воды, идущей на моечные процеду-
ры, суммарный расход воды на эти цели, а при наличии
фактически замеренной величины общего потребления
воды qtot — и величину расхода воды через смывные бач-
ки унитазов.
Для обработки были выбраны журналы по двум мик-
рорайонам с хорошим состоянием систем, где в течение
ыштельного периода отсутствовали аварии и эксплуата-
ционные службы обеспечивают надежную работу обору-
ювания, а журналы по эксплуатации заполняются регу-
. трио и аккуратно. Ниже приведены краткие характе-
ристики кварталов, обслуживаемых указанными ЦТП.
37
Микрорайон 313/01. Система обслуживает 12
пятиэтажных и одно девятиэтажное здание. Общее чис-
ло квартир —940, число жителей по прописке —3262 чел.
Микрорайон 313/11. Система обслуживает 8 пяти-
этажных жилых домов. Общее число квартир —500. По
прописке в этих домах проживает 1735 чел.
Оба ЦТП находятся в одном районе Москвы в непо-
средственной близости друг от друга и снабжаются во-
дой от одной водопроводной станции. Работа хозяйст-
венных насосов в обоих ЦТП автоматизирована, регуля-
торы давления на системах и в центральных тепловых
пунктах не установлены. Служба эксплуатации обеспе-
чивает надежную работу водомерных узлов. Водомеры
установлены на системе горячего водоснабжения и об-
щем вводе холодного водопровода в ЦТП. В результате
по журналам имелась возможность определить общий
расход воды в квартале, расход горячей воды, расход
холодной воды, а также th и Iе.
Для удобства сопоставления и упрощения представ-
ления материала замеренные расходы воды приведены
к величине удельного потребления воды на человека в
сутки. С целью лучшей сопоставимости материалов с
данными, приведенными выше, и исключения влияния
климатических факторов для обработки были выбраны
одни и те же периоды времени.
Результаты обработки приведены на рис. 2.6. Срав-
нение графиков рис. 2.5 и рис. 2.6 показывает хорошее
совпадение результатов, что подтверждает необходи-
мость учета сезонной неравномерности потребления го-
рячей воды в системах.
2.4. РАСЧЕТНЫЕ РАСХОДЫ ТЕПЛОТЫ.
ИЗОЛЯЦИЯ СТОЯКОВ
Как было показано на рис. 2.1 и 2.2, в системе горячего
водоснабжения при увеличении водоразбора объем цир-
куляции сокращается. В зависимости от того, как запро-
ектирована система, циркуляция в периоды расчетного
водоразбора может отсутствовать полностью или сохра-
няться в заданном объеме. Расчетный объем циркуляции
определяется теплопотерями системы и заданным ох-
лаждением воды с учетом неравномерности распределе-
ния циркуляции. На рис. 2.7 представлены зависимости
38
1967г 1968г 1969 г'
ис. 2.6. Результат обработки журналов: а —микрорайон 313/ОЦ
— микрорайон 313/11
39
Рис. 2.7. Зависимости измене--
ния объема циркуляции в сис-
теме горячего водоснабжения
от интенсивности водоразбора
отношение расхода
циркуляционной воды при данном
водоразборе к максимальному ча-
совому расходу в ночной период?
(^/ отношение расхода воды
на водоразбор в данный момент
времени к максимальному в час
наибольшего водопотребления
изменения объема циркуляции от интенсивности водо-
разбора для различных систем.
Нагрев циркуляционной воды как и воды, разбирае-
мой потребителями, осуществляется в тепловом пункте.
Максимальный расход теплоты на нагрев циркуляцион-
ной воды происходит ночью, когда водоразбор отсутст-
вует. Тогда расход теплоты на нагрев циркуляционной
воды полностью компенсирует теплопотери трубопрово-
дами системы. С появлением водоразбора расход тепло-
ты на нагоев циркуляционной воды снижается за счет
сокращения объемов циркуляции и повышения темпера-
туры воды, сбрасываемой в циркуляционные трубопро-
воды. Последнее объясняется тем, что теплопотери тру-
бопроводами системы при одинаковой начальной темпе-
ратуре практически постоянны, а с ростом водоразбора
увеличивается общий расход воды, циркулирующей в
подающих трубопроводах системы, и вследствие этого
уменьшается остывание воды. Температура же воды,
приходящей в ЦТП с циркуляцией, в зависимости от со-
отношения теплопотерь циркуляционных трубопроводов
и объемов сохраняющейся циркуляции, может быть ли-
бо выше ночной, либо ниже. В системе горячего водо-
снабжения температура воды, приходящей в ЦТП с цир-
куляцией, возрастает по сравнению с ночной.
В часы максимального водоразбора расход теплоты
на нагрев циркуляционной воды минимален и практи-
чески не превышает 5 % расхода теплоты, идущей на
40
нагрев воды, поступающей в водоразборные краны. Од-
нако в системе с неизолированными стояками средний за
сутки расход теплоты на нагрев циркуляционной воды
достигает 25 % среднего часового расхода теплоты на
нагрев воды, идущей на водоразбор. Потери теплоты
трубопроводами за счет перегрева в водонагревателях
воды, идущей на водоразбор, будут еще больше (35 %
среднечасового расхода теплоты на нагрев этой воды до
нормативной температуры водоразбора), причем тепло-
нотери внутриквартальных сетей составляют 5—6 %'
расхода теплоты.
До выхода СНиП П-34-76 указанный расход теплоты
учитывался не в полной мере. Так, при определении
среднечасового расхода теплоты на горячее водоснабже-
ние одним жителем пользовались формулой
^т= <*—/*)]/? = [110-4187-1 (60-5)1/(24-3600) =290Вт
При этом считалось, что теплопотери трубопроводов
компенсируются перегревом воды с 55 до 60 °C, т. е.
= [110-4187-1 (60 - 55)1/(24-3600) = 25 Вт.
В действительности, как было показано выше, поте-
ри теплоты трубопроводами, включая и циркуляционные
сети, значительно выше, поэтому СНиП П-34-76 и СНиП
2.04.431—85 рекомендуют определять расход теплоты на
горячее водоснабжение как сумму расхода теплоты на
нагрев воды, идущей на водоразбор, от температуры во-
ды в водопроводе tc до температуры, при которой зада-
ется нормативный расход воды (т. е. до ffts=55°C), и по-
терь теплоты подающими Qpt и циркуляционными тру-
бопроводами системы горячего водоснабжения Qct-.
о* = «/’ey ( Qct,
где q — расход воды на горячее водоснабжение (среднечасовой или макси-
мальный часовой в зависимости от того, какой расход теплоты необходим).
При определении объема циркуляции в системе го-
рячего водоснабжения потери теплоты трубопроводами
находят расчетом, методика которого приведена ниже.
При подборе водонагревателей горячего водоснабжения
или вычислении расчетных расходов сетевой воды на
тепловой пункт, когда трассировка сети горячего водо-
снабжения еще может быть неизвестна, потери теплоты
трубопроводами систем горячего водоснабжения допуска-
ется задавать коэффициентом k‘ в долях от расхода теп-
лоты на нагрев среднечасового водоразбора до норматив-
ной температуры (табл. 2.5). С учетом k*, часовые средний
41
Таблица 2.5
Значения k* в зависимости от типа системы
горячего водоснабжения и степени изоляции стояков
Тип системы горячего водоснабжения fe*
при наличии наруж- ных распределитель- ных сетей горячего водоснабжения от ЦТП без наружных рас- пределительных сетей горячего водо- снабжения
Без полотенцесушителей с изолированными стояками 0,15 0,1
С полотенцесушителями и изолированными стояками 0,25 0,2
С полотенцесушителями и неизолированными стояками 0,35 0,3
и максимальный расходы теплоты на горячее водоснаб-
жение, Вт, определяют по следующим формулам:
<2г = (55 - (1 + ^) /Г;
<?t = <7«.mUVc(55-/c)(^ + /?)/T,
где k— коэффициент, учитывающий потери теплоты трубопроводами систем
горячего водоснабжения, (по табл. 2.5); k^1—коэффициент часовой неравно-
мерности водопотребления (по табл. 2.4); Г — период потребления горячей
воды (сут, смена), с.
Для общественных зданий, находящихся в сфере дей-
ствия системы горячего водоснабжения, следует опреде-
лять условное число жителей по расходу воды на горя-
чее водоснабжение для данного потребителя и норме
расхода воды на одного жителя для жилых зданий.
В связи с тем, что расчетная температура воды на
выходе из водонагревателей горячего водоснабжения
60 °C, при их расчете за максимальный часовой расход
нагреваемой воды принимают приведенный расход'
(60-Hi-
при выделении из общего расхода теплоты на горя-
чее водоснабжение теплопотерь трубопроводами, кото-
рые компенсируются нагревом циркуляционной воды во
II ступени водонагревателей, следует пересмотреть об-
щепринятые уравнения для определения расчетных рас-
ходов сетевой воды на тепловой пункт при двухступенча-
тых схемах присоединения к тепловым сетям и формулу
построения температурного графика (см. гл. 3).
Рассмотрим методику расчета теплопотерь трубопро-
водами и эффективность изоляции стояков систем горя-
42
чего водоснабжения. Обычно потери теплоты трубопро-
водами систем горячего водоснабжения определяли по
формуле
О'= 9/(1 —nJ.
। ле q — удельные потери теплоты неизолированной трубой, Вт/м; I — длина
участка трубопровода, м; T]^s — коэффициент сохранения теплоты изоляцией,
обычно принимавшийся 0,6—0,8.
В СНиП 2.04.01—85 формулы для расчета теплопотерь
трубопроводами не указаны. Расчеты изоляции трубо-
проводов на эксплуатируемых системах горячего водо-
снабжения показали, что применение величин тц$ приво-
дит к серьезным ошибкам при определении теплопотерь
трубопроводами. Поэтому более правильно считать тецло-
нотери трубопроводами с учетом конкретной конструк-
ции. В настоящее время наиболее распространена изо-
ляция трубопроводов минераловатными матами толщи-
ной 30 мм для труб диаметром до 125 мм включительно
и 40 мм для труб диаметром более 125 мм (коэффициент
теплопроводности изоляции к=0,07 Вт/(м« °C). Защит-
ным покрытием служит асбестовая штукатурка толщи-
ной 10 мм или обертка стеклотканью и рубероидом. Для
такой изоляции проведены расчеты теплопотерь трубо-
проводами, исходными данными для которых приняты:
коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляционной
кострукции в окружающую среду для проходных кана-
лов и при прокладке трубопроводов в помещениях —
10,5 Вт/(м2« °C), для непроходных каналов 8,1 Вт/(м2Х
X °C); коэффициент теплопередачи неизолированной тру-
бой—11,6 Вт/(м2* °C);
коэффициент 1,2, учитывающий дополнительные по-
тери теплоты открытыми участками трубопровода; теп-
лопотери водоразборными стояками с полотенцесушите-
лями подсчитаны при условии, что половина длины эта-
жестояка покрыта тепловой изоляцией и половина не
изолирована;
средняя температура воды в трубопроводах систем
горячего водоснабжения при перепаде температур в си-
стеме в целом 10 °C и в секционном узле (или водораз-
борном стояке) 8,5 °C и составляет, °C:
в подающих трубопроводах квартальной сети...............59
в главных подающих стояках, распределительных трубопрово-
дах секционных узлов и подключающих участков водоразбора
ных стояков........................‘....................58,5
в водоразборных стояках.................................54,5
во всех циркуляционных трубопроводах , ♦ ♦ .............50;
43
для систем, присоединяемых к теплосетям с откры-
тым водоразбором, в которых минимальная температура
горячей воды составляет 60 °C по СНиП 2.04.01—85
средние температуры воды в трубопроводах увеличены
на 10 °C;
температура окружающей среды при средней за ото-
пительный сезон температуре наружного воздуха и про-
кладке трубопроводов в бороздах, штробах, вертикаль-
ных каналах или коммуникационных шахтах сантехни-
ческих кабин и в ванных комнатах составляет 23 °C; в
кухнях и туалетных комнатах жилых зданий, общежитий
и гостиниц, а также на теплых чердаках — 21 °C; на
лестничных клетках—16 °C; в неотапливаемых техниче-
ских подпольях и подвалах—15 °C; на холодных черда-
ках — 5 °C.
Результаты расчета теплопотерь трубопроводами
внутридомовых систем горячего водоснабжения приведе-
ны в прил. 3 табл. 1 трубопроводами внутриквартальных
сетей — в прил. 3 табл. 2.
Суммарные теплопотери определяют по формуле
где (Ц — теплопотери 1 м трубопровода, принимаемые для трубопроводов
секционных узлов и подключающих участков по прил. 2 табл. 1, для трубо-
проводов квартальной сети по прил. 2 табл. 2; — длина отдельных участ-
ков трубопровода, м.
При изоляции стояков сокращаются не только потери
теплоты, но и расход электроэнергии на перекачку цир-
куляционной воды, так как из-за меньших теплопотерь
снижается требуемый циркуляционный расход.
Расчеты по секционным узлам жилых зданий с че-
тырьмя водоразборными стояками диаметром 32 мм по-
казали, что в каждой квартире при отсутствии теплои-
золяции теряется 310 Вт теплоты и требуемый циркуля-
ционный расход составляет 31,33 л/ч. При изоляции
стояков теплопотери сокращаются до 217 Вт, а циркуля-
ционный расход до 21,96 л/ч. Таким образом, при изоля-
ции водоразборных стояков на каждой квартире эконо-
мится 39 Вт теплоты и на 9,37 л/ч уменьшается требуе-
мый циркуляционный расход.
Теплота, выделяемая стояками системы горячего во-
доснабжения, используется для отопления квартир. Од-
нако летом теплопоступления от стояков горячего водо-
снабжения являются бесполезными потерями теплоты.
44
Гак, ежегодно летом с 1 млн. квартир такие потери сос-
>авляют около 1,13 млн. ГДж теплоты, или в денежном
выражении при стоимости 1 ГДж 1,1 руб. — около
1,23 млн. руб. Затраты на изоляцию 1 м трубопровода
диаметром 32 мм равны 0,4 руб. Если в каждой кварти-
ре покрыть тепловой изоляцией 2,8 м трубопровода во-
доразборного стояка, то общие затраты (0,4-2,8Х
1 000000=1,12 млн. руб.) окупятся в первый год эксплу-
тации. В дальнейшем ежегодно экономия теплоты со-
ставит 1,23 млн. руб.
Одновременно со снижением теплопотерь значитель-
но уменьшится расход электроэнергии за счет сокраще-
ния циркуляционных расходов (до 9,37 л/ч на каждую
квартиру). При КПД насосной установки 0,7 экономия
электроэнергии равна примерно 0,01 кВт-ч на каждую
квартиру. На 1 млн. квартир за год эксплуатации расход
энергии сократится на 19 млн. кВт-ч (или 360 тыс. руб.).
В целом экономическая эффективность от изоляции
стояков -систем горячего водоснабжения достигает на
1 млн. квартир
Э = (1,23 + 0,36)/0,15 — 1,12 = 9,5 млн. руб.
где 1,23 —экономия теплоты в летний период, млн. руб.; 0,36 — денежное
выражение экономии электрической энергии, млн. руб.; 1,12 — затратй на
изоляцию стояков, млн. руб.; 0,15 — нормативный коэффициент эффективности.
Устройство тепловой изоляции на водоразборных сто-
яках действующих систем горячего водоснабжения поз-
воляет также снизить температурный график отпуска
теплоты от источника, поскольку нагрев воды, циркули-
рующей в системах горячего водоснабжения, обеспечи-
вается II ступенью водонагревателей.
Эффективность применения изоляции стояков систе-
мы горячего водоснабжения настолько высока, что целе-
сообразно организовать нанесение изоляции на стояки
действующих систем. Выполнение этих работ не требует
высокой квалификации исполнителей и вполне может
осуществлено в короткие сроки силами службы эксплуа-
тации. Расчеты показывают, что целесообразно также
усилить теплоизоляцию трубопроводов внутрикварталь-
ных сетей горчего водоснабжения.
45
Глава 3
НАГРЕВ ВОДЫ ДЛЯ СИСТЕМ
ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
3.1. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАГРЕВА ВОДЫ
В системах централизованного теплоснабже-
ния для нагрева воды, идущей на горячее водоснабже-
ние, применяют поверхностные водоводяные водонагре-
ватели Теплоносителем является вода из системы
теплоснабжения (сетевая вода). Теплоноситель и нагре-
ваемая вода двигаются по изолированным контурам.
Теплопередача осуществляется через стенку, разделяю-
щую оба контура.
По форме поверхности нагрева водонагреватели под-
разделяют па трубчатые и кожуховые, которые могут
быть по выполнению корпуса — однокорпусными и сек-
ционными, по расположению поверхности нагрева — вер-
тикальными и горизонтальными.
Наиболее распространенные трубчатые водонагрева-
тели (рис. 3.1) состоят из стального цилиндрического
корпуса с патрубками, через которые проходит теплоно-
ситель, трубного пучка и камеры-крышки с патрубками
для входа и выхода теплоносителя из трубного пучка.
Трубный пучок вставлен в корпус водонагревателя и со-
стоит из трубок малого диаметра, развальцованных в
трубных решетках.
В водонагревателях систем горячего водоснабжения
нагреваемая вода движется по трубкам, теплоноситель—
по межтрубному пространству. Это обусловлено тем, что
при нагреве воды выпадает накипь, которую легче уда-
лять из трубок, чем из межтрубного пространства. Та-
кая система движения теплоносителей позволяет также
отказаться от устройства специальных компенсаторов
для выравнивания линейных расширений металла тру-
бок и корпуса при нагревании.
Для снижения коррозии поверхность теплообмена во-
донагревателей обычно выполняют из латунных трубок с
внутренним диаметром 14 мм, наружным 16 мм. Трубки
ввальцовывают в трубные решетки, что значительно об-
легчает замену трубок при ремонте и обеспечивает хоро-
шую плотность соединений.
46
Рис. 3.1. Трубчатый водонагреватель
/ — корпус; 2 — трубная решетка; 3 —опорная перегородка; 4 — подсоедини*
тельные патрубки
В горизонтальных водонагревателях для устранения
прогиба трубок устанавливают поддерживающие опор-
ные перегородки с таким расчетом, чтобы пролет трубок
между точками опор не превышал длину, равную 100—
120 наружных диаметров трубок. Поддерживающие пе-
регородки изготовляют из полосовой стали, приваривае-
мой к кольцу, имеющему наружный диаметр меньше
внутреннего диаметра корпуса. Для трубных решеток ис-
пользуют стальные листы толщиной 10—12 мм. Решетки
жестко крепят во фланцах присоединительных патруб-
ков корпуса водонагревателя или приваривают непосред-
ственно к корпусу, если нет необходимости в очистке
труб от грязи, накипи и коррозионных отложений со сто-
роны межтрубного пространства.
Для увеличения интенсивности теплообмена в водо-
нагревателях оба теплоносителя должны иметь доста-
точно большие встречные скорости движения (противо-
ток). Это наиболее легко достигается в секционных во-
донагревателях, состоящих из секций с пучком мелких
трубок (рис. 3.2), или из секций типа труба в трубе
(рис. 3.3), выполненных из стальных труб. Водонагрева-
тели второго типа просты в изготовлении, но обладают
большой металлоемкостью. Широкое распространение
получили секционные трубчатые водонагреватели конст-
рукции ВТИ-Мосэнерго (ОСТ 34-588—68). Они имеют 11
типоразмеров в соответствии с диаметрами стальных
труб, монтируемых в корпусах секций (табл. 1 прил. 4).
В настоящее'время изготовляют секции с условном ди-
аметром до 309 мм включительно. Водонагреватели рас-
47
Рис. 3.2. Секционный водона- Рис. 3.3. Секционный водона-
греватель (по ОСТ 34-588-68) греватель типа труба в трубе
/ — бобышка под термореле; 2 —
спускной штуцер
считаны на рабочее давление 10 атм и должны подвер-
гаться гидравлическим испытаниям давлением 12,5 атм.
В этих водонагревателях для уменьшения кольцевого за-
зора применено жесткое сварное крепление трубных ре-
шеток к корпусу. В результате трубная решетка одно-
временно является присоединительным фланцем. Внут-
ренние продольные перегородки в таких конструкциях
не нужны, так как секции выполнены одноходовыми. Ка-
мерами секций являются калачи, соединяющие эти сек-
ции, а также входной и выходной патрубки. Патрубок
для выхода нагреваемой воды имеет штуцер для ввер-
тывания термореле. Межтрубные пространства секций
соединены между собой вваренными в корпус патрубка-
ми с фланцами. Длина секции принята двух размеров —
2 и 4 м. В двухметровой секции опорные перегородки
не ставят, в четырехметровой секции предусматривают
две перегородки на расстоянии 1,6 м от трубной решет-
ки, причем каждая перегородка поддерживает трубки,
расположенные через один ряд. Очень важно, чтобы
опорные перегородки были установлены правильно. Ес-
ли перегородки не поддерживают трубки, они провисают,
слипаются, и теплоноситель не поступает между ними, а
омывает пучок только снаружи, что в 2—3 раза снижает
теплопроизводительность водонагревателей. При монта-
же водонагревательной установки, секции которой пос-
тупают на монтажную площадку россыпью, присоедини-
тельные патрубки корпусов нужно располагать верти-
кально, тогда полки опорных перегородок будут
находиться в горизонтальной плоскости и поддерживать
ряды трубок. Однако в последнее время сборку секций
водонагревателей выполняют на заводах в единый пакет.
48
Рис. 3.4. Размещение секционного водонагревателя — правильное (а)
и неправильное (б)
/ — полки опорной перегородки; 2 — кольцо опорной перегородки
При этом с целью экономии места и металла присоеди-
нительные патрубки делают не только в вертикальной
плоскости, но и под углом — для соединения двух сек-
ций, расположенных горизонтально. В таких случаях
секции зачастую поворачиваются на 90°, и опорные пере-
городки не поддерживают трубки, из-за чего они прови-
сают. Наличие дефекта легко обнаружить по размеще-
нию рядов трубок (рис. 3.4) при чистке водонагревате-
лей после демонтажа калачей. Число подобных секций в
установке достигало 50—60 %, а иногда и 80 %. При эк-
сплуатации установок из-за этого происходил недогрев
горячей воды. В настоящее время для устранения этого
недостатка секции перед сборкой на заводе маркируют
по присоединению.
Так же требует совершенствования конструкция
опорной перегородки. Из-за наличия гальванопары —
сталь опорной перегородки и латунь лежащей на ней
трубки — опорные перегородки быстро корродируют и че-
рез 5—7 лет разрушаются. Водонагреватель с такими пе-
регородками приходится заменять новым, хотя срок
службы остальных его частей значительно больше. Име-
ются предложения по устройству опорных перегородок в
виде сегментов или секторов от трубных решеток. При ис-
пользовании этих перегородок наряду с повышением дол-
говечности достигается большая интенсификация тепло-
обмена в водонагревателях за счет турбулизации потока
воды в межтрубном пространстве.
4-807
49
Примером такого решения является конструкция
опор, разработанная объединением «Мосспецпромпро-
екг» совместно с МНИИТЭПом и заводом «Сантехобо*
рудование». Также была предложена новая конструкция
калача, облегчающая выполнение ремонтных работ. Этот
водонагреватель представлен на рис. 3.5. Основное его
отличие от применяемых водонагревателей состоит в еле-
дующем:
вместо стальных опорных колец с перемычками, не-
долговечных в работе и не фиксирующих четкое распо-
ложение трубок в пучке, применен блок опорных пере-
городок;
переходной калач между секциями, соединенный с
корпусом шарнирно, имеет внутреннее сечение, равное
трубному пространству, что снижает его металлоемкость
примерно на 40—30 % и снижает трудоемкость монтаж-
ных и ремонтных работ.
Блок опорных перегородок (рис. 3.5) состоит из де-«
сяти двухсекторных опор, каждая из которых представ-
ляет собой как бы часть трубной решетки, установлен-1
ных со смещением относительно друг друга на 60 °. Чис-
ло опор выбрано из расчета достижения минимального1
прогиба трубок и удобства набивки трубного пучка в,
корпусе подогревателя. При этом каждая периферийная’
трубка имеет, как минимум, три промежуточные точки,
опоры и максимальный пролет 1100 мм. Внутренние?
трубки имеют большее число опор. Такая конструкция
опорных перегородок облегчила набивку трубок и их за-
мену в условиях эксплуатации, так как отверстия опор-
ных перегородок расположены соосно с отверстиями
трубных решеток.
При существующей конструкции из-за сильного про-
гиба трубок и отсутствия их фиксации замена трубок
практически невозможна. На практике при выходе из.
строя одной из них она не заменялась, а забивалась с
двух сторон пробками. Благодаря меньшему прогибу
трубок усовершенствованной конструкции будет продлен
и срок службы водонагревателя, так как при применяе-
мом в настоящее время способе очистки трубок ершом, а
в худшем случае металлическим прутом, из-за большого
прогиба трубок наблюдается их повышенный износ, ца-
рапины, а иногда и сквозное повреждение.
Очень важным преимуществом водонагревателя с<
блоком опорных перегородок является увеличение теп-
50
Рис. 3.5. Усовершенствованный водонагреватель с блоком опорных
двухсекторных перегородок
/ — опорная перегородка; 2 — трубка; 3 — корпус; 4 — шарнир для поворота
калача; 5 — соединительный калач; 6 — кольцо; 7 — пруток
лосъема с 1 м2 поверхности. Из-за смещения последова-
тельно расположенных опорных перегородок относитель-
но друг друга повышается турбулизация потока тепло-
носителя, проходящего по межтрубному пространству
(движение осуществляется как бы по винтовой линии),
и более равномерное обтекание труб, в том числе и в по-
перечном направлении. Вследствие этого повышается ко-
эффициент теплоотдачи от теплоносителя, проходящего
по межтрубному пространству, к стенке трубок, а соот-
ветственно в возрастает коэффициент теплопередачи во-
донагревателя.
4»
51
Для установления количественной оценки этого, яв-
ления были проведены стендовые теплотехнические и
гидравлические испытания водонагревателей со старой
и новой конструкцией опор,.которые показали, что неза-
висимо от типоразмеров водонагревателей и скоростей
потоков греющей и нагреваемой воды теплосъем с 1 м2
поверхности водонагревателя прй переходе на разрабо-
танную конструкцию опорных перегородок возрастает на
34—39 %. Повышение турбулизации потока, естественно,
привело к увеличению гидравлического сопротивления
водонагревателя по межтрубному пространству в 2—2,5
раза по сравнению с существующей конструкцией. Од-
нако следует отметить, что из-за роста теплосъема с во-
донагревателя для получения одной и той же теплопро-
изводительности потребуется меньшее число секций, а
соответственно потери давления по межтрубному прост-
ранству всей установки практически изменяется незначи-
тельно. С другой стороны, из-за меньшей длины водона-
гревательной установки сократятся потери давления по
трубному пространству, что имеет важное значение для
бесперебойного горячего водоснабжения верхних этажей
зданий в период максимального водоразбора.
Водонагреватели с двухсекторными перегородками
впервые были смонтированы на десяти объектах в 1980—
1981 гг. За прошедший период эксплуатации водонагре-
ватели не изменили своих первоначальных теплотехниче-
ских показателей. Визуальный осмотр разрезанной сек-
ции и осмотр под микроскопом мест соприкосновения
трубки с опорной решеткой показали, что истирание тру-
бок отсутствует. Следовательно можно сделать выводы,
что срок службы трубок водонагревателя соизмерим со-
сроком службы корпуса — 20—25 лет.
На основании проведенных испытаний было предло-
жено при применении водонагревателей с блоком двух-
секторных опорных перегородок при определении коэф-
фициента теплопередачи вводить экспериментальный
множитель (см. п. 2 этой главы). На практике, учиты-
вая, что для московских условий этот множитель прини-
мался при подборе водонагревателей горячего водоснаб-
жения равным 0,7 и устанавливалось 10 секций (7—в I
ступени и 3 — во II ступени), теперь потребуется уста-
навливать 6 секций (4 — в I ступени и 2 — во II). Если
ранее при подборе водонагревателей отопления множи-
тель принимается равным 0,8, и устанавливалось при рас-
52
четных параметрах теплоносителя, циркулирующего в
квартальных сетях отопления 120—70 °C, 8 секций, то
1еперь потребуется 5—6 секций.
Еще большая интенсификация теплообмена достига-
ется при применении трубок с накатными канавками. По
данным Киевского НИИ сантехники это значительно
гурбулизирует пограничный слой течения жидкостей и
обеспечивает коэффициент теплопередачи в 1,6 раза
больший, чем в гладкотрубных конструкциях. Однако в
таких водонагревателях возрастает сопротивление про-
ходу воды по трубкам. Вероятно, в дальнейшем имеет
смысл в целях снижения габаритов установки отказаться
от традиционной многосекционной конструкции и созда-
вать однокорпусные многоходовые водонагреватели.
Наряду с кожухотрубными водонагревателями в пос-
леднее время для целей нагрева горячей воды стали при-
меняться пластинчатые теплообменники, используемые
ранее в химической и пищевой промышленности. Они
имеют преимущество по сравнению с кожухотрубными в
том, что занимают меньше места, снижается трудоем-
кость очистки, и при этом имеется доступ к поверхностям,
омываемым обеими теплообменивающимися средами, а
в кожухотрубных водонагревателях практически отсут-
ствует возможность очистки межтрубного пространства.
Устраняется также вероятность перетекания сетевой во-
ды в водопроводную и наоборот при нарушении плотно-
сти вальцовки трубок и их механических повреждениях,
наблюдаемых в кожухотрубных водонагревателях. Од-
нако широкое применение пластинчатых теплообменни-
ков сдерживается их большой стоимостью, поскольку
выпускаемые отечественной промышленностью пласти-
ны изготавливаются из нержавеющей стали. Так, стои-
мость 1 м2 поверхности нагрева кожухотрубного водо-
нагревателя составляет 22 руб., а пластинчатого —
88 руб., т. е. в 4 раза больше.
Основным элементом пластинчатых теплообменников
являются гофрированные тонкостенные (толщиной 1мм)
штампованные металлические пластины с уплотняющи-
ми прокладками из термостойкой резины (рис. 3.6).
Пластины собираются и стягиваются монтажными бол-
тами на специальной раме. Каждая пластина омывается
с одной стороны греющей водой, а с другой — нагревае-
мой. Отверстия в углах пластин и расположенные между
пластинами прокладки образуют коллекторы, распреде-
53
Рис. 3.6. Пластина
водонагревателя
ляющие теплоносители по каналам меж-
ду пластинами (рис. 3.7). В гофрирован-'
ных каналах потоки теплоносителей под-
вергаются искусственной турбулизации,)
что интенсифицирует процесс теплообме-
на при определенном увеличении гидрав-i
лического сопротивления.
Опыт эксплуатации пластинчатых во-
донагревателей показывает, что присое-
динение трубопроводов к установке еле-’
дует осуществлять с помощью гибких
вставок. Это позволяет при необходимо-
сти легко производить дополнительную
затяжку секций водонагревателя и уст-
ранять напряжения, возникающие вслед-
ствие температурных деформаций тру-
бопроводов и приводящие к перекосу
пластин и подтеканию воды. При появле-
нии течи надо проводить дополнительную
затяжку болтов. Вскрытие теплообмен-
ников показало, что имеющаяся незначи-
тельная накипь равномерно покрывает
всю поверхность пластины, повторяя ее
форму. Слой накипи легко отделяется от
пластин теплообменника постукиванием
киянкой или промыванием водой. Раз-
борка, очистка и сборка установки вы-
полняется бригадой из двух человек за
один рабочий день. Отмечена деформа-
ция отдельных резиновых прокладок, что привело к не-
обходимости их замены при сборке водонагревателей.
Наиболее перспективны для использования в качест-
ве водонагревателей горячего водоснабжения разборные
теплообменники с пластинами поверхностью нагрева 0,3
и 0,6 м2, выпускаемые Павлоградским заводом химичес-
кого машиностроения. Основные характеристики этих
теплообменников приведены в табл. 2 прил. 4. Измене-
ние поверхности нагрева водонагревателей достигается
как за счет применения пластин с различной площадью
поверхности, так и за счет числа пластин. Пластинчатые
теплообменники допускают изменение скорости движе-
ния теплоносителя или нагреваемой жидкости путем из-
менения числа ходов. Различная компоновка пластин
позволяет организовать течение теплоносителя через оп-
54
Рис. 3.7. Пластинчатый водонагреватель
/ — вход холодной воды; 2 — вход циркуляционной воды; 3 — выход нагрева-
емой воды; 4 — вход теплоносителя из подающего трубопровода тепловой се-
ти; 5 — вход обратной воды из системы отопления; 6 — выход обратной гре-
ющей воды
ределенное число параллельно включенных пластин (па-
кет) с оптимальной скоростью и последовательное соеди-
нение пакетов для получения требуемой поверхности на-
грева.
Разработана конструкция усовершенствованного во-
донагревателя для квартирных систем горячего водо-
снабжения, присоединенных к централизованному теп-
лоснабжению. Водонагреватель (рис. 3.8) состоит из вер-
тикально расположенного цилиндрического корпуса —
емкости, в которой размещены две ступени нагрева. Обе
ступени выполнены из последовательно соединенных сек-
ций, состоящйх из периферийных труб, в которых соосно
установлены центральные трубы. В межтрубном прост-
ранстве, образованном периферийными и центральными
трубами, циркулирует теплоноситель. Холодная вода
поступает в центральные трубы I ступени и нагревается
водой из системы отопления. Из I ступени нагреваемая
вода отводится в нижнюю часть емкости. В емкости, под-
55
Л -А 12
Рис. 3.8. Квартирный водоводяной водонагреватель конструкции
канд. техн, наук И. Б. Шалвкявичюса
/ _ подача холодной воды в I ступень теплообменника; 2 — подача нагревае-
мой воды из емкости во II ступень; 3— корпус теплообменника; 4 — цент*
ральные трубы; 5 — периферийные трубы; б — емкость теплообменника; 7 —
подача нагреваемой воды из I ступени в емкость теплообменника; 8 — подача
сетевой воды во II ступень нагрева; 9 — патрубок для подключения воды из
системы отопления; 10 — патрубок для отвода нагретой воды; 11 — патрубок
для отвода сетевой воды; 12 — перемычка соединения I и II ступени тепло-
обменника по сетевой воде
56
Рис. 3.9. Емкий водонагреватель
Рис. 3.10. Спиральный водона-
। рсватель
нимаясь вверх, вода нагревается теплоносителем через
стенки периферийных труб. Из верхней части емкости
вода поступает во II ступень центральных труб, где она
догревается до нужной температуры. Корпус водонагре-
вателя изготовляют из стальной трубы диаметром
300 мм. Водонагреватель имеет высоту 1100 мм, уста-
навливается в ванной комнате и одновременно служит
для ее отопления. Наличие емкости позволяет снизить
коэффициент часовой неравномерности потребления теп-
лоты на горячее водоснабжение.
Для систем горячего водоснабжения с естественной
циркуляцией воды или для систем, в которых потребле-
ние горячей воды имеет ярко выраженный пиковый ха-
рактер, возможно использование емких водонагревате-
лей (рис. 3.9). В этих конструкциях подогреватели сов-
мещены с аккумулятором горячей воды. Греющий
элемент представляет собой змеевик, выполненный из
V-образных трубок или пучков прямых трубок, собран-
ных при помощи концевых коллекторов. Сопротивле-
ние по нагреваемой воде таких теплообменников очень
незначительное, но из-за малой скорости ее движения
теплопередача осуществляется за счет конвективного
57
теплообмена, что снижает интенсивность теплообмена
емких водонагревателей по сравнению со скоростными.
Последнее обстоятельство ограничивает распростране-
ние таких теплообменников.
Для систем горячего водоснабжения начинают при-
менять отличающиеся компактностью спиральные водо-
нагреватели (рис. 3.10).
3.2. ТЕПЛОВОЙ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ
В расчет водонагревателей входит определе-
ние площади поверхности их нагрева, основных конст-
руктивных размеров и гидравлических потерь в них.
Площадь поверхности нагрева водонагревателей рас-
считывают по формуле
F = Q/(feA0, (3.1)
где Q — расчетная теплопроизводительность, Вт; k — коэффициент теплопе-
редачи, Вт/(м2«°С); Д/— температурный напор между греющей и нагревае-
мой водой, °C.
Из-за небольшой относительной толщины стенок во-
донагревателя коэффициент его теплопередачи вычис-
ляют так же, как для плоской стенки,
k = ₽! pe/[ 1 /«1 + 1 /а2 + «Л1, (3.2)
где pi и 02 — коэффициенты, учитывающие соответственно несовершенство
трубного пучка и загрязнение поверхности теплообмена; ai — коэффициент
теплоотдачи от теплоносителя к стенке, Вт/(м2‘°С); as — коэффициент тепло-
восприятия от стенки к нагреваемой воде, Вт/(м2«°С); бw — толщина стенки
трубки, м; — коэффициент теплопроводности металла стенки, Bt/(w°C).
Для секционных водонагревателей с латунными труб-
ками и опорными перегородками в виде полос коэффици-
ент 01, учитывающий неравномерность поля скоростей в
трубном пучке, рекомендуется принимать равным 0,92—
0,95. Неравномерность поля скоростей происходит при не-
равномерном заполнении сечения трубками и может быть
вызвана прогибом отдельных трубок, и соответственно
сближением их с соседними, а также наличием большого
кольцевого зазора между пучком трубок и корпусом.
Для водонагревателя с блоком двухсекторных пере-
городок вследствие поперечно-продольного омывания
трубок следует принимать 01 = 1,2. Коэффициент 02 зави-
сит от толщины накипи (загрязнения). Накипь из-за
малой теплопроводности (коэффициент ее теплопровод-
ности равен 1—2 Вт/(м-°С) против латуни—105 Вт/
/(м-°С)) снижает термическое сопротивление теплопере-
дачи (особенно значительно в теплообменниках с высо-
58
кой интенсивностью теплообмена). Для воды средней же-
сткости при поддержании температуры на выходе из во-
донагревателя не выше 60 °C расчетную толщину накипи
можно принимать 0,3—0,5 мм. Для накипи толщиной
0,5 мм 02=0,85 при £=700 Вт/(м2.°C); 0,8 при k—
= 1000 Вт/(м2-°С); 0,72 при £=1500 Вт/(м2-°C) и 0,6
при £=2000 Вт/(м2’°С). Коэффициенты теплоотдачи и
восприятия Вт/(м2>°С) при турбулентном движении воды
вдоль поверхности теплообмена (7?е^ 10000) следует оп-
ределять по формулам ВТИ:
«1= 1,16(1210+ 18rmd — 0,036r^)®?'8/d?12; (3.3)
«2 = 1,16 (1210 + 18/rod - 0,038/^) w8-8/^-2, (3.4)
1де Tmd и * md средние температуры греющей и нагреваемой воды, °C?
ин, w2 —скорости греющей воды в межтрубном пространстве и нагреваемой
воды в трубах, м/с; di и ^—эквивалентный гидравлический диаметр и внут-
ренний диаметр трубок, м.
Коэффициент тепловосприятия при свободной кон-
векции (для нагреваемой воды в емких водонагревате-
лях) определяют по формуле
а2 = [(90 + 1<ед№]1,16. (3.5)
Для анализа зависимости коэффициента теплопере-
дачи от коэффициентов теплоотдачи и тепловосприятия
выразим его, пренебрегая сопротивлением стенки,
как
k= 1/[1/аг+ 1/аь] =az/[l + а//аь], (3.6)
|де ав и — соответственно больший и меньший коэффициенты теплоотдачи
пли тепловосприятия.
Из выражения (3.6) следует, что коэффициент тепло-
передачи всегда меньше меньшего из коэффициентов теп-
лоотдачи. Только в теоретическом случае при а»=оо;
k—ai. Для другого предельного случая, т. е. при оц—а»,
имеем £=0,5 аг. Таким образом, пределами для £ явля-
ются
аг>й>0,5аг. (3.7)
Поскольку при значительных колебаниях а» пределы
изменения £ невелики, для заметного повышения коэф-
фициента теплопередачи теплообменника нужно повы-
шать меньший коэффициент теплоотдачи,' а не боль-
ший.
Как видно из выражений (3.3 и 3.4), теплоотдача воз-
растает с увеличением скорости и температуры воды. Чем
выше температура воды, тем меньше ее вязкость, тем
меньше толщина ламинарной пленки и тем больше теп-
юпроводность пленки.
59
Температурный напор водонагревателя обычно равен
средней логарифмической разности температур:
д/ = (д;ь — ДЭД//Л (д/ь/д/г), (3.8)
где и Д^—большая и меньшая разность температур между греющей 8
нагреваемой водой по концам теплообменника.
Только в тех случаях, когда Д/*=Д/г, температурный
напор определяют по средней арифметической разности
температур:
Д/=[Д/ь + Д<1]/2. (3.9)'
При подключении трубопроводов к водонагревателю
необходимо предусматривать противоток в направлении
движения нагреваемой и греющей воды. Противоток обес-
печивает наибольшую среднюю разность температур, а
следовательно, наименьшую площадь поверхности на-
грева.
Конструктивные размеры (выбор номера водонагрева-
теля) в большей степени определяются гидравлическими
потерями давления по греющей и нагреваемой воде. По-
тери давления в трубчатом водонагревателе (для воды,
проходящей по трубкам и в межтрубном пространстве),
Па, вычисляют по общей формуле для шероховатых труб
Др = 10* (Mid + 2 Б) w? т/(2§), (3.10)
i—n
где к — коэффициент трения, принимаемый равным 0,03; Z — длина пути про.
хождения, воды, м; d — внутренний или эквивалентный диаметр, м; —
сумма коэффициентов местных сопротивлений; w — скорость течения воды,
м/с; у — плотность воды, кг/л; g — ускорение свободного падения, м/с2.
Первый член в скобках характеризует линейные поте*
ри давления, второй — местные. При определении потерь
давления воды в трубном пучке чистого подогревателя
основное значение имеет первый член, в межтрубном про-
странстве — второй. Для водонагревателей с соотноше-
нием сечения межтрубного пространства fi и присоедини-
тельных патрубков f3, близким к единице, потерю давле-
ния на одну секцию длиной 4 м можно найти по формуле
(с опорными перегородками в виде полок)
Др^ИООО^, (3.11)
где Wi — скорость течения воды в межтрубном пространстве, м/с.
Для водонагревателей с блоком двухсекторных опор-
ных перегородок в формулу (3.11) вместо коэффициента
11000 следует подставлять: для типоразмера rf=50, 70,
80—30 000; d=100, 150—25000; d=200, 250, 300—20 000.
60
Потери давления в трубках на одну секцию составят,
На:
нового водонагревателя длиной 4 м
Др2^ 5300и>|; (3.12)
водонагревателя, бывшего в эксплуатации, но после
чистки
Др2 = 7500^, (3.13)
г ,ic w2 — скорость течения воды в трубках, м/с.
В процессе эксплуатации водонагреватель загрязня-
йся накипью, шламом, продуктами коррозии, причем в
большей степени со стороны нагреваемой воды, проходя-
щей по трубкам, поэтому в последнюю формулу следует
«•нести дополнительный коэффициент 0з на загрязнение
водонагревателя при его эксплуатации, значение которого
щвисит от местных условий и определяется по результа-
t.iM эксплуатационных испытаний (для условий Москвы
0з=4). Тогда выражение (3.13) с учетом многосекцион-
ности водонагревателя будет иметь вид
Др2 = 7500₽8ш|т, (3.14)
• лс т — число секций водонагревателя в установке.
Допустимое сопротивление водонагревательной уста-
новки по нагреваемой воде на период перед очередной
чисткой, как показала практика, составляет 0,15—
о,2 МПа при расходе воды через трубки, равному расчет-
ному секундному разбору горячей воды. С учетом этого
штимальная скорость воды по трубкам (среднее число
i екций в установке около 10) составляет
. 1 / 175 000
^ =1/ 7^TW~°’8m/c- (3J5>
Типоразмер водонагревателя выбирают по ближай-
шей площади живого сечения трубного пространства, ско-
рость воды в трубках которого близка к оптимальной.
Площадь живого сечения трубного пространства при из-
устном расходе q нагреваемой воды рассчитывают по
формуле
4 = ?/(?<'). (3.16)
Выбрав типоразмер водонагревателя по известным
члощадям живого сечения трубного fz и межтрубного fi
пространств и расходов нагреваемой q и греющей 6 во-
61
ды, определяют скорость воды из формулы (3.16) и со-
ответственно коэффициенты теплоотдачи и тепловосприя-
тия по формулам (3.3 и 3.4).
Пример 1. Выполнить расчет водонагревательной установки горя-
чего водоснабжения, присоединенной к тепловым сетям по односту-
пенчатой параллельной схеме.
Расчетный расход теплоты на горячее водоснабжение Qh=*
=4,22 МВт. Параметры сетевой греющей воды: на входе в водона-
греватель Ti=70°C, на выходе из водонагревателя т2=30°С (в соот-
ветствии со СНиП II—Г. 10—73* (II—36—73*). Параметры нагре-'
ваемой воды: холодной водопроводной /с=2°С, горячей на выходе
из водонагревателя /л=60°С.
Определим расчетный расход греющей воды}
= Qa/[(Ti — т2) с] = 4,22-10«/[(70 — 30) 4200] = 25 л/с.
Найдем расчетный расход нагреваемой воды, направляемой по
трубками
qh = —/С) с] = 4,22-10«/((60 — 2) 4200] = 14,9 л/с.
Рассчитаем площадь живого сечения трубного пространства при
оптимальной скорости воды в трубках по формуле (3.16)
/а= 14,9/(0,8-103) = 0,0217 м2.
Ближайшее живое сечение трубного пространства (см. прил. 4)’
соответствует водонагревателю с условным диаметром 300 мм, его
техническая характеристика: F=28 м2; /2=0,025 м2; fi=0,0446 m2j
42=0,019м2.
Результаты дальнейших расчетов сведены в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Результаты расчета числа секций в установке
Элемент расчета Расчетные формулы Расчетные значения
Средняя температура греющей воды, °C W=(^i+T2)/2 50
Скорость воды в междутрубном пространстве, м/с Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2«°С), щ ®i=G“7Ctff) 0,565
(3.3) 3240
Средняя температура нагревае- мой воды, °C W=(<n+O/2 31
Скорость воды в трубках, м/с wt=qk 0,695
Коэффициент тепловосприятия, Вт/(м2.°С), а2 (3-4) 3530
Коэффициент теплопередачи (₽! р2=0,7), Вт/(м2.°С) (3.2) 1165
Температурный напор, °C, Д/ (3.8) 17,5
Площадь поверхности нагрева F, м2 (3.1) 207
Число секций в установке — 7,4
62
С учетом округления до целого числа секций водонагреватель-
ная установка будет иметь восемь секций. Определим расчетные
потери давления нагреваемой воды по формуле (3.14)
Др2 = 7500-4.0,695*.8= 116 000 Па.
Найдем потери давления по греющей сетевой воде по формуле
(3.11) ДР1 = 11 000-0,5652.8 = 28100 Па.
3.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ТЕПЛОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ
В НЕРАСЧЕТНЫХ УСЛОВИЯХ
Если при расчете водонагревателей известны тем-
пературы греющей и нагреваемой воды на входе в во-
донагреватель и выходе из него, то при нерасчетных ус-
ловиях обычно знают только температуры теплоносите-
лей на входе в установку. Поэтому выражение для
определения производительности водонагревателей Q =
=kF&t нельзя применять при установлении режимов, от-
личных от расчетного, так как величину Д/ приходится
находить методом последовательных приближений. Рас-
чет таких режимов значительно облегчается при исполь-
зовании безразмерных характеристик теплообменных ап-
паратов, которые, как правило, известны.
Тогда теплопроизводительность всех видов конвектив-
ных теплообменных аппаратов может быть определена по
формуле, в которой учитывается не средняя разность
температур между теплообменивающимися потоками А/,
а максимальная разность температур греющей и нагре-
ваемой воды на входе в аппарат,
Q = 8IFz(t1^4), (3.17)
где е — безразмерная удельная теплопроизводительность; IFj —• меньшее из
значений эквивалента расхода теплообменивающихся потоков Gwс или
Вг/°С; qn — расход греющей и нагреваемой воды, кг/с; с — теплоемкость
воды Дж/(кг.°С); Xi — температура теплоносителя на входе в водонагрева-
тель, °C; t\— температура нагреваемой воды на входе в водонагреватель, °C.
Величина е представляет собой теплопроизводитель-
пость водонагревателя, отнесенную к единице меньшего
эквивалента расхода теплообменивающихся потоков и од-
ному градусу максимальной разности температур. При
противоточном движении теплоносителей в водонагрева-
теле выражение для расчета безразмерной удельной теп-
лопроизводительности имеет следующий вид:
Wbj, (3.18)
63
где <i)**kFIWi —режимный коэффициент; kF — произведение коэффициента
теплопередачи водонагревателя и его площади поверхности нагрева; и
W} — большее и меньшее значения эквивалента расхода теплообменивающих-
ся потоков.
Для облегчения ручного счета эта экспоненциальная
зависимость с достаточной точностью (расхождение не
более 3—4 %) аппроксимируется линейной зависимостью
е= l/[0,35Wi/Wb + 0,65+ 1/wJ < 1. (3.19)
Неравенство показывает, что величина s не может
быть больше 1, так как температура нагреваемой среды
ни в одном из сечений теплообменного аппарата не может
превысить температуру греющей среды. Для соблюдения
неравенства в правой части формулы (3.19) пользуются
следующим правилом: если по формуле (3.19) получают
8< 1, то это значение в принимают для дальнейших рас-
четов; в том случае, когда по формуле (3.19) получается
е> 1, то для расчетов принимают е=1.
Из формулы (3.19) следует, что безразмерная удель-
ная теплопроизводительность противоточного водонагре-
вателя представляет собой отношение теплопроизводи-
тельности данного водонагревателя к теплопроизводн-
тельности водонагревателя с бесконечной площадью
поверхности нагрева при одинаковых в обоих случаях
значениях меньшего эквивалента расхода теплообмени-
вающихся потоков и одной и той же максимальной раз-
ности температур.
Коэффициент теплопередачи водонагревателей явля-
ется переменной величиной, зависящей от условий теп-
лообмена. В скоростных водоводяных водонагревателях
коэффициент теплопередачи в большей степени зависит
от скорости теплоносителя, поэтому при изменении рас-
хода одного из теплообменивающихся потоков режимный
коэффициент будет также меняться и может быть найден
путем пересчета по формуле
а> = ф//в7ь/1Гг, (3.20)
где Ф — параметр водонагревателя, определяемый при расчетном режиме
®=kpFf\f (3.21)
С учетом изложенного выражение удельной теплопро-
извэдительности данного водонагревателя при отличных
от расчетного расхода теплообменивающихся потоков бу-
дет иметь вид
е = 1 /[0,35Wi/Wb + 0,65 + < 1. (3.22)
64
Таким образом, зная эквиваленты расходов №ь и Wt,
параметр водонагревателе Ф и температуры греющей и
нагреваемой воды на входе в установку ti и Л, легко
найти по формуле (3.22) величину е, а затем по формуле
(3.17) теплопроизводительность водонагревателя при лю-
бом режиме.
Параметр водонагревателя Ф для данной установ-
ки — величина практически постоянная в широком диапа-
зоне изменения Wb и Wt. Однако при изменении темпера-
турного режима работы водонагревателей параметр Ф
будет меняться в соответствии с зависимостью коэффи-
циента теплопередачи от температур теплообмениваю-
щихся сред. Пренебрежение этим обстоятельством может
привести к значительной ошибке при определении мето-
дом пересчета необходимой поверхности нагрева. В связи
с этим даны зависимости, уточняющие параметр Ф при
изменении средней температуры теплообменивающихся
сред. Эта зависимость аппроксимируется отдельными от-
резками прямой линии с учетом фактического диапазона
изменения средних температур воды в каждой ступени:
= Фр(о,615 +0,385/,);
Фп = (0,565 + 0,435/,),
где <Z>j и Ф1Х — искомое значение параметра водонагревателя соответственно
для I и II ступеней; Ф^ — значение параметра в расчетных условиях; t —
отношение средних температур воды в водонагревателе при искомом режима
и при основном.
Средняя температура воды в водонагревателе опреде-
ляется как полусумма средних температур греющей и на-
греваемой воды. Однако при расчете режимов, отличных
от основного, температуры нагреваемой воды и обратной
сетевой воды, как правило, неизвестны, поэтому предва-
рительно задаются ориентировочными значениями этих
температур. Опыт показывает, что с достаточной для
практических расчетов точностью среднюю температуру
можно определить в зависимости от температуры наруж-
ного воздуха tex, так как температура греющего тепло-
носителя меняется по графику в зависимости от tex‘.
для I ступени при feJt<O°C /5=(30—/в*)/30;
для II ступени при /ех<0°С /s=(60—/ех)/60;
для обеих ступеней при /ех^0°С. /в=1.
На практике чаще требуется по известной теплопроиз-
водительности водонагревательной установки в нерасчет-
ных условиях определить температуру, до которой может
5—807 . 65
быть нагрета вода при расчетном водоразборе и заданном
расходе сетевой воды. Для решения этой задачи по из-
вестной теплопроизводительности и параметрам греющей
и нагреваемой воды (расходы и температуры воды на
входе в водонагреватель и выходе из него) из формулы
(3.1) определяют произведение kF в расчетных условиях,
затем по формуле (3.21) —параметр водонагревателя Ф,
по формуле (3.22) — удельную теплопроизводительность
установки е и по формуле (3.17) — расчетную производи-
тельность Q. Температура, до которой нагреется вода в
установке, определяется по следующей формуле:
t^F + Q/tfc). (3.23)
Другая задача заключается в определении расхода
сетевой воды, обеспечивающего нагрев расчетного расхо-
да водопроводной воды до заданной температуры по из-
вестной теплопроизводительности водонагревательной
установки в нерасчетных условиях. Решение этой задачи
облегчается тем, что, как правило, известный расход
нагреваемой воды является меньшим из двух расходов
теплообменивающихся сред, поэтому искомый расход се-
тевой воды находят при совместном решении по форму-
лам (3.17) и (3.22) через эквивалент большего из расхо-
дов по заданным теплопроизводительности установки,
расходу нагреваемой воды и максимальной разности тем-
ператур греющей и нагреваемой сред.
Пример 2. Определить, до какой температуры нагревается вода
в водонагревательной установке при расчетном водоразборе по изве-
стной теплопроизводительности в нерасчетных условиях.
При тепловых испытаниях II ступени водонагревательной установ-
ки получены следующие данные: Ti = 100°C; Т2=50оС; Л=45 °C;
/2=60 °C; 41=20000 кг/ч. Рассчитать, до какой температуры нагре-
вается вода в водонагревателе при 92*=45 000 кг/ч; 0^=60 000 кг/ч;
Ti=70°C; Л = 15 °C.
Найдем теплопроизводительность установки и расход сетевой
воды в момент испытания
Q = (fl с (t2 — у = 20 000 (60 — 45)4200/3600 = 350 000 Вт;
Q 350 000 , „ ,
Gf —---------=---------------= 1,67 кг/с, а
1 с(Т1 — т2) (100 — 50)4200
Wf = 1,67-4200 = 7000 Вт/°С.
Вычислим температурный напор установки А/, произведение
kF, Ф
(100—60) — (50 —45)
д/=:—ттгтт------------ = 10,00 с;
In (40/5)
66
Q 350000
feF = -ГТ = — — = 20 730 Вт/°С;
А/ 10,00
_ kF 20 730
Ф =------------- == ---- ----
|Л р47000*23 260
где Г? = 20 000= 23 260 Вт/°С.
ооии
== 1,63
Найдем е и Q в расчетных условиях по формулам (3.22) и
(3.17), предварительно определив №^=60000 =70 000Вт/°С
ubUU
h 4200
и Wh2 =45000 —=52335 Вт/°С,
е =.............................. ......= 0,693;
„ „ 52 335 , „ , 1 у /~52335
,35 7ОООо+ ’ 1,63 V 70 000
Q = 0,693-52 335 (70— 15) = 1 995 000 Вт.
Отсюда по формуле (3.23) найдем искомую температуру, до
которой нагревается вода в водонагревателе при заданных условиях,
Пример 3. Рассчитать расход сетевой воды, обеспечивающий на-
грев воды в водонагревательной установке до заданной температуры
при расчетном водоразборе по известной теплопроизводительности в
нерасчетных условиях.
Использовав данные тепловых испытаний водонагревательной ус-
тановки из предыдущего примера, найдем расход сетевой воды, не-
обходимый для нагревания того же количества воды (45 000 кг/ч)
с температуры /1 = 15 °C до /2=60 °C при той же температуре сетевой
воды на входе в установку (ti=70°C).
Из предыдущего примера принимаем Ф=1,63.
Определим требуемую теплопроизводительность установки в
расчетном режиме]
Q =<^с(<2 — у = 52335(60 — 15) = 2355000 Вт.
Подставив полученное значение в формулу (3.17), вычислим 8
(принимаем, что
Q 2 355 000
8 = -------------- ' 1 . — у, о1о.
№/(*1-/!) 52 335(70— 15)
Решив выражение (3.22) относительно Wb=G™c, определим ис-
комый расход сетевой воды: =99 т/ч.
Таким образом, как следует из приведенных выше
примеров, для данной установки водонагревателей при
5*
67
расчетном водоразборе и минимальной температуре за-
данный расход греющей воды, равный бОт/ч, может на-
греть воду только до 53,1 °C. Обеспечить нагрев воды до
расчетной температуры 60 °C возможно, пропустив через
водонагревательную установку 99 т/ч сетевой воды. Уве-
личение расхода сетевой воды на 65 % привело к повы-
шению теплопроизводительности только на 18 %, поэтому
для компенсации недостаточной площади поверхности на-
грева требуется в несколько раз большее увеличение рас-
хода сетевой воды, чем приращение поверхности нагрева.
3.4. СООТНОШЕНИЕ ФАКТИЧЕСКИХ
И РАСЧЕТНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ
ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ
Недогрев воды в системах горячего водоснаб-
жения может быть вызван несоответствием фактических
и расчетных коэффициентов теплопередачи. Для опреде-
ления фактических коэффициентов теплопередачи и со-
противления водонагревателей систем горячего водоснаб-
жения проведены испытания водонагревателей на эксплу-
атируемых ЦТП. Для испытаний выбраны ЦТП в юго-
восточном районе столицы, находящиеся в эксплуатации
более пяти лет. Испытываемые объекты оборудовались
контрольно-измерительными самопишущими приборами
для записи температуры и расходов греющей и нагревае-
мой воды (рис. 3.11 и 3.12).
Температура воды измерялась хромель-копелевыми
термопарами, запись производилась 12-точечным потен-
циометром КСП со шкалой 0—150 °C (класс точности
прибора 0,25). Для измерения расхода воды использовал-
ся дифференциальный манометр ДМ, фиксирующий пе-
репад давлений в камерной диафрагме, запись осущест-
влялась на вторичный прибор ДС1-05 (класс точности
прибора 1,0) или индукционный расходомер ИР-11 с за-
писью на одноточечный потенциометр КСП (класс точ-
ности прибора 0,5). Потери давления по нагреваемой
воде в каждой ступени водонагревателя раздельно опре-
делялись дифференциальными перепадомерами ДС-Э
с записью каждого на одноточечный потенциометр КСП.
Показания приборов проверялись разовыми измере-
ниями: расходомеров ДС — по ртутно-водяному дифма-
нометру ДТ-50, перепадомеров — контрольными пружин-
ными манометрами, температуры — ртутными прецизи-
68
Рис. 3.11. Принципиальная схема подключения водонагревателей на
ЦТП-18 с указанием мест измерения
/—// — точки измерения температуры воды; РР — регулятор расхода; РТ —•
регулятор температуры; / и //- соответственно водонагреватели 1—П ступе-
ни; КД — камерная диафрагма; ИР — индукционный расходомер; ДП — из-
меритель перепада давлений на водонагревателе
опными термометрами со шкалой 0—50; 50—100 и 100—
150 °C и ценой деления 0,1 °C.
Испытания водонагревателей выполнялись без отклю-
чения подачи горяцей воды населению, поэтому при об-
69
Рис. 3.12. Принципиальная схема подключения водонагревателей на
ЦТП-2 с указанием мест измерения (обозначения те же, что и на
рис. 3.13)
работке результатов испытаний выбирались периоды с
неизменным расходом горячей воды или проводился орга-
низованный слив горячей воды, чтобы исключить неста-
ционарный режим. При колебаниях расхода сетевой воды
через II ступень водонагревателя из-за работы регулято-
ра температуры последний ставился в открытое положе-
ние.
Результаты испытаний обрабатывались следующим
образом. Сначала определялась теплопроизводитель-
70
ность подогревателя каждой ступени по греющей и нагре-
и.।смой воде и проверялся баланс этих величин. На даль-
нейшую обработку поступали только те результаты, в
। игорых дебаланс составлял не более 5 %. Затем состав-
лялась программа расчета коэффициентов теплопередачи
Фактического и теоретического и их сопоставления между
обой. Расчеты выполнялись на электронно-вычислитель-
ной машине МИР-2.
Испытания проводились при наибольших расходах на-
। реваемой воды, поэтому коэффициенты теплоотдачи а.\
и тепловосприятия аг определялись по формулам (3.3) и
( 5.4), соответствующим турбулентному режиму_движения
потоков.
Теоретический коэффициент теплопередачи вычислял-
я с учетом термического сопротивления стенки для чи-
стых трубок
=1/(1/^+ 1/а8 -(-о,000011). (3.24)
Фактический коэффициент теплопередачи определял-
ся по формуле
kf = Q/(F&f), (3.25)
me Q — теплопроизводительность водонагревателя, Вт (принимается среднее
шачение, получаемое при расчете по греющей и нагреваемой воде); F—пло-
щадь поверхности нагрева водонагревателя, м2; Д/ — температурный напор,
определяемый по формуле (3.8).
При определении температурного напора следует учи-
। ывать, что при разности температур на одном из концов
юплообменника, близкой к 1—2 °C, неточность при изме-
рениях в 1 °C приводит к ошибке в подсчете температурно-
го напора и коэффициента теплопередачи до 30 %. Напри-
мер, при Д(т = 12,4°С и Д/п=2°С Д/=5,7°С; при А/л=
-3°С, А/=7,35 °C— ошибка плюс 29 %; при Д(п = 1 °C,
\/=4,53°С— ошибка минус 21 %. Во избежание грубых
ошибок при отборе достоверных результатов данные с
минимальной разностью температур на одном из концов
нодонагревателя исключались.
Об эффективности работы водонагревателя судили по
отношению фактического коэффициента теплопередачи к
। еоретическому
<t> = kf/kt.
В результате испытаний обнаружено значительное
। ннжение фактической теплоотдачи водонагревательных
остановок, собранных из секций типа МВН или ОСТ.
< >бычно с учетом несовершенства трубного пучка и экс-
плуатационного загрязнения поверхности нагрева сниже-
71
вне коэффициента теплопередачи водонагревателей при-
нималось 20—25 % теоретического значения. Как пока-
зывают результаты натурных испытаний ряда ЦТП
в различных районах города (табл. 3.2), фактическое
снижение коэффициента теплопередачи после чистки во-
донагревателей составляет минимум 40 %. Это снижение
вызвано не столько загрязнением поверхности нагрева,
сколько конструктивными недостатками водонагревате-
лей. Как видно из табл. 3.2, коэффициенты теплопереда-
чи, измеренные после годичной эксплуатации водонагре-
вателя и сразу после его очистки, отличались не более
Таблица 3.2
Результаты обобщенных значений фактического снижения
коэффициента теплопередачи водонагревателей горячего
водоснабжения в сравнении с теоретическим '
ЦТП (период испытаний, время чистки) X Снижение фактического коэффициента теплопередачи против теоретического
по I ступени по П ступени
ЦТП-2 (октябрь — декабрь 1972 г., чистка летом 1970 г.) 0,63 0,4
ЦТП-2 (ноябрь 1973 г., чистка летом 1970 г.) 0,56 0,31
ЦТП-2 (апрель — июль 1974 г., чист- ка в марте 1974 г.) 0,59 0,6
ЦТП-2 (ноябрь — декабрь 1975 г., 0,63 0,58
февраль — март 1976 г., чистка в ав- густе 1975 г.) 0,62 0,58
ЦТП-2 (июнь — сентябрь 1976 г., фев- 0,62 0,55
раль 1977 г., чистка в мае 1976 г.) ЦТП-18 (октябрь 1975 г. — январь 0,61 0,53
0,66 0,58
1976 г., март — май 1976 г., чистка в июле 1975 г.) 0,6 0,57
ЦТП-18 (июнь 1976 г., чистка в июне 0,64 0,6
1976 г.) 0,57 0,5
ЦТП-3 (апрель 1976 г., чистка летом 1975 г., январь 1978 г., чистка летом 1977 г.) 0,57 0,5
ЦТП-20 (апрель 1976 г., чистка летом 1975 г., 0,48 0,37
сентябрь 1976 г., чистка в августе 1976 г. 0,49 0,36
декабрь 1977 г., чистка в августе 1977 г.) 0,42 0,31
ЦТП-18 (декабрь 1977 г., чистка в ав- густе 1977 г.) 0,43 0,34
72
чем на 5—7 %, и только при нарушении сроков чистки
они резко уменьшаются; при двухгодичной эксплуатации
после чистки — на 30 %, спустя 3 года после чистки — на
50 %. Как указывалось, они заключаются в обрушении
вследствие коррозии опорной решетки, поддерживающей
трубки, или неправильном ее расположении (когда сек-
ции в процессе сборки поворачиваются на 90° и пластины
решетки оказываются параллельными направлению силы
тяжести).
Так как отклонения фактических коэффициентов теп-
лопередачи водонагревателей от расчетных значительны,
рекомендуется для определения возможностей теплосъе-
ма данной установки в каждом конкретном случае прово-
дить ее тепловые испытания по приведенной выше мето-
дике. С учетом фактического коэффициента теплопереда-
чи следует определить требуемое число секций
водонагревателя, и, если оно выше установленного, то
смонтировать недостающие секции.
3.5. ИЗМЕНЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ
ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ ПО НАГРЕВАЕМОЙ
ВОДЕ
Проследим, как меняется сопротивление водо-
нагревателей в процессе эксплуатации.
Коэффициент сопротивления водонагревателей ke вы-
числялся по формуле
= Др/(т^ Ю4), (3.26)
где Др — потери давления при прохождении нагреваемой воды по трубкам
водонагревательной установки, Па; т — число секций водонагревателя в
установке; —- скорость нагреваемой воды, м/с.
В каждой серии испытаний этот коэффициент опре-
делялся по результатам нескольких измерений
(рис. 3.13). Проводились одномоментные (обозначены
кружочком) и выборочные по результатам обработки де-
сятиминуток (обозначены точками) измерения. Графики,
приведенные на рисунке, свидетельствуют о хорошей схо-
димости результатов по обоим методам обработки.
Коэффициент сопротивления скоростных водонагрева-
телей горячего водоснабжения типа МВН при прохожде-
нии воды по трубному пространству следует принимать
для водонагревателей длиной 4 м, находящихся в эксплу-
атации, 0,75. Фактическое сопротивление водонагрева-
телей перед ежегодной чисткой оказалось значительно
73
Рис. 3.13. Зависимости потерь давления от расхода воды в водона-
гревателях горячего водоснабжения из ЦТП-18 в I ступени (а) и
II ступени (б)
выше расчетных значений. Так, при испытании водона-
гревателей горячего водоснабжения типа МВН № 37 в
1972 г. в ЦТП-12 фактический коэффициент сопротивле-
ния составил для I ступени 4,4; для II — 5,3. При испы-
тании водонагревателей той же марки в 1974 г. в ЦТП-18
фактический коэффициент сопротивления составил соот-
ветственно для I и II ступени 2,9 и 4,4 (см. рис. 3.13).
В ЦТП-2 коэффициент сопротивления для II ступени
спустя 9 мес после чистки 1974 г. был равен 3,8. Значи-
тельное превышение фактических значений коэффициен-
та сопротивления над расчетным было подтверждено так-
же испытаниями МосжилНИИпроекта и Моспроекта-1.
Как показало обследование, увеличение коэффициен-
та сопротивления водонагревателей связано с интенсив-
ным зарастанием трубных решеток отложениями корро-
зионного характера. Сплошные отложения на перемычках
между трубками распространяются после смыкания на
сечение трубок. Имеются решетки, где полным сечением
работают только 5—6 трубок из 151. Калачи также по-
крыты значительными коррозионными отложениями вы-
сотой 10—20 мм. Отложения по длине трубок, как прави-
ло, невелики. Они представляют собой налет толщиной
0,3—0,5 мм, образующийся за счет выноса окислов желе-
74
ПО1 СТУ- ПЕНИ поЦ СТУ- ПЕНИ ВРЕМЯ ЧИСТ- КИ
У v 1072 1172
ф тъ 30 4 74
ж А 2П Ш74
(D 2т '/577.76 26.'12 76 5275 21.3.75 4-SA7S
□ ш 15175 3.3.75 272.75 8.1275 6776 , 3.3.76
30515 5-672.75 26-27.776 63.76
Рис. 3.14. Изменения коэффициента сопротивления по нагреваемой
воде водонагревателей МВН № 36, установленных в системах горя-
чего водоснабжения
/ — после химической чистки ЦТП-18 за 1974 г.; 2 —измерения на ЦТП-18 в
1975—1976 гг.; 3 - то же, на ЦТП-2
за из калачей. Анализ состава отложений показывает,
что основой отложений (более чем на %) являются окис-
лы железа. Причиной интенсивных отложений является
высокая коррозионность исходной водопроводной воды.
Химическая водоподготовка в ЦТП Москвы не проводит-
ся, за исключением централизованного известкования на
станции. Снижение потерь напора в водонагревателях до-
стигается периодической (один раз в год) чисткой труб-
ных решеток, трубок и калачей механическим способом.
В последнее время применяют и чистку химическим спо-
собом — промывкой слабым раствором кислоты. Однако
такие решения не позволяют снизить темп нарастания
потерь напора и воздействовать на механизм процесса
образования отложений.
На рис. 3.14 показаны изменения коэффициента сопро-
тивления водонагревателей после чисток по результатам
75
шести серий испытаний на трех ЦТП. Режим эксплуата-
ции ЦТП стандартный, температура горячей роды на вы-
ходе из водонагревателя 55—65 °C. Более полно пред-
ставлены результаты испытаний 1974 г. после опытной
чистки водонагревателей химическим методом (длитель-
ность испытаний около полугода) и 1975—1976 гг. на
ЦТП-18 и ЦТП-2 (чистка выполнена механическим мето-
дом перед началом отопительного сезона).
Анализ результатов испытаний показывает, что неза-
висимо от методов чистки сопротивление при движении
воды по трубкам водонагревателей II ступени горячего
водоснабжения возрастает в 2—3 раза по сравнению с
расчетным значением спустя 1—2 мес после начала экс-
плуатации. В течение последующих 6—8 мес эксплуата-
ции оно медленно увеличивается. Сопротивление водона-
гревателей I ступени возрастает не более чем в два раза
спустя 1—2 мес эксплуатации, дальнейшее нарастание
коэффициента сопротивления происходит меньшими тем-
пами, чем в водонагревателях II ступени. Таким образом
результаты испытаний показали, что наряду с совершен-
ствованием методов очистки водонагревателей необходи-
ма разработка мероприятий по предупреждению выпада-
ния отложений. В настоящее время предлагается ряд
способов, снижающих интенсивность коррозионных отло-
жений либо уменьшающих их влияние на повышение со-
противления водонагревателей. К ним относятся: защита
трубных решеток латунным листом, металлизационными
или лакокрасочными покрытиями, эмалирование калачей,
применение секций водонагревателя с удлиненными труб-
ками. Первые способы основаны на предотвращении кор-
розии стали трубных решеток устранением действия элек-
трохимической пары сталь-латунь. Удлинение трубок, не
сокращая действия электрохимических процессов корро-
зии, создает условия, при которых отложения не образу-
ются на входных и выходных участках латунных трубок.
Благодаря большей длине части трубного пучка, высту-
пающей над трубной решеткой, образование отложений
переносится с концов трубок в место их вальцовки.
Все описанные способы используются пока лишь как
экспериментальные, поэтому СНиП рекомендует коэффи-
циент сопротивления водонагревателей принимать на ос-
новании опытных данных с учетом качества холодной
воды. При отсутствии таких данных с учетом приведен-
ных выше испытаний коэффициент сопротивления водо-
76
нагревателей следует принймать йс=0,75йз, где Л3=4.
При этом периодичность чистки, как правило, должна
быть один раз в год.
Одним из способов борьбы с коррозией, а также с
карбонатными отложениями является недопущение даже
на короткие периоды превышения нагрева горячей воды
более 60 °C.' При нагревании воды ее pH снижается,
вследствие чего вода становится более агрессивной. От
температуры зависит и равновесие растворенных в воде
углекислых соединений. Для многих природных вод, со-
держащих агрессивную углекислоту, углекислотное рав-
новесие (состояние стабильности) достигается при их на-
греве до 55—65 °C. При более высокой температуре угле-
кислотное равновесие нарушается, что приводит к
выпаданию из воды карбоната кальция. В трубках ско-
ростных водонагревателей карбонат кальция осаждается
в виде твердых кристаллических отложений, в трубопро-
водах системы горячего водоснабжения — в основном в
виде мелкокристаллического шлама. Чем выше темпера-
тура нагрева воды, тем интенсивнее зарастают трубки
водонагревателей и тем больше шлама отлагается в тру-
бопроводах системы. Наибольшее количество шлама вы-
падает в разводящих трубопроводах. Такие отложения
помимо снижения пропускной способности трубопроводов
вызывают коррозию вследствие дифференциальной аэра-
ции (неравномерной аэрации покрытых и не покрытых
отложениями участков трубы). Вследствие этого корро-
зионные поражения горизонтальных магистралей систем
горячего водоснабжения более интенсивны в нижней ча-
сти труб, покрытых отложениями. При остывании воды по
мере прохождения ее в системе из нее выделяется осадок
карбоната кальция, углекислотное равновесие смещается
в обратную сторону, в результате чего часть растворен-
ной в воде углекислоты становится агрессивной и способ-
ствует коррозии трубопроводов. Чем выше начальная
юмпература нагрева воды, тем большее количество аг-
рессивной углекислоты образуется при остывании воды.
Совокупность указанных выше процессов приводит к то-
му, что скорость коррозии трубопроводов увеличивается
примерно в 1,5—2 раза на каждые 10 °C повышения тем-
пературы воды.
77
3.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ПАРАМЕТРОВ
ПРИ ВЫБОРЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СХЕМЫ
ИХ ПРИСОЕДИНЕНИЯ К ТЕПЛОВЫМ СЕТЯМ
Учет циркуляции при расчете водонагревателей
Расчет водонагревателей горячего водоснабже-
ния при отсутствии баков-аккумуляторов горячей воды
выполняют на максимальный часовой расход тепла на го-
рячее водоснабжение. Рассматриваемый расход тепла
включает в себя потери тепла трубопроводами системы и
расход тепла на нагрев циркуляционной воды, поэтому
при тепловом расчете водонагревателей расход тепла на
циркуляцию отдельно учитывать не следует, тем более
нецелесообразно устанавливать специальные водонагре-
ватели для нагрева циркуляционной воды. Ночью, когда
объем циркуляции максимальный, водонагреватели не
загружены водоразбором. С появлением водоразбора
объем циркуляции сокращается, достигая минимального
в часы максимального водоразбора. Однако сохранение
больших объемов циркуляции в часы максимального во-
доразбора при включении циркуляционной линии перед
второй ступенью может снизить температуру нагревае-
мой воды. Это связано с тем, что подмешивание более
горячей воды с температурой около 50 °C из циркуляци-
онного трубопровода к воде, выходящей из I ступени,
имеющей температуру 15—20 °C, уменьшает температур-
ный напор водонагревателя II ступени, а следовательно,
и теплосъем с него (кривая 1 на рис. 3.15). Вместе с тем
вызванное этим обстоятельством снижение температуры
нагрева воды, выходящей из водонагревателей, при ин-
тенсивном водоразборе не должно привести к нарушени-
ям температурного режима у потребителей.
Потери тепла трубопроводами при перепаде темпера-
тур в системе, равном 10 °C, практически не зависят от
расхода воды, поэтому вследствие меньшего остывания
воды в системе в часы интенсивного водоразбора возмо-
жен догрев воды в водонагревателях до меньших значе-
ний, но с таким расчетом, чтобы обеспечивалось поддер-
жание температуры воды у водоразборных кранов не ни-
же минимальной (кривые 2 и 3 на рис. 3.15). Кривая 4
показывает увеличение температуры циркуляционной во-
ды с ростом объема циркуляции. В периоды максималь-
78
Рис. 3.15. График влияния сте-
пени сохранения циркуляции
при расчетном водоразборе на
нагрев воды в водонагревате-
лях горячего водоснабжения
при отношении расхода сохра-
няющейся циркуляции в часы
максимального водоразбора
^тах к расчетному циркуляци-
онному расходу (ночному)
1 — изменение температуры нагре-
ва воды в водонагревателях при
наличии циркуляционного расхода
в режиме максимального водораз-
бора; 2 — температура горячей во-
ды на выходе из водонагревателя,
необходимая для обеспечения ми-
нимальной температуры воды у во-
доразборного крана 50 °C; 3 — то
же, что и 2Л но с учетом неравно-
мерности распределения циркуля-
ционного расхода; 4 — изменение
температуры воды в циркуляцион-
ном трубопроводе
кого водоразбора целесообразно иметь резерв по нагре-
ву воды, для чего циркуляционную линию рекомендует-
ся подключить к трубопроводу между секциями II сту-
пени, где температура нагреваемой воды близка к тем-
пературе циркуляционной воды (примерно перед послед-
ними тремя секциями по ходу нагреваемой воды). Ана-
логичная рекомендация относится и к водонагреватель-
ной установке, присоединяемой к тепловым сетям по од- '
ноступенчатой схеме.
Необходимость в водонагревателях для нагрева цир-
куляционной воды возникает только в двухзонных систе-
мах горячего водоснабжения, где их применение предот-
вращает передачу статического давления высотной час-
ти системы на трубопроводы нижней зоны. Как показа-
ли исследования, в этих случаях наиболее эффективно
использовать в качестве теплоносителя для нагрева цир-
куляционной воды верхней зоны системы воду, циркули-
рующую в системе горячего водоснабжения нижней зо-
ны. Такое решение одновременно способствует умень-
шению потерь тепла трубопроводами ночью за счет по-
нижения температуры циркуляционной воды до 50 °C.
79
Нагрев циркуляционной воды нижней зоны системы
осуществляется, как обычно во II ступени основных во-
донагревателей, до 60 °C, а в специальном водонагрева-
теле эта вода догревает циркуляционную воду системы
верхней зоны с 40 до 50 °C, охлаждаясь тем самым до
50 °C при равенстве циркуляционных расходов. Цирку-
ляционная вода системы нижней зоны направляется по
большому сечению водонагревателя — по межтрубному
пространству, так как водонагреватель должен будет про-
пустить и расчетный расход воды на водоразбор. Нагре-
ваемая вода, циркулирующая в системе верхней зоны,
проходит по трубкам. Приведенный ниже пример расчета
такого водонагревателя показывает, что он получается не
очень громоздким — одна секция длиной 4 м или две
по 2 м.
Пример 4. Подобрать водонагреватель для нагрева циркуляци-
онной воды при двухзонной системе горячего водоснабжения. Необ-
ходимая тсплопроизводительность циркуляционного водонагревателя
равна теплопотерям трубопроводов системы верхней зоны Q =
= 11 000 Вт. Расход нагреваемой воды — 950 л/ч при температурном
перепаде 10 °C. Верхняя и нижняя зоны системы одинаковы по
высоте, поэтому теплопотери их равны и расход греющей воды так-
же равен 950 л/ч при температурном перепаде 10 °C. Таким образом,
температурный напор водонагревателя Д£— 10 °C.
По формуле (3.5) определим коэффициенты теплоотдачи и теп-
ловосприятия водонагревателя, считая, что по греющей и нагревае-
мой воде теплоотдача происходит при свободной конвекции:
а, = [(90+10t^5)yrS]l,16=[(90+ 10.550>ге)у<^]1,16 =
= 726 Вт/(м*-°С);
а2= [(90+ 10^) улД7]1,16= [(90+ 1О-45°’75)у/То]1,16 =
= 656 Вт/(м2-°С).
Примем снижение коэффициента теплопередачи на загрязнение
0,9, тогда по формуле (3.4)
k = —-------------------------= 314 Вт/(м2.°С).
-=тт- + ~ггг + 0.000 011
726 656
Необходимую площадь поверхности нагрева водонагревателя
найдем по формуле (3.1)
F == 11 000/(314-10) = 3,5 м2.
В соответствии с данными прил. 4, такая площадь поверхности
нагрева сответствует одной 4-метровой секции с диаметром корпуса
106 мм (F=3,54m2; /2=0,005). Проверим сопротивление водонагре-
вателя при прохождении расчетного расхода воды на водоразбор
(qh = 7000 л/ч). При скорости движения воды по трубкам
7000
w = нал п ААеЛлТ = 0,39 М/с: Др = 11 000-0,39? = 1670 Па.
3600-0,005.103 . ’ к
80
При аналогичном равномерном распределении нагрузки нижней
и верхней зон, fe=314 Вт/(м2-°С) и температурном напоре Д/=10°С
водонагреватель с, диаметром корпуса 106 мм применяем для тепло-
производительности'до 11 000 Вт, 158 мм — до 21 670 Вт (6.9-314Х
X 10=21 670 Вт) и 82 мм — до 7000 Вт.
Определение начальной температуры греющей
воды
Водонагреватели горячего водоснабжения рас-
считывают на минимальную температуру воды в подаю-
щем трубопроводе тепловой сети. Минимальная темпера-
тура воды обусловлена наличием систем горячего водо-
снабжения как потребителя теплоты в централизованном
теплоснабжении. Согласно СНиП II—Г. 10—73*, она со-
ставляет для закрытых систем теплоснабжения не менее
70 °C, для открытых систем теплоснабжения — не менее
60 °C. Для закрытых систем теплоснабжения, работаю-
щих по графику регулирования совместной нагрузки
отопления и горячего водоснабжения (так называемый
«повышенный» график), т. е. когда нагрузка горячего
водоснабжения компенсируется не увеличением расхода
сетевой воды, а повышением температурного графика,
минимальная температура воды в подающем трубопро-
воде теплосети должна быть несколько выше 70 °C.
Общим для закрытых и открытых систем теплоснаб-
жения является то, что с повышением наружной темпе-
ратуры по сравнению с расчетной для проектирования
отопления температура воды в подающем трубопро-
воде снижается с rf до — минимальной температуры
воды, соответствующей температуре наружного воздуха в
точке излома графика регулирования t'ex. При темпера-
турах наружного воздуха выше t'ex температура воды в
подающем трубопроводе поддерживается постоянной на
минимальном уровне («срезка графика»), что вызывает
перегрев отапливаемых зданий, так как для отопительной
нагрузки температура воды должна снижаться. В этом
заключается противоречие графика регулирования для
обеих основных нагрузок теплопотребления: для систем
отопления во избежание перегревов необходимо сниже-
ние температуры теплоносителя, но такое снижение тем-
пературы против минимальной вызовет недогрев воды в
системах горячего водоснабжения.
Для повышенного графика минимальная температура
6—807 81
воды в подающем трубопроводе теплосети определяется
расчетом в зависимости от соотношения среднечасового
расхода теплоты на горячее водоснабжение QJ и расчет-
ного расхода теплоты на отопление Qhre, а также из усло-
вия, чтобы общая площадь поверхности нагрева водона-
гревательной установки не превышала величины, полу-
ченной при расчете на отопительный график с минималь-
ной температурой воды 70 °C при Причем до послед-
него времени при построении температурного графика не
учитывался ряд факторов, выявленных при изучении фак-
тических режимов теплопотребления жилых микрорайо-
нов. Так, при построении графика не учитывалось, что
потери теплоты трубопроводами системы горячего водо-
снабжения, а соответственно и расход теплоты на цирку-
ляцию компенсируются только II ступенью водонагрева-
теля, т. е. за счет потенциала сетевой воды из подающего
трубопровода. Следовательно, недоучет этого расхода
приводит при двухступенчатой последовательной схеме
присоединения водонагревателей горячего водоснабже-
ния и повышенном графике температур в тепловых сетях
к недоотпуску теплоты в системы отопления на протяже-
нии всего отопительного сезона в зоне регулирования
графика или увеличенному расходу сетевой воды и недо-
греву воды в системах горячего водоснабжения в период
срезки температурного графика.
Не учитывалось в расчетах также изменение доли бы-
товых тепловыделений в квартирах жилых домов. При
расчетной наружной температуре она составляет 20—
25 % расчетного расхода теплоты на отопление. В связи
с тем, что размер бытовых тепловыделений примерно по-
стоянен в течение отопительного сезона, с повышением
наружной температуры доля их в тепловом балансе воз-
растает. За счет этого можно сократить подачу теплоты в
систему отопления путем снижения температурного
графика, поддерживаемого в системе. Необходимость
учета расхода теплоты на циркуляцию и бытовых теп-
ловыделений закреплена СНиП П-33-75* и СНиП
2.04.01—85.
Не приводя подробного расчета температурных графи-
ков, дадим формулу для определения минимальной (рас-
четной для подбора водонагревателей горячего водоснаб-
жения) температуры воды в подающем трубопроводе
тепловой сети при температуре наружного воздуха в точ-
82
ке излома графика
<2* к (т?
^ = 4 + —^7Г
l~£Wv-£'
f-fl L
l + k‘) • I 55 —f ) \j2 ~
(3.27)'
небаланса теплоты на
графика водоцотребле-
равен 1, при их отсут-
I Tt — 50 \
+Цт^5Г/ •
\ h — «'U /
где % — поправочный коэффициент для компенсации
отопление, вызываемого неравномерностью суточного
пия; при наличии баков-аккумуляторов горячей воды
ствии — 1,2.
Из формулы (3.27) следует, что при общепринятой
для Москвы температуре наружного воздуха, соответст-
вующей точке излома графика, /'Х=2°С и соотношения
нагрузок Q^/Q^e =0,3 температура воды в подающем
трубопроводе теплосети должна быть 80 °C. Возможно
снижение температурного графика до точки излома, соот-
ветствующей t’ex =5 °C. При этом температура воды в
подающем трубопроводе тепловой сети должна быть
72 °C на входе в ЦТП. Это необходимо, чтобы обеспечить
подачу теплоты на отопление и горячее водоснабжение с
учетом сохранения расчетного расхода сетевой воды. Од-
пако при подборе водонагревателей горячего водоснабже-
ния на такие условия значительно увеличивается необхо-
димая площадь поверхности нагрева. Так, если при рас-
чете на ^=2 °C и т'1р =80°C во II ступени подогрева
требуется 5—6 секций водонагревателей, то при расчете
на fex =5 °C и т'1р =72 °C число секций возрастает до
8—10. Переход на расчетную температуру сетевой воды
72 °C влечет не только увеличение капитальных затрат на
водонагреватели, но и повышение потерь напора в них
(особенно по нагреваемой воде), что потребует увеличе-
ния мощности насосного оборудования и дополнительного
расхода электроэнергии. Увеличение расчетного расхода
сетевой воды на 20—25 % позволит сократить 1—2 сек-
ции водонагревателей, но при отсутствии автоматического
регулирования подачи теплоты на отопление это вызовет
систематический перегрев отапливаемых зданий, поэто-
му такое решение нерационально.
Считается, что для сокращения перерасхода теплоты
на отопление при температуре наружного воздуха выше
точки излома графика следует снизить температуру сете-
вой воды. Однако это решение может быть оправдано
только в периоды водоразбора небольшой интенсивности,
6* 83
когда из общего расхода сетевой воды на ЦТП часть его
проходит, минуя II ступень водонагревателя горячего во-
доснабжения. В остальных случаях снижение температу-
ры сетевой воды против расчетной для подбора водона-
гревателей вызовет только недогрев воды, поступающей в
систему горячего водоснабжения. Так, расчеты показыва-
ют, что если водонагреватели подобраны на температуру
сетевой воды 80 °C и произошло снижение этой темпера-
туры до 72 °C, то при водоразборе, превышающем сред-
ний часовой в 1,7 раза, начнется уменьшение температуры
нагрева воды с 60 до 50 °C при максимальном часовом
водоразборе. Это значит, что у отдельных потребителей
температура воды у водоразборных кранов будет 35—
40 °C, что недопустимо по санитарным требованиям.
На рис. 3.16 приведены результаты испытаний, под-
тверждающие, что уменьшение температуры воды в по-
дающем трубопроводе тепловой сети до 67 °C (в 18 ч)
снизило температуру нагреваемой воды на выходе из во-
донагревателя с 57 до 50 °C при водоразборе, в 1,5 раза
превышающем среднечасовой. При водоразборе в 2,5 ра-
за большем среднечасового температура горячей воды
опустилась до 49 °C при температуре воды в сети 72—
73 °C. Таким образом минимальная расчетная температу-
ра воды в подающем трубопроводе тепловой сети, на ко-
торую подбираются водонагреватели горячего водоснаб-
жения, должна быть 80 °C. Это соответствует для условий
Москвы соотношению среднечасового расхода теплоты на
горячее водоснабжение и расчетного на отопление 0,3 при
t'ex =2 °C. Указанное соотношение типично для жилых
микрорайонов, построенных за последние 15—25 лет в
Москве. Однако с учетом реального графика водопотреб-
ления для экономии теплоты при отсутствии автоматичес-
кого регулирования его подачи в системы отопления воз-
можно снижение температуры сетевой воды до 72 °C при
температурах наружного воздуха выше 5 °C в рабочие
дни и ночью в выходные дни. Такое снижение обусловле-
но тем, что водоразбор в эти периоды значительно ниже
расчетного. Но с 8 до 22 ч в субботу, воскресенье и в
вечерние часы предпраздничных дней температура сете-
вой воды во избежание нарушений в работе системы го-
рячего водоснабжения должна быть перед водонагрева-
телями не ниже 80 °C.
84
во 75 70 65 60 55
х
г
ju G.T/4 КП
50 ио 30 20 10 0
Часы
Рис. 3.16. Режим работы ЦТП с последовательной схемой присоеди-
нения водонагревателей
/ ~ температура горячей воды; Ti — температура воды в подающем трубо-
проводе теплосети; G*0 — расход сетевой воды на тепловой пункт; G™ —
расход сетевой воды через II ступень водонагревателя; (ft — расход горячей
воды на водоразбор; Qт~~ среднечасовой расход горячей воды
Определение расчетных параметров
при выборе водонагревателей, присоединенных
к тепловой сети по двухступенчатой
смешанной схеме
Площадь поверхности нагрева I и II ступеней
водонагревателей выбирают (при отсутствии баков-акку-
муляторов) по максимальному часовому расходу теплоты
(%, на горячее водоснабжение. При этом расчетную теп-
лопроизводительность каждой ступени находят по следу-
ющим формулам:
= <1-^ <3.28)
<&=<&-От (3-29)
Расчетный расход нагреваемой воды через I ступень
водонагревателя принимают равным q^, через II сту-
пень — 9* с учетом потерь теплоты трубопроводами и на-
грева воды в водонагревателе до /л=60°С по формуле
^Qft/Цбо-ф]. (3.30)
Расчетный недогрев воды в I ступени (т.^—обыч-
но принимают 10 °C, температуру обратной воды со
II ступени — равной температуре обратной воды из
системы отопления в точке излома температурного
графика.
Расчетный часовой расход сетевой воды на горячее во-
доснабжение, поступающей во II ступень, составит
Ga’ = Qn/[« - т21) с] (3.31)
Расчетный часовой расход сетевой воды через I сту-
пень водонагревателя и в целом на ввод определяют по
сумме расчетных расходов воды на горячее водоснабже-
ние и отопление:
G/oZ = Gw + 0Ле. (3.32)
Расчетную температуру сетевой воды на выходе из во-
донагревателя I ступени при равенстве и x'2he и т<Р на-’
ходят по формуле
т| = [GtQt с). (3.33)
В зависимости от соотношения нагрузок горячего во-
доснабжения и отопления число секций водонагревателя
86
составляет: 3-~4 в I и 5—6 во II ступени. Уменьшение
расчетного недогрева приводит к увеличению площади
поверхности нагрева I и II ступени водонагревателей.
Так, при недогреве 5 °C площадь поверхности нагрева
I ступени увеличивается на 70 %, II ступени — на 14 %,
а общее число секций превышает 10, что подтверждает
нецелесообразность снижения расчетного недогрева воды
в I ступени менее 10 °C.
Расчет водонагревателей на вышеприведенные усло-
вия позволяет с точностью до 1,5 % определять мини-
мальное значение суммарной площади поверхности нагре-
ва водонагревателей. Вместе с тем двухступенчатая схе-
ма присоединения водонагревателей дает возможность в
довольно широких пределах перераспределять общую
площадь поверхности нагрева между водонагревателями
I и II ступеней без повышения расхода сетевой воды на
ввод. Тем самым увеличивая поверхность нагрева водо-
нагревателя I ступени, можно в среднем за отопительный
сезон снизить температуру возвращаемой на ТЭЦ воды и
получить дополнительную экономию топлива.
Пример 5. Определить изменение расхода сетевой воды и ее
температуры после водонагревательной установки горячего водоснаб-
жения при различном распределении числа секций между I и II
ступенями. Расчетная теплопроизводительность 2,94 МВт. Температу-
ры наружного воздуха: +2 (расчетная для выбора водонагревате-
лей), —5 и —15 °C. Соотношения расчетных расходов теплоты на
горячее водоснабжение и отопление р=0,53; 0,8; 1,05.
Предварительно задавшись недогревом воды в I ступени 10 °C
и приняв T2I==T2fte, определим необходимую площадь поверхности на-
грева I и II ступени. По расчету она составила в I ступени 3,5, во
II — 5,9 секции (округленно 4 и 6 секций). Перераспределив число
секций между I и II ступенями, как 6+4 и 7+3, найдем для них
безразмерный параметр и удельную теплопроизводительность водо-
нагревателя, принимая коэффициент теплопередачи и расходы теп-
лообменивающихся сред такими же, как при первоначальном рас-
ходе (как показали сопоставительные расходы, такое допущение вы-
зывает ошибку не более 2 %).
Решим систему уравнений теплового баланса для I и II ступеней
водонагревателя совместно с уравнением сохранения энергии на
смешение потоков:
<# = Wh( t'} — f]^(Ww + Whe) (т{— т|) =е — tty (3.34)
Qn = Wh ( th - tf) = (ti - tP) = 8„ Vty (t, - tty (3.35)
+ Whex^ =(Ww+Whe)r\. (3.36)
Получим уравнение зависимости температуры горячей воды на вы-
ходе из водонагревательной установки th от водяного эквивалента
(расхода) сетевой воды через II ступень Ww:
87
whe
Задаваясь неизменным /л=60°С, на ЭВМ находим искомое зна-
чение Ww и, подставляя в формулу (3.36), определяем температуру
сетевой воды, поступающей в I ступень подогревателя:
т*е — в. U71 tc — W* ( th - t()
т =-------1-------------------------—-------— . (3.38)
+ —BjIFJ
Рис. 3.17. Расчетная схема смешанного присоединения водонагрева-
телей горячего водоснабжения
/ и 4—1 и II ступень водонагревателя; 2 —задвижка (нормально закрыта)?
5 — регулятор температуры воды; 5 — насос; 6 обратный клапан
88
Таблица 3>3
Результаты расчета режимов работы водонагревателей
горячего водоснабжения, присоединенных по двухступенчатой
смешанной схеме при различном соотношении площади
поверхности нагрева в I и II ступенях
Соотношение расчетных расходов теп- ла на горячее подоснаожение и отопление Qr 6 распределение , секций между I и II ступенями Расход сетевой воды через II ступень Температура воды, °C
т/ч в относитель- ных величи- нах по срав- нению с рас- четным режи- мом для чис- ла секций 44-6 нагревае- мой меж- ду ступе- нями t j греющей после П ступени греющей после I ступени 4
При температуре наружного воздуха 2°С
1,05 4+6 6+4 7+3 43,8 44,6 46,1 1 1,02 1,05 30,9 39,7 44,1 41 50,1 55 24,2 24,7 25,6
4+6 42,3 1 33,1 42,3 26,5
0,8 6+4 43 1,02 41 50,7 26,8
7+3 44,5 1,05 44,9 55,2 27,5
4+6 41,1 1 34,8 43,3 28,2
0,53 6+4 41,5 1,01 42,1 51,2 28,3
7+3 43,1 1,05 45,6 55,5 29
При температуре наружного воздуха —5 °C
1,05 4+6 6+4 7+3 23,7 22,4 22,2 1 0,95 0,94 29 36,4 40,2 34,5 45,4 52,5 21,2 19,4 19,1
0,8 4+6 21,4 1 33 36,6 25,3
6+4 19,7 0,92 39,7 46,6 23,5
7+3 19,4 0,91 42,9 53 23,2
0,53 4+6 19,6 1 36 38,2 28,5
6+4 17,5 0,89 42,4 47,4 26,7
7+3 17 0,87 45,1 53,3 26,3
При температуре наружного воздуха —15 °C
1,05
4+6
6- -4
7+3
14
12
11,5
1
0,86
0,82
31,7 31,7 21,5
37,6 38,9 17
40,9 47,7 15,7
89
Продолжение табл. 3.3
Соотношение расчетных расходов теплоты на го- рячее водо- снабжение и отопление ₽=<&/<?? Распределение сек- ций между I и П ! ступенями расход сетевой воды через II ступень Температура воды, °C
т/ч в относитель- ных величинах по сравнению с расчетным режимом для числа секций 4+6 нагревае- мой ме- жду сту- пенями 4 греющей после II ступе- ни тР греющей после I ступени 4
4+6 11,8 1 37,8 37,8 27,9
0,8 6+4 9,3 0,79 43,8 43,8 23,7
7+3 8,4 0,71 46 47,3 22,1
4+6 10 1 42,1 42,1 32,5
0,53 6+4 7,2 0,72 48,2 48,2 28,8
7+3 6,1 0,61 50,2 50,2 27,3
Остальные параметры расчетного режима теплообменника т^1
находим из уравнений теплового баланса водонагревателей.
Места измерения температур и расходов показаны на схеме рис. 3.17
(№}и IFzn—эквиваленты меньшего из расходов теплообмениваю*
щихся сред I и II ступени).
Результаты расчетов сведены в табл. 3.3. Как видно из табли-
цы, увеличение числа секций в I ступени вызывает повышение рас-
хода сетевой воды через II ступень от 1—2 (при шести секциях) до
5 % (при семи секциях). Вместе с тем с понижением наружной тем-
пературы расход сетевой воды, наоборот, уменьшается на 5—13 при
tex—— 5 °C и на 14—-39 % при /ех=—15°С. Температура сетевой во-
ды, возвращаемой в ТЭЦ, соответственно снижается на 2 и 5—6 °C.
Приведенные данные подтверждают целесообраз-
ность перераспределения площади поверхности нагрева
между ступенями водонагревателя, присоединенного по
смешанной схеме, таким образом, чтобы увеличивалась
I ступень. Следовательно, расчет двухступенчатой сме-
шанной схемы присоединения водонагревателей горяче-
го водоснабжения с целью определения суммарной пло-
щади поверхности нагрева следует проводить на рас-
четный недогрев воды в I ступени 10 °C и > а
затем перераспределить число секций между ступенями,
оставляя во II ступени 3—4 секции.
Определение расчетных параметров
при выборе водонагревателей,
присоединенных к тепловой сети
по двухступенчатой последовательной схеме
Расчетная теплопроизводительность I ступе-
ни водонагревателей принимается по балансовой
90
нагрузке горячего водоснабжения, II ступени 0^, — по
разности максимального часового расхода теплоты
и теплопроизводительности водонагревателей I сту-
пени:
О'1 = (/*-/<) с; (3.39)
Qii = <&-0г (3.40)
Учет потерь теплоты трубопроводами систем горяче-
го водоснабжения требует изменить формулы, которы-
ми пользовались для определения расчетных расходов
сетевой воды на горячее водоснабжение. Так, согласно
СНиП 2.04.01—85, этот расход при двухступенчатой по-
следовательной схеме присоединения водонагревателей
и отопительном температурном графике в тепловой се-
ти находят по формуле
Gw = Q* и (60 - /*)/[(?; - т^) (60 - ^) с]. (3.41)
Однако это уравнение справедливо для теплопотерь
трубопроводов системы горячего водоснабжения, не
превышающих расхода теплоты на нагрев среднечасо-
вого водоразбора от 55 °C до температуры на выходе из
водонагревателя th—60 °C. Поскольку эти потери зна-
чительно выше и компенсируются дополнительным рас-
ходом теплоты только II ступени водонагревателя,
применение формулы (3.41) неправомерно, так как в ней
дополнительный расход теплоты равномерно распреде-
ляется между I и II ступенями.
Более правильно определять расчетный расход сете-
вой воды на горячее водоснабжение по формуле
Gw = Q* [х (55 - 4)/(55 - tc} + *']/[( 1 + k‘) « - Тг) с]. (3.42)
Расчет для одной и той же величины Q* показыва-
ет, что формула (3.41) занижала расчетный расход
сетевой воды на горячее водоснабжение на 15 % при
потерях тепла трубопроводами £z=0,35 и на 8 % при
^ = 0,25.
Расчетный часовой расход сетевой воды на горячее
водоснабжение при повышенном графике температур
воды вычисляют вместе с расходом воды на отопление
по следующему уравнению:
91
<f°l = {Q'^ + [к (55 - /?)/(55 - /*) + « -
-т')]. (3.43)
Он должен быть для данного теплового пункта не ме-
нее
(3.44)
Расчетную температуру обратной воды на выходе
из водонагревателя I ступени (возвращаемой в ТЭЦ)
определяют с учетом того, что на входе в водонагрева-
тель температура воды равна температуре воды из си-
стемы отопления в точке излома температурного
графика
^ = T2-Q?/(G/w4 (3.45)
Расчетную температуру сетевой воды на выходе из
водонагревателя II ступени находят из условия, что в
расчетном режиме вся сетевая вода проходит через во-
донагреватель
(3.46)
При повышенном графике температур воды в тепловой
сети вместо tJ в формулу (3.46) следует подставлять
Ч>-
Таким образом расчетные часовые расходы грею-
щей воды на I и II ступенях одинаковы и равны Gtot.
Расчетные часовые расходы нагреваемой воды для
I ступени водонагревателя q^v. определяют по балансо-
вой нагрузке, для II ступени qhhr по максимальному ча-
совому расходу воды на водоразбор. Расчетная для
выбора водонагревателя II ступени температура нагре-
ваемой воды перед входом во II ступень t^clr не будет
равна температуре воды на выходе из I ступени /*, по-
скольку последняя рассчитывалась на балансовую
нагрузку. Эту температуру определяют исходя из изве-
стной теплопроизводительности II ступени водонагрева-
теля и прохождения через нее расчетного часового рас-
хода нагреваемой воды
= 60 - Q*/(<?*. с). (3.47)
Зная расчетные расходы греющей и нагреваемой
воды и температуры воды на входе и выходе из водо-
нагревателя каждой ступени, ббычным методом нахо-
дим температурный напор, коэффициент теплопередачи
92
и необходимую площадь поверхности нагрева водона-
гревателя.
На распределение площадей поверхности нагрева
между I и П ступенями водонагревателя значительно
влияет принимаемое значение расчетного недогрева во-
ды в I ступени, т.е. разность температур греющей во-
ды, входящей в водонагреватель, и нагреваемой воды,
выходящей из него. Эту разность рекомендуется прини-
мать равной 5—10 °C. Выбор этой величины должен
быть обоснован тщательным технико-экономическим
расчетом, в котором учтены затраты не только на теп-
ловую сеть, водонагревательную установку, выработку
электроэнергии, но и расход электроэнергии, связанный
с увеличением потерь напора в водонагревателях, осо-
бенно по нагреваемой воде.
Не рассматривая весь этот комплекс вопросов, пу-
тем сравнительных расчетов определим, как влияет не-
догрев на распределение секций в водонагревательной
установке. Расчеты показывают, что при недогреве в
3°С в I ступени следует установить шесть секций водо-
нагревателей, при недогреве 6 °C — только четыре сек-
ции. Причем исключение двух секций приводит к повы-
шению температуры сетевой воды в обратном трубопро-
воде всего на 1,4—1,6 °C, а на необходимую площадь
поверхности нагрева II ступени практического влияния
не оказывает.
С учетом изложенного, а также того, что даже при
четырех секциях в I ступени общее число секций в ус-
тановке водонагревателей при нагреве воды до 60 °C
уже составляет 9—10 (максимальное число секций, ус-
танавливаемое в настоящее время в ЦТП, обслуживаю-
щих жилые микрорайоны), целесообразно принимать
недогрев в размере 5—7 °C в зависимости от соотноше-
ния нагрузок горячего водоснабжения и отопления. При
смешанной схеме в I ступени, как правило, также мон-
тируют четыре секции водонагревателей, увеличивать
число секций в других схемах нецелесообразно. Для
улучшения нагрева горячей воды в ЦТП, выполненных
по двухступенчатой последовательной схеме, при нали-
чии 5—6 секций в I ступени и 3—4 секций во II (наи-
более часто встречающееся соотношение в существую-
щих ЦТП) рекомендуется перераспределить секции во-
донагревателей между I и II ступенями, оставив в I сту-
пени 3—4 секции. Если выполнить такие работы невоз-
93
В систему горячего
водоснабжения
Рис. 3.18. Схема установки дополнительной секции во II ступень во-
донагревателя и переключения циркуляционного трубопровода под
I ступень водонагревателя
1 — регулятор температуры горячей воды; 2 и 13 — водонагреватели горячего
водоснабжения II и I ступеней; 3 — циркуляционно-повысительный насос го-
рячего водоснабжения; 4 — обратный клапан; 5—клапан с электроприводом
для переключения циркуляции; 6 — дополнительная ступень водонагревателя;
7 — регулятор расхода теплоты на отопление; 8 — клапан регулятора; 9 —
циркуляционно-подмешивающий насос отопления; 10 — термометр сопротив-
ления; 11 — задвижка; 12 — регулятор расхода воды
можно, например, когда обе ступени смонтированы в
одном пакете, следует установить дополнительные сек-
ции, доведя число их во II ступени до 6. Дополнитель-
ные секции предпочтительно ставить перед существую-
щими секциями II ступени по ходу движения нагревае-
мой воды, исключая тем самым загрузку этих секций
циркуляционным расходом и не меняя обвязки регуля-
тора температуры (рис. 3.18).
На практике, когда при последовательной схеме при-
соединения водонагревателей не выдерживается темпе-
ратурный график или занижена площадь поверхности
нагрева II ступени и из-за этого не обеспечивается на-
грев горячей воды до заданной температуры, приоткры-
вают задвижку, переключая водонагреватель на сме-
шанную схему работы. Хотя это и способствует некото-
рому повышению температуры горячей воды (рис. 3.19,
94
Рис. 3.19. Режим работы ЦТП при переключении водонагревателей
горячего водоснабжения с последовательной на смешанную схему
присоединения (в 19 ч)
1 — температура воды в подающем трубопроводе теплосети; 2 — температура
воды, поступающей в квартальную сеть отопления; 3 — температура сетевой
воды, выходящей из II ступени; 4 — температура воды на выходе из водо-
нагревателя II ступени в систему горючего водоснабжения; 5 — температура
циркуляционной воды; 6 — температура воды из систем отопления; 7 —тем-
пература нагреваемой воды на выходе из I ступени водонагревателя; 5 —
температура сетевой воды, возвращаемой в ТЭЦ; 9 — расход сетевой Воды
па тепловой пункт; 10 — расход горячей воды на водоразбор; // — расход
циркуляционной воды; 12 — расход сетевой воды в квартальной сети отопле-
ния
95
Рис. 3.20. Режим работы ЦТП с последовательной схемой присоеди-
нения водонагревателей горячего водоснабжения
Обозначения те же, что на рис. 3.19; t — температура водопроводной воды
кривая 4, переключение произведено в 19 ч), но вызы-
вает ряд последующих нарушений.
Расход сетевой воды увеличивается на 30—50 %,
возрастает температура обратной воды из ЦТП на 10—
15 °C (кривая 8), нередко превышая даже температуру
96
I ис. 3.21. Режим ^работы ЦТП при выключении отопления зданий
(задвижки сетевой воды на выходе во внутриквартальную сеть за-
крыты)
Обозначения те же, что на рис. 3.19
обратной воды из систем отопления (кривая 6). Резко
сокращается расход воды, направляемой во внутриквар-
тальные сети отопления (кривая 12), что приводит к
разрегулированию местных систем и непрогревам от-
дельных помещений. В результате ухудшается работа
7-807 97
ЦТП, удаленных от источника теплоты, так как про-
пускная способность сетей ограничена и увеличение
расхода сетевой воды в одних ЦТП происходит за счет
сокращения его у других. Для сравнения на рис. 3.20
приведен режим работы на том же объекте в предыду-
щий день при последовательной схеме включения во-
донагревателей. При меньшем водоразборе температу-
ра горячей воды снизилась до 44 °C.
Обеспечение нагрева воды до нормативной темпера-
туры с использованием той же нагревательной уста-
новки достигается при переходе на смешанную схему
присоединения водонагревателей горячего водоснабже-
ния с ограничением максимального расхода сетевой во-
ды. Как показано на рис. 3.19 и 3.20, при существую-
щем распределении секций водонагревателей даже зна-
чительное увеличение расхода сетевой воды не обеспе-
чивает нагрев горячей воды до расчетных параметров.
Температура воды в обратном трубопроводе от систем
отопления в период, близкий к срезке графика, состав-
ляет 35—40 °C, в обратном трубопроводе от водонагре-
вателя II ступени — 52—57 °C , поэтому выключение
системы отопления и направление всего потока сетевой
воды через обе ступени водонагревателей устраняет
несоответствие в распределении секций, и обе ступени
работают как единая установка. На рис. 3.21 показан
режим работы ЦТП по смешанной схеме при выклю-
ченной системе отопления (система была включена в
21 ч 50 мин). При этом в тех же условиях (см. рис.
3.20) минимальная температура горячей воды была
выше и составила 55 °C при выключенной системе отоп-
ления. Такой же эффект создается применением сме-
шанной схемы с ограничением. В кратковременные пе-
риоды наибольшего водоразбора вся вода из тепловой
сети поступает во II ступень, а из нее — в I ступень, не
смешиваясь с водой из системы отопления. Неизменный
расход воды во внутриквартальной сети отопления под-
держивается циркуляционно-смесительными насосами.
Повышение надежности и экономичности
использования водонагревателей
Для повышения надежности снабжения по-
требителей горячей водой в течение всего года при
98
1 — обводной трубопровод диаметром 100 мм; 2 и 3 — первая и вторая ступе-
ни водонагревателя
проектировании ЦТП следует предусматривать уста-
новку двух параллельно включенных групп водонагре-
вателей, каждая из которых может работать автономно
при ремонте или чистке другой. На практике это озна-
чает, что вместо группы водонагревателей с условным
диаметром 300 мм применяют две группы диаметром по
200 мм. Стоимость установки при этом увеличивается
незначительно, но повышается ее надежность и облег-
чается обслуживание.
В существующих ЦТП для тех же целей необходимо
сооружать обводные трубопроводы водонагревателей по
нагреваемой воде так, чтобы каждая ступень могла
работать самостоятельно. Для этого устанавливают пе-
ремычку между трубопроводами холодной и горячей
воды с двумя задвижками, которая соединена с трубо-
проводом нагреваемой воды, идущем из I ступени во
II. Перемычка может выполняться диаметром 100 мм,
а поступление нагреваемой воды из I ступени во II пре-
кращается установкой временных заглушек во фланцы,
7* 99
как показано на рис. 3.22. Обвод водонагревателя по
сетевой воде, как правило, предусматривается проек-
том. Как показывают расчеты, в летний период даже
три секции водонагревателя смогут нагреть воду до
приемлемых параметров.
Для снижения температуры воды, выходящей из
ЦТП, и уменьшения теплопотерь ночью целесообразно
переключать на это время циркуляционную линию си-
стемы горячего водоснабжения в трубопровод холодной
воды перед I ступенью водонагревателя. Одновременно
следует снизить уставку регулятора температуры горя-
чей воды с 60 на 50 °C. Днем циркуляционная линия
должна быть включена в трубопровод нагреваемой во-
ды перед II ступенью или, что более рационально, в
трубопровод между секциями II ступени водонагрева-
теля, температура воды в котором равна принятой тем-
пературе воды в циркуляционном трубопроводе (при-
мерно перед тремя последними секциями по ходу
движения нагреваемой воды), как показано на рис. 3.19.
Переключение выполняется автоматически: реле вре-
мени, например в 0 ч, закрывает клапан 5, направляя
циркуляционный поток в I ступень, и через электрогид-
равлическое реле переключается импульс на регулятор
температуры с датчика, настроенного на поддержание
температуры горячей воды 60 °C, на другой датчик с
уставкой .на 45—50°C. В 6 ч реле времени делает
обратное переключение, при открытом клапане 5 через
него будет поступать циркуляционная вода, так как
давление воды перед I ступенью значительно выше, чем
в месте включения трубопровода, на котором установ-
лен клапан. При автоматическом регулировании подачи
тепла на отопление, когда температура воды из систе-
мы отопления будет ниже 40—45 °C, переключение цир-
куляционного трубопровода перед I ступенью водона-
гревателя при таких температурах делать нецелесооб-
разно. В связи с этим на обратном трубопроводе
системы отопления установлен датчик температуры, по
сигналу которого при снижении температуры обратной
воды менее 40—45 °C клапан 5 остается открытым и в
ночное время.
100
3.7. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ
НАГРЕВА ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ
В ВОДОНАГРЕВАТЕЛЯХ
Задачей автоматического регулирования яв-
ляется поддержание постоянной заданной температуры
воды на выходе из водонагревателя независимо от из-
менения температуры греющей воды и интенсивности
водоразбора. Обычно такое регулирование осуществля-
ется с использованием гидравлических и электронных
регуляторов изменением количества греющей воды.
В Москве наиболее широкое распространение получили
гидравлические регуляторы температуры воды прямого
действия.
Регулятор температуры воды конструкции Теплосети
Мосэнерго состоит из регулятора прямого действия типа
РР (регулирующий клапан) и биметаллического реле
типа ТРБ-2. Регулятор работает под действием давления
воды из тепловой сети или из водопровода. Более ста-
бильное давление обычно имеется в подающем трубо-
проводе тепловой сети. В этом случае отбор воды обыч-
но производится до регулирующего клапана. На рис. 3.23
приведена типовая схема установки регулятора темпе-
ратуры, применяемая в Теплосети Мосэнерго.
Регулятор состоит из корпуса 1 с двумя крышками,
однощельного клапана 6, соединенного штоком 5 с дон-
ником сильфона 4, и пружины 7 с натяжным приспо-
соблением S. Площадь сильфона примерно равна рас-
четной площади клапана, поэтому на него не воздейст-
вует давление воды перед регулятором. Давление воды
после регулятора создает усилие на клапан, которое
стремится поднять его вверх. Этому усилию противодей-
ствуют пружина 7 и давление, оказываемое рабочей жид-
костью на сильфон. При максимальном давлении воды
на сильфон клапан открыт, при сообщении надсильфон-
ной камеры с атмосферным давлением — клапан закрыт.
Для увеличения или уменьшения расхода воды через
клапан при установившихся давлениях за клапаном и
действующих на сильфон, натягивают или ослабляют
пружину, вращая натяжное приспособление соответст-
венно по часовой стрелке или против часовой стрелки.
Диаметр исполнительно-регулирующего устройства ре-
гулятора выбирают в зависимости от максимального
расхода сетевой воды и допустимой потери давления в
{01
Рис. 3.23. Схема автоматического регулирования температуры горя-
чей воды
Таблица 34
Выбор диаметра регулятора
Диаметр регулято- ра, мм Максимальный расход, т/ч, при потере давления, МПа, в полностью открытом клапане
0,01 | 0,02 0,04 0,06 0,08 | 1 °-’
40 4 6 9 11 13 14
50 7 10 15 18 21 23
80 16 23 33 40 46 51
100 26 36 52 63 73 81
полностью открытом клапане по табл. 3.4.
Допустимые потери давления в клапане определяют
в зависимости от разности напоров на тепловом пункте
и схемы включения водонагревателя. Минимальные до-
пустимые потери давления характерны для двухступен-
чатой последовательной схемы включения водонагрева-
телей, максимальные — для параллельной и двухступен-
чатой смешанной схем. Если двухступенчатая установка
102
горячего водоснабжения может работать как по после-
довательной, так и по смешанной схеме, то диаметр ре-
гуляторов выбирают из расчета их работы по последо-
вательной схеме, т. е. на меньшую потерю давления в
регулирующем клапане.
Пример 6. Двухступенчатый воднагреватель горячего водоснаб-
жения включен по последовательной схеме. Максимум расхода сете-
вой воды на горячее водоснабжение составляет 20т/ч, при этом по-
тери давления в водонагревателе равны 0,04 МПа. Действительный
перепад давлений на тепловом пункте 0,26 МПа, требуемый перепад
перед элеватором 0,2 МПа. Допустимые потери давления в клапане
0,26—0,2—0,04 =0,02 МПа. По табл. 3.4 выбираем регулятор РР-80.
Реле ТРБ-2 (см. рис. 3.23) состоит из пучка биметал-
лических пластин 13, вставленных в герметическую ла-
тунную гильзу, которую помещают в поток нагреваемой
воды. Одним концом пластины впаяны в дно гильзы,
другим соединены с металлической пластиной, на кон-
це которой размещен клапан 14. Рабочая вода поступает
по трубке 9 через сопло 11. Расстояние между соплом и
клапаном регулируется маховиком 10. Рабочая вода,
подаваемая по трубке 9 в биметаллическое реле, заби-
рается из подающего трубопровода и последовательно
проходит через охладитель 12, устанавливаемый на тру-
бопроводе, подводящем холодную воду в водонагрева-
тель, фильтр 2 и ограничительную шайбу 3.
Повышение температуры воды после водонагревате-
ля по сравнению с заданной вызывает прогиб биметал-
лических пластин термореле, вследствие чего клапан 14
отходит от сопла 11 и увеличивается слив воды из им-
пульсной трубки. При увеличении слива воды снижает-
ся давление в импульсной линии (на участке после
шайбы 3) и надсильфонной камере регулятора расхода,
что ведет к его прикрытию и, следовательно, к сокраще-
нию расхода сетевой воды. При снижении температуры
нагреваемой воды по сравнению с заданной клапан реле
постепенно закрывает сопло, давление в надсильфонной
камере регулятора повышается, отодвигая клапан от
седла и увеличивая расход сетевой воды.
Таким образом, если при заниженной температуре
воды имеется слив рабочей жидкости, сопло неплотно
закрыто клапаном. Причинами неплотного прижатия
клапана к соплу может быть износ резиновой проклад-
ки клапана или потеря упругости пучком биметалличе-
ских пластин. Последнее происходит из-за неправильной
наладки термореле, когда клапан был перемещен соп-
103
лом слишком глубоко в термореле. При повышении тем-
пературы клапан отходит от сопла и биметаллические
пластины подвергаются деформации. В этом случае
термореле подлежит замене. Низкая температура на-
греваемой в водонагревателях воды при отсутствии сли-
ва рабочей воды из термореле может свидетельствовать
о недостаточной пропускной способности регулятора,
вследствие того, что он прикрыт пружиной или из-за
малого напора на клапане. Для стабильной работы тер-
мореле перед наладкой регулятора температуры следует
тщательно очистить от грязи импульсные трубки, сопло
термореле и дроссельную шайбу. При засоре сопла или
шайбы прекращается слив воды, давление на сильфон
клапана регулятора возрастает, увеличивая пропуск
теплоносителя и вызывая перегрев воды в водонагре-
вателе. Перегрев воды возможен и при нарушении гер-
метичности сильфона. Исправность сильфона проверяют
закрытием вентиля 15. Если при закрытом вентиле про-
должается истечение воды через термореле, значит силь-
фон негерметичен и клапан подлежит замене.
Поскольку наладку регулятора температуры обычно
проводят днем, когда нагрузка водонагревателя значи-
тельно ниже расчетной, то регулирующий клапан натя-
жением пружины, а термореле вращением маховика ус-
танавливают в такое положение, чтобы давление на
сильфон клапана составляло примерно половину абсо-
лютного давления в месте отбора рабочей жидкости. При
возрастании нагрузки водонагревателя клапан термореле
приближается к соплу, давление повышается, увеличи-
вается пропускная способность регулятора температуры.
В часы максимального водоразбора температура воды
не должна снижаться ниже заданной. Если такое сни-
жение отмечено, открывают клапан регулятора, увели-
чив натяжение пружины.
При двухступенчатой последователь-
ной и предвключенной схемах присоеди-
нения водонагревателей пропускная способ-
ность регулятора температуры зависит от правильной
работы регулятора расхода, установленного на пере-
мычке вокруг водонагревателя II ступени. Последний
должен поддерживать неизменный расход сетевой воды
на ввод не только при изменении напора во внешней се-
ти, но и при изменении расхода сетевой воды на II сту-
пень водонагревателя, вызванного работой регулятора
104
температуры. При увеличении расхода сетевой воды на
II ступень количество ее через регулятор расхода долж-
но уменьшаться таким образом, чтобы суммарный рас-
ход на вводе не превышал имеющегося при закрытом
клапане регулятора температуры.
При применении регулятора прямого действия сум-
марный расход сетевой воды при открывании регулято-
ра температуры возрастает. Согласно исследованиям,
проведенным лабораторией Теплосети Мосэнерго, при
параллельной работе регулятора расхода на перемычке
и регулятора температуры клапан первого полностью
закрывается из-за большой неравномерности при повы-
шении регулируемой разности давлений на 0,06—
0,07 МПа.
В тепловых пунктах, где давление на вводе менее
0,25—0,3 МПа, полного закрывания клапана регулятора
расхода не происходит, и, несмотря на то, что клапан
регулятора температуры полностью открыт, часть воды
поступает через регулятор расхода по перемычке, минуя
водонагреватель II ступени. Это может явиться причи-
ной недогрева горячей воды в часы максимального во-
доразбора. На графиках (рис. 3.24) показано, что в те-
чение ночи и днем температура горячей воды поддер-
живалась на заданном уровне 57±1,5°С. Однако
вечером, когда водоразбор более чем вдвое превысил
среднесуточный (в воскресный день, когда температура
воды в подающем трубопроводе теплосети составляла
около 80°C), клапан регулятора расхода не закрылся и
температура горячей воды снизилась. Судить о непол-
ном закрывании клапана регулятора расхода можно со-
поставлением температур сетевой воды после водона-
гревателя II ступени и поступающей во внутрикварталь-
ную сеть отопления: если последняя температура вы-
ше первой — имеется пропуск сетевой воды по пере-
мычке.
Недогрев воды возможен при пропуске теплоносителя
мимо водонагревателя II ступени из-за неплотно закры-
той задвижки 10 (рис. 1.11). При этом вода из подающе-
го трубопровода теплосети через задвижки 9 и 10 будет
сбрасываться в обратный трубопровод, а в водонагрева-
тель II ступени сетевая вода поступать не будет. На прак-
тике такие случаи встречаются довольно часто. Обнару-
жить эту неисправность можно, сопоставив температуры
сетевой воды в подающем трубопроводе на входе в тепло-
105
Рис. 3.24. Режим работы ЦТП с последовательной схемой присоеди-
нения водонагревателей горячего водоснабжения в сутки наибольше-
го водопотребления
tfl — температура воды на выходе из водонагревателя в систему горячего во-
доснабжения; GtJ и Gw — расход сетевой воды на ЦТП и на II ступень
водонагревателя горячего водоснабжения; </? — расход воды на горячее во-
доснабжение; — фактическая теплопроизводительность водонагревателя
II ступени, — теплопроизводительность водонагревателя II ступени, тре-
буемая для нагрева горячей воды до заданной температуры
вой пункт и на выходе из II ступени водонагревателя.
При наличии неисправности эти температуры будут
одинаковыми.
Другой причиной недогрева воды, направляемой в
систему горячего водоснабжения, может быть непра-
вильное подключение импульсных линий регулятора рас-
хода на перемычке. Схема присоединения импульсных
трубок регулятора расхода зависит от перепада давле-
ния pi — р2 (см. рис. 3.23). Номинальный регулируемый
перепад давления для регуляторов всех типоразмеров
составляет 0,2 МПа, что соответствует среднему расхо-
ду воды через них. При повышенных расходах воды (для
регулятора РР-50 более 8 т/ч, РР-80 более 26 т/ч, РР-100
более 45 т/ч) перепад снижается на 10—20 %. В связи
с этим надсильфонную камеру соединяют импульсной
линией с обратным трубопроводом, если требуемый пе-
106
репад давления менее 0,2 МПа, с подающим и обратным
трубопроводами, если более 0,2 МПа. В последнем слу-
чае требуемый перепад давления обеспечивается подбо-
ром дроссельных шайб 16 и 17, устанавливаемых в кре-
стовине, связывающей импульсные линии с надсиль-
фонной камерой регулятора со стороны подающего
трубопровода 17 (диаметр отверстия dmi). Диаметры
отверстий шайб в зависимости от регулируемого пере-
пада давлений приведены в табл. 3.5.
Таблица 3.5
Выбор диаметра отверстий шайб в зависимости
от регулируемого перепада давлений
Обозначения шайб на рис. 3.23 Диаметры отверстий шайб, мм, при перепаде давлений, МПа
0,21—0,24 0,24—0,28 0,28—0,36 0,35—0,48 0,48—0,64
Поз. 17 0,8 0,8 0,8 0,9 1
Поз. 16 1 0,9 0,8 0,8 0,8
Поскольку диаметры отверстий дроссельных шайб
очень малы, импульсные трубки выполняют из нержаве-
ющих сплавов и защищают фильтром 13, Это позволяет
исключить возможность засорения их отверстий продук-
тами коррозии.
Наладку регуляторов РР проводят после продувки
импульсных линий от грязи при открытых задвижках на
подающем трубопроводе ввода и вентилях на импульс-
ных трубках. Заданный расход воды устанавливают, ре-
гулируя натяжение пружины. Затем проверяют работу
регулятора. Для этого при полностью открытой задвиж-
ке на подающем трубопроводе записывают давление
воды перед регулятором Рщ (см. рис. 3.23), пос-
ле регулятора Лив обратном трубопроводе Р%, Посте-
пенно закрывая задвижку, доводят разность давления
Лп — Рч ДО разности давлений Pi — Р2, имеющейся при
полностью открытой задвижке. Расход воды через ре-
гулятор при таком изменении не должен снижаться бо-
лее, чем на 10 %. Недостаток описанных гидравлических
регуляторов расхода и температуры заключается в том,
что не видно, в каком положении находится клапан.
Из-за этого затрудняется их настройка. Малые диамет-
ры отверстий дроссельных шайб в регуляторе расхода,
ограничительной шайбы и сопла в регуляторе темпера-
107
тури 1|)гбуюг постоянного контроля со стороны обслу-
и на к>щего персонала.
Обследование многих тепловых пунктов Москвы по-
казало, что на практике довольно часто дроссельные
шайбы в импульсных линиях регулятора расхода не ус-
танавливают, а импульсную трубку обратного трубопро-
вода закрывают. В результате давление на клапан за
регулятором уравновешивается давлением на сильфон
со стороны импульсной трубки, и регулятор работает,
как шайба с постоянным сопротивлением, определяемым
натяжением пружины. В этом случае через регулятор
проходит вода (даже при полностью открытом регуля-
торе температуры), что снижает температуру горячей
воды на выходе из водонагревателя в часы наибольше-
го водоразбора. Было выявлено также, что при парал-
лельной установке двух регуляторов расхода из-за не-
достаточной пропускной способности каждого нередко
применяют неправильную начальную схему присоедине-
ния импульсных трубок к регулятору. Как правило, один
из регуляторов соединяют импульсными трубками с по-
дающим и обратным трубопроводами, другой — только
с подающим, что также приводит к указанным выше
последствиям.
Если наладка регуляторов расхода и температуры не
обеспечила повышение температуры воды на выходе из
водонагревателя в часы интенсивного водоразбора, то
следует проверить по изложенной выше методике фак-
тическую теплоотдачу водонагревательной установки,
достаточность площади поверхности нагрева II ступени
водонагревателя с учетом минимальной температуры
воды в тепловой сети, объем сохраняющейся в часы мак-
симального водоразбора циркуляции. В зависимости от
полученных результатов рекомендуется выполнять одно
из следующих мероприятий: добавить секции во II сту-
пень, перейти на смешанную с ограничением макси-
мального расхода сетевой воды схему присоединения
водонагревателей, полностью заменить водонагреватели,
снизить объем циркуляции или выключить ее в часы
максимального водоразбора.
Глава 4.
ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ
Водонагревательные установки размещают в
тепловых пунктах. Кроме водонагревателей в тепловых
пунктах устанавливают циркуляционные насосы систе-
мы горячего водоснабжения, повысительные хозяйствен-
ные и пожарные насосы. Для систем отопления в тепло-
вых пунктах размещают циркуляционно-подмешиваю-
щие насосы при зависимом присоединении системы к
тепловым сетям либо водонагреватели отопления, цир-
куляционные и подпиточные насосы при независимом
присоединении. Тепловые пункты оборудуют также при-
борами автоматического управления технологическими
процессами, учета расхода воды и тепла, контроля тем-
пературы и давления воды.
4.1. СХЕМЫ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК
СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Повышение этажности жилых зданий и не-
стабильность давлений в водопроводах крупных горо-
дов привели к необходимости предусматривать в систе-
мах водоснабжения жилых микрорайонов и отдельных
зданий собственные насосные установки, обеспечиваю-
щие требуемое повышение давления. Как правило, по-
высительные насосы обслуживают одновременно системы
холодного и горячего водоснабжения. Их устанавлива-
ют в центральных и индивидуальных тепловых пунктах.
Объединение повысительных установок холодного и
горячего водоснабжения сокращает число устанавлива-
емых насосов, что облегчает их эксплуатацию и управ-
ление. В практике проектирования разность в потерях
давления не учитывалась, так как по расчетным форму-
лам она получалась незначительной. Это происходило из-
за того, что сопротивление водонагревателей в расчетах
принималось в 3—4 раза меньше фактического (см.
гл. 3). Кроме того, не учитывалось, что фактическое со-
противление систем холодного водоснабжения может
быть меньше расчетного в системах, имеющих резерв-
ный трубопровод для противопожарного водоснабжения.
Так, из-за незнания фактических гидравлических сопро-
109
тинлсний расчетные потерн давления в системах горяче-
го водоснабжения принимались на (20ч-25) 104 Па мень-
ше фактических, что вызывало в ряде случаев нарушения
в подаче горячей воды в квартиры верхних этажей. Одна-
ко уменьшение потерь давления в водонагревателях
экономически не оправдано, так как приводит к умень-
шению коэффициента теплопередачи и увеличению раз-
меров и стоимости водонагревательной установки. В то
же время оборудование таких систем общими повыси-
тельными установками потребовало примерно вдвое уве-
личить расчетный и рабочий напор в них, что вызвало
неоправданное увеличение расхода электроэнергии и
бесполезные утечки воды в системах холодного водо-
снабжения. Бесполезные утечки могут быть устранены,
если в системах холодного водоснабжения предусмот-
реть самостоятельные регуляторы давления.
Снижение расхода электроэнергии возможно двумя
способами:
1) установкой дополнительных повысительных насо-
сов на подающем трубопроводе систем горячего водо-
снабжения (до подсоединения к нему циркуляционного
трубопровода) после общих повысительных насосов;
2) установкой циркуляционного насоса горячего во-
доснабжения не на обратном трубопроводе, а на пода-
ющем. Тогда циркуляционный насос не только поддер-
живает циркуляцию в системе, но и повышает статичес-
кое давление воды в системе горячего водоснабжения
(рис. 4.1).
Такая схема установки циркуляционных насосов на-
зывается циркуляционно-повысительной. Эта схема наи-
более проста, поскольку не требуется установки допол-
нительных насосов. Рассмотрим технические показатели,
влияющие на выбор окончательного решения.
На графиках (рис. 4.2) показано, как должен ме-
няться циркуляционный расход в системах горячего во-
доснабжения при изменении уровня водоразбора, чтобы
соблюдался заданный температурный перепад до наи-
более удаленной водоразборной точки. Как видно, в за-
висимости от объема системы и изоляции стояков цир-
куляционный расход должен изменяться в значительных
пределах вплоть до полного прекращения. Это означает,
что циркуляционный насос, установленный на циркуля-
ционном трубопроводе, основное время работает в не-
экономичном режиме, отличающемся от расчетного. На
ПО
Рис. 4.1. Подключение циркуляционного насоса к системе горячего
водоснабжения по циркуляционно-повысительной (а) и по циркуля-
ционной схеме (б) с пьезометрическим графиком для каждой из них
1 — хозяйственный повысительный насос; 2 — водонагреватель I ступени; 3 —
циркуляционный насос; 4 — водонагреватель II ступени; 5 — обратный кла-
пан
Рис. 4.2. Изменение необходимых по тепловому расчету расходов
воды в головных трубопроводах при изменении объема водоразбора
в циркуляционном (а) и подающем трубопроводе системы (б)
^г/ *" отношение циркуляции при водоразборе к расчетному циркуля-
ционному расходу при отношение текущего расхода на водо-
разбор к расчетному расходу; 1 —отношение расчетного расхода
на водоразбор к требуемому циркуляционному расходу системы
ш
графиках (рис. 4.2,6) показано изменение общего (на
пидора «бор и циркуляцию) расхода воды в подающем
трубопроводе. Как видно, расход воды через циркуля-
ционно-повысительный насос на подающем трубопрово-
де меняется в меньшей степени (до 50 % по сравнению
с расходом в расчетном режиме). Это свидетельствует
о равномерной, а следовательно, и экономичной работе
циркуляционно-повысительного насоса в течение суток.
К аналогичным выводам приходим и в результате
анализа изменения требуемых напоров в системе при
различных уровнях водоразбора. Расчетный напор до-
полнительного повысительного насоса горячего водо-
снабжения равен разности потерь давления на подачу в
системах горячего и холодного водоснабжения в расчет-
ном режиме. Потери давления в I ступени водонагрева-
теля будут изменяться примерно так же, как потери дав-
ления в системе холодного водоснабжения. Следователь-
но, напор дополнительного насоса должен изменяться
таким же образом, как потери давления в подающей ча-
сти системы горячего водоснабжения, включающей в
себя водонагреватель II ступени и подающий трубопро-
вод, т. е. примерно пропорционально (ц^+Ям)2. Это
значит, что днем напор насоса должен уменьшиться при-
мерно в 4 раза. Фактически из-за сокращения расхода
воды через этот насос напор его будет не уменьшаться,
а увеличиваться (следовательно, в течение основного
времени фактический напор дополнительного насоса бу-
дет не менее, чем в четыре раза больше необходимого).
Предотвратить работу дополнительного насоса в неэко-
номичном режиме можно, увеличив давление, поддер-
живаемое перед ним хозяйственными насосами. Однако
при этом расход электроэнергии хозяйственными насо-
сами возрастет в большей степени, чем сократится в до-
полнительном насосе, в связи со значительно большим
расходом воды через хозяйственные насосы. Напор цир-
куляционно-повысительного насоса должен быть равен
перепаду давлений между подающим и циркуляционным
трубопроводами сети, необходимому для создания нуж-
ной циркуляции в ней и включающему в себя потери
давления в подающей и циркуляционной частях систе-
мы. При уменьшении водоразбора сократятся потери
давления в подающей части системы, но значительно
увеличатся в циркуляционной части, поэтому при такой
установке насоса его напор ближе к требуемому напору
112
в течение всего рабочего времени. При этом возможно
подбором трубопроводов подающей и циркуляционной
частей системы привести изменение фактического напо-
ра насоса в соответствии с требуемым. Появление избы-
точного напора в циркуляционном режиме можно ис-
пользовать для уменьшения металлоемкости системы.
Таким образом применение циркуляционно-повыси-
тельных насосов позволяет не только упростить эксплу-
атацию и уменьшить стоимость оборудования, но и зна-
чительно сократить расход электроэнергии. Важно не
только обеспечить возможность поддержания разных
давлений в системах холодного и горячего водоснабже-
ния, но и сократить расход электроэнергии общей повы-
сительной установкой (хозяйственных насосов), умень-
шить продолжительность ее работы, повысить надеж-
ность резервирования. При этом имеется в виду как
замена вышедшего из строя насоса, так и обеспечение
нормальной работы при снижении давления в городском
водопроводе ниже предусмотренного.
В настоящее время наиболее распространенной явля-
ется параллельная установка насосов. При этом допус-
каются различные решения:
1) все насосы имеют одинаковые параметры по рас-
ходу и напору, подача каждого насоса при этом может
быть равна расчетному расходу воды в обслуживаемых
системах либо части этого расхода (в зависимости от чи-
сла одновременно работающих насосов);
2) отдельные параллельно установленные насосы
или группы насосов создают различные напоры; недо-
статком такого решения является невозможность сов-
местной работы всех насосов, так как группа насосов,
создающая малый напор, работает вхолостую.
Рассмотрим режимы работы центробежных насосов,
применяемых в общих повысительных установках. На
рис. 4.3 приведены характеристики изменения напора
Нр и мощности Np, потребляемой на валу насоса, при
изменении расхода воды в системах q. Из графиков
видно, что сокращение расхода воды вызывает заметное
уменьшение мощности по валу насоса. Так при умень-
шении расхода воды вдвое мощность на валу насоса
составляет 0,7—0,75 номинальной, т. е. перерасход мощ-
ности 0,2—0,25 номинальной. Такой перерасход вызван
увеличением напора насоса в 1,25—1,4 раза. Если соз-
8—807 113
Рис. 4.3. Характеристики ценя
робежных насосов серии К
1 и 2 — изменение относительно)
мощности и относу
тельного напора Яр— H£/Hmin пр|
изменении расхода
даваемый напор соответствует требуемому, то перерас-
ход мощности невелик (0,05—0,1 номинального). Следо-
вательно, стремление варьировать число одновременно
работающих насосов при их параллельной установке в
зависимости от фактического расхода воды неоправдан-
но, если не обеспечивается соответствие создаваемого и
требуемого напора.
Экономичность работы общей повысительной уста-
новки достигается наилучшим образом при изменении
в широком диапазоне напора, создаваемого установкой.
Из-за квадратичного характера изменения потерь дав-
ления в системе и переменного давления в городском
водопроводе требуемый напор насосов изменяется в
большем диапазоне, чем расход воды в ней.
В повысительных установках более экономично по-
следовательное расположение насосов, поскольку, варь-
ируя числом работающих насосов, можно в широких
пределах изменять общий напор установки. Параллель-
ная установка разнотипных групп насосов несколько
расширяет возможности варьирования ими, однако при
этом увеличивается общая стоимость установки и за-
трудняется создание резерва по напору, так как для
этого требуется предусматривать дополнительную высо-
конапорную группу насосов.
При последовательном размещении насосов резерв по
напору обеспечивается резервным насосом, включаемым
вместо вышедшего из строя рабочего насоса. Преиму-
ществом последовательной установки насосов является
114
Рис. 4.4. Трубопроводная об-
вязка при последовательной
схеме повысительной насосной
установки
возможность использования низконапорных насосов,
создающих меньший шум и обладающих значительно
большим моторесурсом. Кроме того, эта схема (рис. 4.4)
позволяет задавать любую последовательность включе-
ния и выключения насосов. Например, первым включа-
ется насос 1. Создаваемое им повышенное давление от-
крывает обратный клапан 4 и закрывает обратные кла-
паны 5, 6, 8. При включении в работу дополнительного
насоса 2 вода в него будет поступать не из ввода через
обратный клапан 5, как это было бы при параллельной
схеме, а по перемычке из напорной линии насоса 1. Бо-
лее высокое давление в трубопроводе после насоса 2 от-
кроет обратный клапан 6 и закроет клапан 4. Допустим,
что первым включается насос 3. Тогда вода из ввода
поступает в него через открытые клапаны 5 и 7. Клапан
8 откроется, а клапаны 4 и 6 будут закрыты под дейст-
вием высокого давления воды за ними. Если работает
один насос 5, а затем включается другой насос /, то
повышение давления за ним не может открыть обрат-
ного клапана 4, поскольку насос 3 поддерживает низкий
уровень давления в перемычке, отходящей от напорного
трубопровода насоса /, поэтому поток воды устремится
в перемычку, закроет обратный клапан 5 и через клапан
7 направится в насос 3,
Таким образОхМ при последовательной схеме соеди-
нения любая пара насосов может быть рабочей и любой
насос резервным. Наилучшим для эксплуатации являет-
ся периодическая (не реже одного раза в неделю) смена
функций, выполняемых насосами. Например, резервным
насосом могут быть все насосные агрегаты поочередно,
при этом будут меняться и насосы, выполняющие функ-
ции I ступени подъема. Такой порядок обеспечит равно-
мерную загрузку насосного оборудования и своевремен-
ное профилактическое его обслуживание.
3* 115
4.2. АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ
РАБОТОЙ НАСОСОВ
Выбор схемы и определяющих параметров
ашоматизации управления насосами оказывает значи-
тельное влияние на надежность и экономичность рабо-
1ы насосных установок. Так как циркуляционные насосы
должны работать круглосуточно, автоматизация их за-
ключается только в создании схемы аварийного вклю-
чения резерва (АВР). Основные сложности возникают
при автоматизации работы повысительных установок.
Применяемая в настоящее время методика регули-
рования давления в системе и управлении работой по-
высительных насосов заключается в следующем (рис.
4.5): регулятор давления 3 поддерживает в точке А по-
стоянное давление
Pg = Hgeom + Hj + Hl Jot,
где Pg —заданное давление в точке А системы; — потери давления в
системе при расчетном водоразборе.
Если давление в точке А при полностью открытом
регуляторе давления 3 опускается ниже величины Ре,
включается насос 1. При этом давление после насоса
резко поднимается и регулятор 3 прикрывается, поддер-
живая давление в точке А на уровне Pg. С уменьшением
водоразбора и повышением давления в городском водо-
проводе (точка Б) регулятор 3 продолжает закрывать-
ся. Насос выключается в тот момент, когда давление
воды в точке Б превысит заданное для расчетного водо-
разбора давление в точке А Ре, увеличенное на потери
давления в полностью открытом регуляторе 3, т. е.
₽B>^ + ^,
где Н г — потери напора в регуляторе.
Методика регулирования требует, чтобы за регуля-
тором 3 постоянно поддерживалось давление воды, не-
обходимое для максимального расхода воды. В этой схе-
ме нельзя задавать давления, Определяющие включение-
выключение насоса, меньшие, чем Ре, так как в режиме
максимального водоразбора не будет обеспечиваться
требуемое давление воды в системе. Продолжительность
режима максимального водоразбора даже в крупных
системах (более 1500 квартир) не превышает 0,5 ч/сут.
Следовательно, чтобы обеспечить получасовой режим
максимального водоразбора, система круглые сутки дол-
116
Рис. 4.5. Исходная схема регу-
лирования давления в системе
водоснабжения
жна находиться под давлением, намного большим тре-
буемого, а повысительный насос работать даже в часы,
когда расход воды и давление меньше расчетных, если
давление в городском водопроводе достаточно для рас-
хода в данный момент, но недостаточно для расчетного
расхода. Таким образом описанная схема автоматизации
управления повысительными установками не обеспечи-
вает поддержания экономичного режима работы систем.
Более экономичный режим работы имеет насосная
установка, проектируемая по схеме, приведенной на рис.
4.6. К регулятору давления, установленному после на-
соса, подводится импульс не от точки А трубопровода,
а от конца системы (точка В), где требуемое давление
мало зависит от уровня водоразбора. Давление воды не-
посредственно за регулятором (в точке А) оказывается
переменным и зависящим от фактического расхода воды
в системе. С увеличением водоразбора в системе регу-
лятор давления 3 раскрывается так, чтобы давление в
точке А повысилось на величину потерь давления, обра-
зовавшихся в трубопроводе от точки А до точки В. При
уменьшении водоразбора потери давления уменьшают-
ся и регулятор прикрывается, обеспечивая неизменный
уровень давления в точке В, но уменьшая давление в
точке А на величину уменьшения потерь.
Несмотря на простоту, эта схема трудно реализуема
из-за сложности передачи сигнала от конца системы к
регулятору. Исключить эту сложность удается при ис-
пользовании водонагревателя как аналога сети холод-
ного водоснабжения. Водоразбор в сетях холодного и
горячего водоснабжения изменяется примерно одинаково,
причем потери давления в I ступени водонагревателя
изменяются пропорционально потерям давления в сети
холодного водопровода. Это дает возможность (рис. 4.7)
присоединить импульсную трубку регулятора давления
3 к трубопроводу в точке В непосредственно за первой
ступенью водонагревателя 4, что будет равноценно при-
117
Рис. 4.6. Новая схема регули-
,2
, J В сеть горячего
) водоснабжения
Л
В сеть холодного
водоснабжения
рования давления воды в сис-
темах водоснабжения ।
I 1
Рис. 4.7. Использование I сту- —
пени водонагревателя как ана-
лога потерь давления в сети
холодного водопровода
Циркулярный
трубопровод
соединению ее в конце сети холодного водопровода. Та-
кое решение может быть применено при установке цир-
куляционного насоса на общем циркуляционном трубо-
проводе или циркуляционно-повысительного насоса на
подающем трубопроводе системы. В последнем случае
присоединение импульсного трубопровода в точке В
упрощает выбор определяющего давления для регули-
рования, так как давление воды в этой точке, располо-
женной на всасывающем трубопроводе циркуляционно-
повысительного насоса, не должно опускаться ниже
высоты зданий, обслуживаемых системой горячего водо-
снабжения.
При уменьшении водоразбора в системах водоснаб-
жения квартала и увеличении давления в городской во-
допроводной сети регулятор давления 3 прикрывается
настолько, что ликвидирует напор, развиваемый повы-
сительной установкой. Работа повысительного насоса в
таких условиях становится бесполезной, поскольку дав-
ление воды в трубопроводе перед насосом 1 в точке Б
будет равно давлению воды после регулятора 3 в точ-
ке А. В этот момент повысительную установку выклю-
чают.
Для сравнения давления в точках А и Б пользуются
устройством РКС-1. Оно позволяет не только выключать
повысительные установки, но и автоматизировать вклю-
чение резервных повысительных и циркуляционных на-
сосов при сравнивании давлений воды во всасывающем
118
Рис. 4.8. Оптимальные схемы обвязки подкачивающих насосов хо-
зяйственно-питьевого водопровода в ЦТП.
Последовательная установка низконапорных насосов
и напорном патрубках каждого насоса. При включении
любого насоса одновременно срабатывает устройство
РКС-1 данного насоса. Если, несмотря на сигнал вклю-
чения насоса, устройство не зафиксирует перепад дав-
лений, то оно подает команду на отключение данного
насоса и включение резервного. При последовательном
соединении1 (рис. 4.8) насосы 1 общей повысительной
установки включаются в работу по команде электрокон-
тактного манометра, контролирующего давление за
первой ступенью водонагревателя 3, которое поддержи-
вается на заданном уровне регулятором давления 2.
Выключение насосов производится устройством 9,
сравнивающим давление после регулятора 2 и перед
каждым насосом. Перед II ступенью водонагревателя 4
установлена группа (рабочий и резервный) циркуляци-
онно-повысительных насосов 5. Работа повысительных
и циркуляционно-повысительных насосов контролируется
индивидуальными устройствами 10, включающими ре-
зервные насосы при неисправности рабочих. Чтобы пред-
отвратить подачу в систему недогретой воды по цирку-
ляционному трубопроводу 7 в случае выхода из строя
обоих циркуляционно-повысительных насосов, на нем
установлен обратный клапан 8.
В описанную схему автоматизации работы насосов
целесобразно включать резервную схему автоматизации
на случай выхода из строя регулятора давления 2. В этом
случае регулятор давления должен быть открыт. Вы-
ключение насосов производится по второму контакту
I А. с. СССР № 515094.
119
Рис. 4.9. Параллельная установка разнонапорных насосов
/ — повысительные низконапорные насосы; 2 регулятор давления; 3 — водо-
нагреватели I ступени; 6 — циркуляционный трубопровод системы горячего
водоснабжения; 9 — дифференциальное реле давления; 11 — трубопроводы се-
ти холодного водопровода; 12 — повысительный насос высоконапорный
электроконтактного манометра 2, устанавливаемому на
давление, превышающее заданное на величину напора
одного насоса.
На рис. 4.9 приведена аналогичная схема автомати-
зации работы повысительной установки, состоящей из
разнонапорных насосов. При недостаточном давлении в
точке 6 ЭКМ подает команду на включение низкона-
порного насоса 1. Если он не обеспечит требуемого дав-
ления в точке 6, то автоматически выключается и вклю-
чается высоконапорный насос 12. Последний выключает-
ся по команде РКС-1 9, если РА—РБ меньше напора
насоса 12. Когда РБ—РА=0, включается насос 1.
Описанные схемы компоновки насосного оборудова-
ния и автоматизации их работы были опробованы на
ряде ЦТП Москвы. Эффективность применения этих схем
иллюстрируется графиками работы насосов (рис. 4.10).
Квартальная система обслуживает 9-этажные здания с
общим числом квартир 1510. Общая повысительная ус-
тановка состоит из последовательно установленных на-
120
26 апреля (понедельник)
О 2 4 6 8 Ю 12 14 16 18 20 22 24
29 апреля (четверг)
» - । i । I . __LI_i_i_i_i_i_____i—i—i— 1—1--1—>—i i.
О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20_______22 24
30 апреля (пятница) I
I~~I. . . . №ПГ~^ . ,1,
0 2 4....6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
6 мая (четверг)
—i—।—।—u
0 2 4
-I-1 I-------1—i-----1-1-----1-L-
6 8 10 12 14
7 мая (пятница)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Рис. 4.Ю. Графики работы хозяйственных насосов в ЦТП, обслужи-
вающем 1510 квартир (Р^=50 кПа; Pft==500 кПа)
сосов. В системе горячего водоснабжения циркуляцион-
ный насос работает по повысительной схеме. Из графиков
видно, что днем при давлении в городском водопроводе
0,4—0,45 МПа хозяйственные насосы часто не работали,
а в часы пик работал в основном один насос и на не-
продолжительное время включался второй.
Таким образом, перевод циркуляционного насоса на
подающий трубопровод позволил значительно уменьшить
давление, которое необходимо поддерживать после об-
щей повысительной установки. Последовательное соеди-
121
нение насосов в ней в сочетании с усовершенствованной
схемой автоматизации привело к тому, что почти все
время, когда включались насосы, повысительная уста-
новка создавала напор, в два раза меньший расчетного.
4.3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СХЕМ
НАСОСНЫХ УСТАНОВОК
И ИХ АВТОМАТИЗАЦИЯ
Экономическая оценка схем насосных устано-
вок и схем автоматизации производилась на математи-
ческой модели жилого микрорайона, обслуживающего
1900 квартир 9-этажных зданий, при этом системы хо-
лодного и горячего водоснабжения кварталов оставались
неизменными, но оборудовались различными схемами
насосных установок и автоматики. Давление в город-
ском водопроводе в течение суток принято изменяющим-
ся от 0,33 до 0,42 МПа. Требуемое давление при расчет-
ном водоразборе перед наиболее удаленным узлом си-
стемы холодного водоснабжения 0,35-ь 0,4 МПа.
Первым этапом было сравнение способов дополни-
тельного повышения давления в системе горячего водо-
снабжения. Сравнение проводилось при одинаковой схе-
ме общей повысительной установки, которая поддержи-
вала давление перед I ступенью водонагревателя таким,
чтобы обеспечивалось постоянное необходимое давление
в конце системы холодного водоснабжения (0,33МПа).
В одном из вариантов оно было увеличено до 0,4 МПа.
Общая повысительная установка состояла из последо-
вательно соединенных насосов, автоматизированных по
схеме на рис. 4.8. Сравнивались варианты установки в
системе горячего водоснабжения циркуляционно-повы-
сительного насоса и дополнительного повысительного
насоса в сочетании с циркуляционным насосом. Допол-
нительный насос автоматизировался по рекомендуемой
схеме. Результаты сравнения приведены в табл. 4.1.
Дополнительный насос в I варианте работал кругло-
суточно, поэтому автоматизация в этих условиях неце-
лесообразна. Увеличение давления, поддерживаемого
общей повысительной установкой (II вариант), сокра-
тило расход электроэнергии дополнительным насосом.
Однако расход электроэнергии общей повысительной
установки увеличился в большей степени. Применение
Таблица 4.1
Расход электроэнергии насосными установками в зависимости от места установки циркуляционного насоса
е? св”** = Ч Способ повыше- ния давления Давление систе- мы холодного водоснабжения, МПа Расход электроэнергии насосами горячего водо- снабжения, кВт Расход электроэнергии в общей повысительной уста- новке, кВт Превышение расхода электроэнер- гии в общей повысительной установке по II вариан- ту за неделю, кВт Результирующий расход электро- энергии, кВт
в рабочий день в выход- ной ;;ень за неде- лю в рабочий день ' в выход- ной день за неделю за неде- лю в год
№ вариг (см. таб
1 Дополнитель- ный насос с циркуляцион- ным насосом 0,35 294 311 2092 29 75 295 0 2092 109 000
II То же 0,40 248 256 1752 88 117 674 379 2131 111000
ьо оо III Циркуляцион- но-повыситель- ный насос 0,35 199 202 1399 29 75 295 0 1399 72 500
циркуляционно-повысительного насоса (III вариант)
нмесю дополнительного с циркуляционным позволило
уменьшить расход электроэнергии насосами горячего
водоснабжения в 1,5 раза, или 19210 кВт/год на 1000
квартир. Результаты сравнения расхода электроэнергии
в общей повысительной установке в зависимости от схе-
мы установки насосов и схемы автоматизации их рабо-
ты приведены в табл. 4.2.
Таблица 4.2
Энергозатраты повысительными установками
в зависимости от схемы и автоматизации
№ варианта Схема установки Вариант схемы авто- матизации работы насо- сов Расход электроэнергии на 1900 квартир в общей повыси- тельной установке, кВт
в рабочий День в выход- ной день за неде- лю за год
I Рабочий насос и ре- зервный параллельно Существую- щий 233 276 1717 89 300
11 Три последовательных насоса, один из кото- рых резервный То же 98 116 722 37 544
III То же Рекомендуе- мый 29 75 295 15 340
Как видно, переход на последовательную схему при
существующей схеме автоматизации работы насосов
позволяет сократить расход электроэнергии в 2,4 раза,
при усовершенствованной схеме автоматизации — в
5,6 раза.
4.4. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ
ПУНКТОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ НАГРУЗКИ
ОБСЛУЖИВАЕМЫХ ЗДАНИИ
В связи с тем, что нагрузка систем холодного
и горячего водоснабжения жилых микрорайонов зависит
от числа потребителей, возможно заранее выбрать обо-
рудование для них. При проектировании таких систем
можно пользоваться готовыми таблицами, в которых
указаны типоразмер водонагревателя, число и марки
насосов с учетом конкретных условий объекта. Это об-
124
легчает проектирование, позволяет избегать неправиль-
ных решений, способствует унификации и типизации
проектирования, комплектации строительства и эксплу-
атации тепловых пунктов. Практика показала, что удоб-
нее всего нагрузку систем водоснабжения связать с чис-
лом квартир, обслуживаемых данной системой. Управ-
лением Моспроект-1 совместно с ЦНИИЭП инженерного
оборудования разработаны таблицы расчетных расходов
воды в зависимости от числа квартир. Средняя засе-
ленность квартиры принята равной 3,5 чел. (средняя
статистическая величина для Москвы). В этих табли-
цах приведен также пересчет нагрузок типовых зданий
коммунально-бытового назначения (школы, детские са-
ды, поликлиники, магазины, столовые, комбинаты бы-
тового обслуживания, кинотеатры и т. д.), имеющихся в
микрорайоне, на число условных квартир с аналогичным
потреблением холодной и горячей воды. Выбор площади
поверхности нагрева водонагревателей зависит от его
производительности и соотношения расходов тепла на
горячее водоснабжение и отопление, определяющих рас-
четный расход сетевой воды на тепловой пункт.
Обследование большого числа ЦТП жилых микро-
районов, проведенное по единой методике определения
расходов тепла жилыми зданиями, показало, что соотно-
шение среднечасового расхода тепла на горячее водоснаб-
жение к расчетному расходу тепла на отопление при-
мерно одинаково и составляет у.=<?*/(?**= 0,3. Расчеты
свидетельствуют, что для такого соотношения расходов
тепла независимо от производительности водонагрева-
теля число секций в одном потоке не превышает 10, как
при двухступенчатой последовательной, так и при сме-
шанной схеме подключения. При одном и том же у в
зависимости от производительности водонагревательной
установки меняется только тип (номер) водонагревате-
ля, а число секций остается неизменным. Это объясняет-
ся тем, что для водонагревателей одного типоразмера с
увеличением их производительности растут, расходы теп-
лообменивающихся сред, а соответственно — их скорости
и коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи, причем в
примерно одинаковой степени. При переходе на больший
типоразмер водонагревателя при той же производитель-
ности резко снижаются скорости теплоносителей, а со-
ответственно и коэффициент теплопередачи. Такое сни-
жение пропорционально увеличению площади поверхно-
125
chi н.нрева водонагревателей, обусловленному большим
их ншоразмером, при этом число секций остается неиз-
менным. Расчеты, приведенные в табл. 3.3, показывают,
что при неизменном числе секций водонагревателя в ус-
тановке и соотношении расходов тепла на горячее во-
доснабжение и отопление, отличном на 30 % от среднего
(р=0,8, что соответствует ц=0,3), изменение расхода
сетевой воды во II ступени водонагревателя в расчетном
режиме не превышает 4 %. Следовательно, в расчетах
можно принять число секций в водонагревательной ус-
тановке одинаковым при соотношениях расходов тепла
среднечасового на горячее водоснабжение и расчетного
на отопление, равных 0,2—0,4 независимо от производи-
тельности установки. С повышением производительности
будет расти только сопротивление установки, и следует
применять водонагреватели большего типоразмера. Ти-
поразмер водонагревателя и марку циркуляционного на-
соса системы горячего водоснабжения выбирают совме-
стно, поскольку, как уже указывалось, напор, разви-
ваемый насосом, рассчитан на преодоление сопротивления
водонагревательной установки. Принимается, что потери
давления в трубопроводах системы горячего водоснаб-
жения при расчетном водоразборе аналогичны потерям
давления в трубопроводах системы холодного водоснаб-
жения. Диаметр циркуляционного трубопровода назна-
чают таким образом, чтобы в режиме циркуляции потери
давления в системе горячего водоснабжения и во II сту-
пени водонагревателя были равны напору циркуляцион-
ного насоса.
При технико-экономическом сравнении учитывают
капитальные затраты на устройство водонагревательной
и насосной установок, а также эксплуатационные расхо-
ды на электроэнергию, затрачиваемую на преодоление
сопротивления водонагревательной установки,
n = 0,12K + s,
где К — стоимость водонагревательной установки; S —• стоимость электроэне;р*
гни на преодоление сопротивления водонагревателей по нагреваемой воде.
Расход электроэнергии определяют по формуле
3 = ^//pn<p/(3,67r]),
где и — КПД насоса, принимаемый равным 0,6; п — число часов работы на-
сосной установки (циркуляционно-повысительной); ф — коэффициент исполь-
аования максимума водоразбора.
Зимой (в течение 5500 ч) расход воды принят равным
расчетному мгновенному для обеих ступеней, а летом
126
(в течение 3200 ч) для II ступени — расчетному, для
I ступени 0,9 расчетного. Сопротивление водонагревате-
лей подсчитано на указанный выше расход воды раз-
дельно для I и II ступеней при коэффициенте сопротив-
ления на загрязнение /С3=4. Коэффициент использова-
ния максимума принят по опытным данным для
I ступени ф1=0,138; для II ступени (с учетом нали-
чия циркуляционного расхода при снижении водоразбора
ниже расчетного) <р1’=0,414.
Результаты расчета для систем разной производи-
тельности при двух- и однопоточном построении водона-
гревательной установки представлены на графиках
(рис. 4.11). Оптимум расчетной скорости нагреваемой во-
ды, проходящей через водонагревательную установку, по
приведенным затратам находится в пределах 1—1,1 м/с.
Причем стоимости одно- и двухпоточной установки, рас-
считанной на 50 % производительности каждая, отлича-
ются незначительно. Однако при оптимальной расчетной
скорости сопротивление водонагревательной установки
приближается к 0,3—0,36 МПа, а напор центробежных
насосов, используемых для создания циркуляции в си-
стеме горячего водоснабжения, не превышает 0,25 МПа.
Из-за этого приходится ограничивать расчетную ско-
рость воды в трубках водонагревателя.
На рис. 4.12 показаны графики выбора водонагрева-
тельной установки (из двух параллельных блоков) и цир-
куляционного повысительного насоса, обеспечивающих
горячей водой 300—3200 квартир. Как видно из рисунка,
переход на водонагреватель большего типоразмера про-
исходит при сопротивлении установки около 0,2 МПа, что
соответствует расчетной скорости воды 0,8 м/с. Для пре-
одоления такого сопротивления в качестве циркуляци-
онно-повысительных насосов выбраны центробежные на-
сосы К 20/30 а, К 45/30 а, К 90/20 а, К 90/20 и К 160/20.
Область применения каждой водонагревательной уста-
новки и марки насоса в зависимости от числа условных
квартир приведены в табл. 4.3.
Каждый повысительный насос при последовательной
схеме их установки выбирают на расчетный расход воды
для холодного и горячего водоснабжения и на мини-
мально возможный напор при существующей номенкла-
туре насосов типа К (0,19—0,2 МПа). При этом суммар-
ный напор последовательно установленных насосов дол-
жен обеспечить в водоразборном кране последнего
127
О, руб
1300-
1200 -
1100 ;
ООО -
800 -
100 -
2*250 2*250
71(1500кв)
1*300*0 * 71 (1500x6)
67,2(1400x6)
2*200
s42(800xB)
0,6 0,7 0,8 0,9 { V 1,2ММ)С
1,1 1,47 1,932,44 3,013,64 4(ЗЗНь,МПа
1*250
Рис. 4.11. Изменение приве-
денных затрат на водонагрева-
тельную установку горячего
водоснабжения в зависимости
от расчетной скорости воды по
трубкам водонагревателя
П — приведенные затраты, руб.;
W — расчетная скорость воды, м/с;
Н — сопротивление водонагрева-
тельной установки по нагреваемой
воде, кПа
Рис. 4.12. Результаты выбора
водонагревательной установки
системы горячего водоснабже-
ния и циркуляционно-повыси-
тельного насоса в зависимости
от числа квартир зданий, об-
служиваемых ЦТП
Ж 500 700 900 1100 1300 15001700 19002100 2300 2500 270023003100
Число квартир
этажа самого высокого здания свободный напор 20 кПа
при потерях давления во внутриквартальной сети
0,1 МПа и секционном узле 0,05 МПа. Число устанавли-
ваемых насосов принимают с таким условием, чтобы
обеспечивалось требуемое давление при снижении дав-
ления в городском водопроводе до гарантийного мини-
мума или до 0,05 МПа (для систем, где этот минимум не
обеспечивается).
Для 16-этажного здания (самого высокого, для кото-
126.
Таблица 4.3
Выбор типоразмера водонагревателя и марки
циркуляционного насоса
Число условных квартир» обслужи- ваемых ЦТП Условный диа- метр водонагре- вателя при двух- поточной схеме обвязки, мм Марка циркуля- ционно-повы- сительного на- соса Потребляемая мощность насоса, кВт
300—500 2X150 К20/30а 2,8
501—650 2X150 К45/30а 5,5
651—1000 2X200 К45/30а 5,5
1001—1200 2X200 К90/20а 5,5
1201—1900 2X250 К90/20 5,5
1901—2200 2X250 К90/20 7,5
2201—2500 2X300 К90/20 7,5
2501—3200 2X300 К160/20 15
рого не требуется разделение системы на зоны) необхо-
димы четыре насоса (три рабочих, один резервный). Ха-
рактеристика принятых к установке насосов в зависимо-
сти от числа условных квартир приведена в табл. 4.4.
Таблица 4.4
Выбор марки повысительных насосов хозяйственного
водопровода
Число квар- тир в систе- ме Марка повы- сительного насоса Мощность двигателя, кВт Частота вращения двигателя, об/мин Макси- мальный расход воды, л/с Напор одного насоса при макси- мальном рас- ходе воды, МПа
До 750 К 90/20 а 5,5 2900 17,2 0,19
751—1300 К 90/20 7,5 2900 27,2 0,19
1301—2500 К 160/20 а 15 1450 47,9 0,19
2501—3200 К 160/20 22 1450 60 0,2
Глава 5
ПОТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ
В СИСТЕМАХ
ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Задачи расчета гидравлических режимов си-
стем горячего водоснабжения, возникающие при проек-
тировании, следующие:
9—807
129
определение потерь давления до наиболее удаленной
по юразборной точки в зависимости от величины водораз-
< <>ра и циркуляции для подбора при необходимости по-
высительного насоса;
определение-циркуляционного расхода, необходимого
при различных уровнях водоразбора, для поддержания
заданной температуры горячей воды во всех точках во-
доразбора.
Режим потребления воды представляет собой случай-
ный процесс. Величины расходов воды на входе в какую-
либо систему рассмотрены в главе 2 настоящей книги.
До настоящего времени расход воды, определенный
на входе в систему, имел одно, заранее заданное рас-
пределение по участкам сети, что приводило к завыше-
нию стоимости и металлоемкости проектируемой систе-
мы, а также параметров выбираемого оборудования. На
самом же деле включение любого водоразборного при-
бора в каждый момент времени является случайным.
Следовательно, в пределах расхода воды, постоянного
па входе в систему, распределение потоков воды по от-
дельным участкам происходит случайным образом. Обе
постоянные задачи могут быть решены с помощью мето-
дов теории вероятности, однако при решении задачи по
определению потерь давления необходима высокая обес-
печенность получаемых параметров, поскольку это свя-
зано с длительностью нарушений подачи воды отдельным
потребителям.
При решении задач по поддержанию заданной тем-
пературы обеспеченность получаемых параметров может
быть выбрана значительно меньше, так как кратковре-
менное понижение температуры воды при водоразборе
не оказывает существенного влияния на качество горя-
чего водоснабжения и даже может фактически не ощу-
щаться потребителем. Например, кратковременное
понижение температуры горячей воды с 50 до 45 °C
не приводит к появлению жалоб на качество водоснаб-
жения, так как фактически все бытовые процедуры со-
вершаются при температуре 40—43 °C. -
130
5.1. ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ
ДЛЯ РАСЧЕТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ
В ВОДОРАЗБОРНЫХ СТОЯКАХ
Принимая во внимание сложность задачи вы-
явления потокораспределения в кольцевых сетях, т. е. в
сетях горячего водоснабжения микрорайонов и секцион-
ных узлах, наиболее целесообразно выявить вначале за-
коны распределения потерь давления для элементарной
системы — водоразборного стояка горячего водоснабже-
ния, закольцованного с циркуляционным стояком.
Расход воды через водоразборную арматуру опреде-
ляется ее гидравлическими характеристиками, техниче-
скими характеристиками санитарных приборов, напора-
ми в сетях водопровода, этажностью здания, средней за-
селенностью квартир и другими факторами. Поэтому
аналитическое описание режимов работы водоразборной
арматуры представляется затруднительным, и для реше-
ния поставленных задач фактический режим заменяется
идеализированным режимом, при котором расход воды
через водоразборную арматуру является величиной по-
стоянной на всем диапазоне ее действия. Кроме того, все
множество возможных расходов воды через водоразбор-
ную арматуру данного типа заменяется одной величи-
ной — нормативным расходом для каждого данного типа.
Расчетные расходы воды в системах в соответствии с
требованиями СНиП 2.04.01—85 «Внутренний водопро-
вод и канализация зданий» определяются по вероятност-
ной методике, использующей в качестве расчетных дан-
ных такие устойчивые осредненные показатели, как ма-
тематическое ожидание расхода воды в час наибольше-
го недопотребления, соответствующего норме расхода
воды за этот интервал времени.
Учитывая, что потери давления также являются слу-
чайной величиной, их следует определять также с ис-
пользованием методов теории вероятностей. Однако при
этом возникают дополнительные трудности, так как оп-
ределение средних потерь давления связано не только со
средней величиной расходов, но и с некоторой схемой при-
ложения этих расходов. Вероятностная схема приложе-
ния водоразборов в системе характерна также и появ-
лением одинаковых по величине потерь напора на раз-
ных уровнях водоразбора.
В общем виде определение средних потерь давления
9* 131
л mi одного уровня расхода воды связано с определением
поирь давления для всех возможных сочетаний вклю*
чення точек отбора воды:
C"=ml/(nl(m-n)l), (5.1)
где т — общее число точек возможного включения водоразборов; /I—число
одномоментно включенных точек водоразбора.
Например, в 12-этажном водоразборном стояке рас-
четный расход воды <7*z=0,72 л/с. При среднем единич-
ном расходе на квартиру 9^=0,136 л/с в стояке может
одновременно работать пять отборов воды. Тогда число
возможных сочетаний по формуле (5.1) составит Спт =
—792 и вероятность каждого варианта составит Р=
= 1/792= 0,0013.
Из этого примера видно, что расчет средних потерь
давления путем перебора всех возможных вариантов —
задача, требующая большого объема вычислений, осо-
бенно в более сложных системах (секционные узлы и си-
стемы водоснабжения зданий и микрорайонов).
Для определения средних потерь напора His при ра-
боте одной точки отбора воды <7^=0,136 было рассчи-
тано все множество возможных состояний системы Hst‘
из одного отдельно взятого 12-этажного стояка (табл.
5.1).
При этом средние потери напора в стояке определя-
лись из выражения
tn
2^'
IjSt _ ____
1 m
(5.2)
где т=12 в частном случае, показанном в табл. 5.1.
Величина Hs/S — потери давления до некоторой одной
условной точки отбора воды составит
= з (5.3)
гидравлического сопротивления всего водоразбор*
последней точки возможного отбора воды, т. е. от
5.1, a); Sst *=Si+S2; b'==Sj/S5 —относительная ко-
st
S — характеристика
кого стояка от первой до
точки Б до точки Г (рис.
ордината точки приложения водоразбора к стояку.
Отсюда
в' = H*/(s8'^). (5.4)
Из данных табл. 5.1 по формуле(5.3) следует
= 0,8178/12 = 0,0681.
Г32
Таблица 5,1
Средние потери напора в стояке
с одной точкой водоразбора
Вариант приложения водоразбора S, Па
1 0 0
2 0,67 124
3 1,34 248
4 2,01 372
5 2,68 496
6 3,35 620
7 4,02 743
8 4,69 867
9 5,36 991
10 6,03 1115,
И 6,7 1239
12 7,37 1363
12
Т, =8178 Па
1
Из формулы (5.4)
в' = 0,0681/(0,67-11-0,1362) = 0,5.
В общем виде сумма всей совокупности возможных
потерь давления в водоразборном стояке выразится
где Ss/ — характеристика гидравлического сопротивления этажестояка; т —
число возможных точек отбора воды из стояка, т. е. число этажей.
С учетом полученного выражения формула (5.3) за-
пишется в виде
а поскольку S^=Sst/(m—1), формула (5.2) будет иметь
вид
в' =0,5.
Таким образом средние потери давления в любом во-
доразборном стояке при одной действующей точке от-
бора воды соответствуют положению ее в середине водо-
разборного стояка.
Рассмотрим далее место приложения двух точек от-
бора воды из водоразборного стояка. Для стояка 12-этаж-
133
Рис. Б.1. Схема приложения условного (а) и расчетного по СНиП
(6, в) водоразбора в стояке
ного здания все расчетное множество возможных точек
приложения составляет С" =66.
Для анализа был проведен расчет всех 66 вариантов
(при <7^=0,136 и 5^=0,67) и определены величины
2Я« = 14,78-104 Па и =0,224-104 Па.
Величина может быть подсчитана, исходя из сле-
дующей предпосылки (рис. 5.1):
si= S2; 4=^=4
Тогда
= Sx (2^)2 + 32?Л1 = 5SX я] = 5в' Ss/ ^2.
Отсюда
в' = W^/(5SsZ^) = 0,224/(5-0,67-11-0,1362) = 0,33.
В общем виде
134
Н* = Ssi[0,5"2 i (‘ + 1)+ «72 (rn- О (Z- 1)] n((m-
— n)l/(m—l)m! (5.5)
Здесь
[0,52Z(Z+ 1) + ni/— (Z — 1) ]n! (m — n)!/(m— l)ml5=b'.
i i
При m—12, n—2, b'=0,33. Следовательно St/Sst—33,
т. e. две точки водоразбора, приложенные к водоразбор-
ному стояку, делят стояк на три равные части.
Проведенный анализ позволяет сделать общий вывод
о том, что если к водоразборному стояку приложить п
точек водоразбора, то средние потери давления получа-
ются, если эти точки делят стояк на равные части:
Sl = Sst/(n-l). (5.6)
Число точек водоразбора определяется при среднем
расходе в одной точке =0,136 л/с. Этот расход полу-
чается. как средний из нормативных расходов каждого
водоразборного прибора квартиры.
Дальнейшее упрощение математической модели во-
доразборного стояка может быть осуществлено при све-
дении всех точек водоразбора в одну условную точку.
Выбор ее координаты должен удовлетворять следующим
условиям: сосредоточенный водоразбор должен быть ра-
вен сумме рассредоточенных расходов по стояку
потери давления по водоразборному стояку до
точки приложения сосредоточенного водоразбора долж-
ны равняться средним потерям давления по стояку при
рассредоточенном водоразборе.
Это может быть получено заменой суммирования по-
терь давления по участкам стояка суммой квадратичного
ряда.
W/s = $1 # + \ (29/)2 + (М)2 +• • • + S1 W)2 =
_.?,<( 1 + 2" + 3’ + ...+»’) = S,"<»+|И2"+1> .
Учитывая, что Ss/=<S1(n+l) и q^-q^n, полученные
выражения запишутся в виде
Я* = в$8'$,
2 п "*f- 1
где о— --; л—число действующих водоразборных точек на стояке.
135
п 0,136 ’
При положительной циркуляции потери давления в
этом же стояке определяются по формуле
2л 4-1 fir / <flr \ 1
где Bj = —-— 4- — ----4- | —— I • —— .
6л 4hstn V ) &
При отрицательной циркуляции потери в стояке оп-
ределяются по формуле
rrS/ _ _ oS/ лЛ2
tils=BzS 4si>
где
в2 = (2л 4- 1)/6л - (<firlqhsi] (1 4- 1/(3» (л 4-1))) +
+ {яс1г1^}2 п/(п 4-1) - (qcir/q*t}3 (2л/3(л 4- О).
Предельно возможная величина q^'lq# при опроки-
дывании составляет 0,5. Следовательно, в выражении для
в2 можно пренебречь кубичным членом, и оно приобре-
тает более удобный вид:
в2 = (2л 4- 1)/6л - (<7cir/4) (1 4-1 /(Зл (л 4-1))) 4- qcir/^ л/(л-|-1).
5.2. ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ
РАСЧЕТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ
В СЕКЦИОННЫХ УЗЛАХ
Выбор диаметров водоразборных стояков
При определении диаметров водоразборных
стояков, закольцованных в секционный узел, необходи-
мо учитывать, что по теории вероятности число прибо-
ров, включавшихся в узле в период максимального во-
доразбора, меньше числа приборов, включившихся на
одном водоразборном стояке в этот период, умноженном
на число стояков в узле. Следовательно, в момент появ-
ления расчетного расхода на одном из водоразборных
стояков остальные стояки будут загружены меньшим
расходом, и снабжение водой наиболее загруженного
стояка будет происходить с двух сторон — снизу и через
кольцующую перемычку. Величина расхода через коль-
136
Рис. 5.3. Вероятность появле-
ния расчетного расхода в стоя-
ке при различных уровнях рас-
хода в секционном узле
Рис. 5.2. Расчетная схема сек-
цонного узла системы водо-
снабжения
Точками показаны места возмож-
ного включения водоразборов на
водоразборных стояках; ц.ст. —*
циркуляционный стояк
цующую перемычку зависит от ряда детерминированных
(таких, как конструкция секционного узла, число заколь-
цованных стояков) и случайных (уровень расхода в уз-
ле, место расположения в каждый момент времени точек
отбора воды) факторов.
Для выяснения влияния случайного характера точек
приложения водоразбора был выполнен расчет потоко-
распределения в секционном узле 12-этажного дома, со-
стоящем из четырех закольцованных водоразборных
стояков (рис. 5.2). Места включения водоразборных
приборов и расход воды через прибор являлись случай-
ными величинами. Расход воды через прибор варьиро-
вался между номинальными нагрузками трех типов при-
боров (мойка, умывальник и ванна) с одинаковой веро-
ятностью. Включение водоразборных приборов происхо-
дило до тех пор, пока сумма расходов всех приборов не
становилась равной общему расходу на узле. Потоко-
распределение рассчитывалось для различных уровней
расхода в узле. Для исключения влияния циркуляцион-
ного расхода предполагалось, что циркуляционный стояк
отключен. Обозначим относительный расход воды, по-
ступающей в стояк из кольцующей перемычки, =
—х. Тогда относительный расход, поступающий в стояк
снизу {q^—q^p)lqhstможно обозначить (1—х). Обработ-
137
ка результатов расчета позволила выявить следующие
закономерности работы секционных узлов.
Из графика Р^л —ftq'lj (рис. 5.3) видно, что рас-
четный расход воды в любом водоразборном стояке уз-
ла появляется с различной вероятностью при разных
расходах на водоразбор в узле. Например, при расходе
в узле, составляющем половину расчетного расхода уз-
ла, вероятность появления расчетного расхода в каком-
либо стояке узла составляет Р л =0,25. При расходах в
1st
узле 0,8 <7^ и более в одном из стояков обязательно по-
является расчетный расход воды (Р й=1). Появление
«St
расчетного расхода в каком-либо стояке секционного уз-
ла при различных уровнях водоразбора в узле приводит
к формированию различных по величине потоков воды в
этом стояке. Чем меньше уровень водоразбора в узле, тем
больше воды поступает в стояк из кольцующей перемыч-
ки. На этот процесс оказывает также влияние и прило-
жение расчетного водоразбора в стояке — чем выше рас-
полагаются точки отбора воды из стояка, тем меньший
по величине расход воды поступает в стояк снизу.
Для более полного описания влияния указанных фак-
торов удобнее всего использовать зависимость матема-
тического ожидания расхода (1—x)(^st от величины рас-
хода воды в узле. Вероятность появления величины
(1—х) при расчетном расходе в стояке является услов-
ной вероятностью по отношению к расходу в целом в
узле. График функции регрессии величины (1—х) от ве-
личины расхода в узле представлен на рис. 5.4, из
которого видно, что при расходе в секционном узле, рав-
ном по величине расходу воды в стояке, поступление во-
ды в этот стояк происходит равными долями снизу и
сверху. Это состояние соответствует наличию в узле хо-
лостого стояка, незагруженного водоразбором.
С появлением и ростом водоразбора в других стояках
узла, т. е. с ростом q^lq^ это равновесие нарушается
и доля расхода, поступающая в расчетный стояк снизу
(1—х), увеличивается. При достижении расхода в узле
расчетной величины величина М(1—х) =
=0,7. Следует заметить, что эта предельная величина
(1—х)=0,7 появляется с различной вероятностью при
всех уровнях водоразбора в секционном узле. Как извест-
138
Рис. 5.4. Зависимость величины
подачи воды в стояк снизу при
расчетном расходе в нем от
уровня водоразбора в узле
Рис. 5.6. Схема «сворачивания»
секционного узла в парноза-
кольцованный стояк
Рис. 5.5. Зависимость величины
подачи воды в стояк снизу при
расчетном расходе воды в нем
от числа закольцованных стоя-
ков в узле
но, обеспеченность расчетных расходов принята (1—
—Р) =99,7 %. Целесообразно и расход (1—х) принять
с такой же обеспеченностью. Анализ данных расчета по-
казывает, что при такой обеспеченности величина (1—
—х) =0,7.
Отсюда можно сделать весьма важные практические
выводы:
выбор диаметров водоразборных стояков в секцион-
ных узлах без холостых стояков следует производить по
расходу в этих стояках, равному g^ = 0,7 ;
при наличии в секционных узлах холостых стояков ма-
лого сопротивления Ss* ^0,25 Sst выбор диаметров водо-
разборных стояков следует производить по расходу в
них, равному =0,5 q$t
Рассмотрим далее влияние числа закольцованных
стояков на величину (1—х) при расчетном водоразборе
в стояке и узле. График изменения математического
139
ожидания величины (1—х) от числа закольцованных в
узел водоразборных стояков 12-этажного дома представ-
лен на рис. 5.5. Расчет производился по упрощенной ме-
тодике. Четыре закольцованных в узел стояка заменя-
лись двумя стояками (рис. 5.6), закольцованными между
собой с сопротивлениями, равными сопротивлению одно-
го стояка Ss< и приведенному сопротивлению остальных
(п—1) стояков S; расходами, равными расчетному рас-
ходу на стояк q%t, и разйицей между расчетными расхо-
дами в узле и стояке (q^—?$г).
Рассредоточенные водоразборы заменялись сосредо-
точенными. Из графика на рис. 5.5 видно, что увеличение
числа закольцованных стояков с 4 до 12 практически
очень мало разгружает стояк с расчетным водоразбором,
поэтому рекомендуется не кольцевать более шести стоя-1
ков в один узел, если это не диктуется особыми плани-
ровочными условиями, так как дальнейшее увеличение
числа закольцованных стояков не оказывает влияния на
диаметры водоразборных стояков.
Расчет потерь напора в узле в режиме
водоразбора
Определение потерь напора в водоразборном
узле тесно связано с расчетом потокораспределения. На
потери напора оказывают влияние те же факторы, что
и на потокораспределение, а именно, места включения
водоразборных приборов, уровень расхода, число за-
кольцованных стояков и т. д. Получение натурных дан-
ных в секционном узле весьма сложно и трудоемко, так
как замеры сопряжены с необходимостью прокладки
специального импульсного трубопровода в существую-
щем здании. Эта работа была проведена только в одном
9-этажном жилом доме с 4 водоразборными стояками в
секционном узле. Более широкий эксперимент произво-
дился на математической модели секционного узла с по-
мощью ЭВМ. Поскольку результаты натурных замеров
хорошо совпали с расчетами на ЭВМ, можно считать,
что математическое моделирование для других зданий и
типов секционных узлов также дает практически пра-
вильный результат.
Математический эксперимент производился по специ-
альной программе на ЭВМ ЕС-1022. Программа модели-
140
Рис. 5.7. Кривая распределения
расхода на водоразбор в узле
в период максимального водо-
разбора (I) и интегральные
графики потерь давления при
разных уровнях водоразбора
(II). Для каждого уровня во-
доразбора величина Р изме-
няется от 0 до 1
рует процесс водоразбора во внутренних кольцевых
сетях водоснабжения, вычисляет потери напора, накапли-
вает и обрабатывает статистические данные. В экспери-
менте были смоделированы водоразборы в 5-, 9- и 12-
этажных секционных узлах.
На рис. 5.7 представлены интегральные графики по-
терь напора в секционном узле 9-этажного жилого дома
для каждого уровня расхода в узле в период максималь-
ного водоразбора.
Потери напора определялись от подающего трубопро-
вода узла до верхней кольцующей перемычки. Из ана-
лиза полученных зависимостей видно, что одинаковые
по величине потери напора появляются с различной обес-
печенностью при разных уровнях водоразбора и вероят-
ность потери напора в узле в каждый момент времени
является условной по отношению к уровню расхода.
Характерно также изменение величины и диапазона
потерь напора в узле с изменением величины расхода.
Чем больше расход воды, тем шире диапазон изменения
потерь давления и тем больше величина минимальных
потерь давления в узле.
На рис. 5.8, а показан интегральный график вероят-
ности появления расчетного расхода в узле в период
максимального водоразбора, а на рис. 5.8, б — график
условных вероятностей появления потерь напора и обес-
печенности этих величин в зависимости от уровня рас-
хода в узле.
При выборе величины расчетных потерь напора в уз-
ле, очевидно, целесообразно принять обеспеченность
0,997, т. е. не меньшую, чем у расчетного расхода. Вели-
141
Рис. 5.8. Зависимость потерь давления в секционном узле при водо-
разборе от принимаемой обеспеченности расчетного расхода
чина потерь напора в исследуемой модели при этой
обеспеченности составила //{£=60 кПа. Из рис. 5.8, а
видно, что при расчетном водоразборе эта величина об-
ладает обеспеченностью (1—/>)=0,5, т. е. является фак-
тически математическим ожиданием значения потерь на-
пора при расчетном водоразборе. Аналогичные резуль-
таты были получены и на других секционных узлах.
Отсюда можно сделать вывод, что расчетные потери на-
пора в узле в период максимального водоразбора можно
определять, как математическое ожидание потерь напо-
ра (т. е. как средние потери) в узле при расчетном во-
доразборе. Определение средних потерь напора в узле
также представляет собой сложную задачу из-за слу-
чайного характера действующих отборов. Это приводит
к необходимости создания упрощенной расчетной схемы
секционного узла.
С этой целью секционный узел заменяется стояком с
одной точкой отбора воды. При этом средние потери на-
пора в узле при расходе можно определить анало-
гично определению средних потерь напора в стояке
Величина Suz может быть определена по правилам оп-
ределения сопротивления последовательно-параллельных
142
соединений трубопроводов. В разделе «Проектирование
секционных узлов» главы 8 приведен упрощенный метод
определения средних потерь напора без определения при-
веденной характеристики сопротивления секционного уз-
ла Suz.
Коэффициент в определяется из выражения
в = (2п + 1)/6п,
где « — среднее количество включенных водоразборных точек на одном сто-
яке в расчетном режиме:
st
где W —число водоразборных стояков в секционном узле; 0,136 — средний
расход воды прибором за время его работы.
В режиме водоразбора и циркуляции для определе-
ния средних потерь напора в узле следует использовать
формулы для определения потерь давления в стояке, нд
заменяя величины Sst на S“z и qhst на q*z.
5.3. ПОТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ
В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ.
РЕЖИМ ЦИРКУЛЯЦИИ
Циркуляционный расход в системе горячего
водоснабжения поддерживается для компенсации потерь
теплоты в подающих трубопроводах и определяется за-
данным допустимым снижением температуры воды до са-
мого удаленного водоразборного крана. В зависимости от
способа конструирования системы применяются два ме-
тода определения расчетного циркуляционного расхо-
да qcir.
Если существует возможность обеспечить постоянный
температурный перепад в системе независимо от удален-
ности циркуляционного стояка от источника теплоты, то
циркуляционный расход определяется по формуле
^‘^SQP'/A^c, (5.7)
где
2QpZ = 2Q£ + SQpZ, (5.8)
где — принимаемое охлаждение воды, °C, которое хакже можно пред-
ставить как суммарное охлаждение воды в последнем узле или стояке Ыи2
и в подающей магистрали Д/п;
A'to* = + (5.9)
с — теплоемекость воды.
143
Для обеспечения этого условия расчетный циркуляци-
онный расход воды должен быть распределен между от-
дельными ветвями и стояками системы пропорциональ-
но их тепловым потерям. Поскольку самые большие теп-
лопотери в контуре от источника теплоты до самого
удаленного секционного узла или стояка в этом узле, дол-
жен поддерживаться наибольший циркуляционный рас-
ход. По мере приближения к источнику теплоты потери
ее в контурах уменьшаются и циркуляционный расход
соответственно уменьшается (при постоянстве перепада
температуры). При этом одновременно увеличиваются и
перепады давления в точках присоединения стояков или
узлов к разводящим трубопроводам системы. Поэтому
сопротивление циркуляционных стояков увеличивается
тем больше, чем ближе к источнику тепла они распо-
лагаются. Этот способ применим в настоящее время толь-
ко при проектировании систем горячего водоснабжения
ограниченного радиуса действия в одном-двух зданиях
с индивидуальным тепловым пунктом.
Изменение сопротивления циркуляционных стояков
может быть выполнено при помощи изменения их диа-
метров, в том числе и по высоте стояка, применением
дросселирующих диафрагм и регулировочных вентилей.
Однако применение таких мероприятий в системах боль-
шого радиуса действия нецелесообразно, так как это по-
требует применения диафрагм с малыми диаметрами
отверстий или сильно прикрываемых регулировочных
вентилей, что нежелательно из-за возможности их час-
тых засоров. Кроме того, во многих городах пуск в экс-
плуатацию первого и последнего домов, присоединяемых
к общей системе горячего водоснабжения, разделен боль-
шим промежутком времени (один — три года), что резко
осложняет проведение наладочных работ.
Современные крупные системы горячего водоснабже-
ния, обслуживающие из единого теплового центра груп-
пы зданий, практически полностью исключают возмож-
ность дифференцированного изменения сопротивления
циркуляционных стояков. Внутридомовые системы вы-
полняются из стандартных унифицированных трубопро-
водных узлов с перенесением значительной части мон-
тажных операций со строительной площадки на завод-
ской сборочный конвейер. При этом месторасположение
стояков, а вернее, систем типовых зданий в общей квар-
тальной сети заранее неизвестно, как чаще всего неиз-
144
вестей и радиус действия системы, к которой присоеди-
няется внутридомовый горячий водопровод. Поэтому
задача обеспечения дифференцированного дросселиро-
вания в таких системах ложится либо на специализиро-
ванные наладочные организации, либо на службу экс-
плуатации, которые к этому пока не готовы.
Новые конструктивные решения потребовали разра-
ботки новой методики расчета систем горячего водо-
снабжения. Диаметры циркуляционных стояков в одно-
типных внутридомовых системах остаются неизменными
независимо от их месторасположения. Регулировочных
диафрагм в этих стояках не предусматривается. Поэтому
по мере приближения к началу системы (тепловой пункт)
циркуляционный расход в стояках увеличивается. В си-
стемах этого типа наибольшее падение температуры про-
исходит только в последнем стояке. Поэтому общий цир-
куляционный расход определяется с учетом неравномер-
ности распределения потоков по стоякам и проверяется
на допустимую величину остывания воды в последнем
стояке системы.
Расчет сети производят исходя из необходимости
обеспечить поддержание расчетного циркуляционного
расхода в наиболее удаленном стояке или секционном уз-
ле системы. При этом всю систему разбивают на две ос-
новные части. Первая часть включает в себя головные
участки подающего и циркуляционного трубопроводов.
Вторая часть (распределительная) содержит участки по-
дающего и циркуляционного трубопроводов, к которым
подсоединены стояки или секционные узлы. Распределе-
ние расходов воды в этой части системы обусловливает
величину расходов воды в головных участках. Расчетный
циркуляционный расход qcir, проходящий по наиболее
удаленному секционному узлу или стояку горячего водо-
снабжения, может быть определен из формулы (5.7), в
которой заменяется теплопотерями секционного уз-
ла а вместо Д^о< принимается величина допусти-
мого охлаждения воды в секционном узле, т. е. Д/«г.
В рассматриваемых системах проектные решения по
секционным узлам должны быть унифицированы, поэто-
му целесообразно определять расчетные циркуляционные
расходы для всех секционных узлов при одинаковом
температурном перепаде Af«z=const.
Рассмотрим работу системы горячего водоснабжения
10—807
145
Рис. 5.9. Расчетная схема ветви системы горячего водоснабжения
1 — стояки или секционные узлы; 2 — подающий магистральный трубопровод
(участки с регулярным присоединением); 3 — циркуляционный магистральный
трубопровод; 4 — головные участки сети (ветви)
с общим числом участков «К» и ЧИСЛОМ СТОЯКОВ «&+1»,
имеющих стандартные характеристики сопротивления
Ss/ =const (рис. 5.9).
При равном расчетном сопротивлении всех стояков
системы расход воды через отдельные стояки будет уве-
личиваться по мере приближения к началу системы. Сум-
марный расход воды по всем стоякам составит
fir = <71 + <72 + ...+ «+•• •+ <7a+i- (5.Ю)
Средний расход воды на узел равен
<7«« = <?*'/(*+П- (5.U)
Относительный расход воды по отдельному узлу бу-
дет равен
=^7(<*+’) О • <5-12>
Отсюда
qCir-^(k+\)qc^. (5.13)
Поскольку число стояков &4-1 для системы есть ве-
личина постоянная, общий расход воды в системе со
стандартными стояками является функцией двух пере-
менных: расхода воды через дальний узел cfjrz и сред-
dr
него относительного расхода воды по узлу qUzs.
Для простоты рассуждений рассмотрим вначале
случай, когда в системе все расстояния между стояками
равны, т. е. /1 = /2= -Л и суммарные потери давления
по подающему и циркуляционному трубопроводам каж-
дого участка системы Нс^ +Hclfcir также равны,
т. е. H<*r=const.
146
Обозначим потери давления в подающей и циркуля-
ционной частях дальнего стояка (узла) через HUz1 при
расходе q°£,, создающем заданный температурный
лерепад в стояке A/Uz=const. Тогда этот расход воды
будет равен
4uz = V Huz/Suz. (5.14)
Суммарный расход по системе составит
qcir = (1 (V ниг + Vниг + 4-
4- Н“г 4- 4-... 4- YH“z 4- кнс/г).
Тогда согласно (5.12) средний относительный рас-
ход воды в системе составит
~<fir = = [1 + К’ 4-^г/я“г4- /14- 2Я«//Я“г 4-
4-.. .4- ]/\ 4- kHffIHUZ ]/(fe 4-1). (6.15)
Преобразуем это выражение, введя в него отноше-
ние потерь давления по дальнему стояку Ниг к суммар-
ному падению давления по подающей и циркуляцион-
ной магистралям S(/7? 4~#;;)с<г.
Пусть
Я“2 “₽'
Назовем эту величину конструктивным параметром
системы. Но поскольку S (Н? + Hcl)ctr—kHclllr, 0=
=kHct‘[ /Ниг, откуда
fiff = $Huz/k. (5.16)
Используя (5.16) в выражении (5.15), получим
= [• + + К1+W 4- • -4- /r+W]/(* 4-1).
или в общем виде
ж
где / — номер секционного узла или стояка, начиная от наиболее удаленного
от теплового пункта.
10*
147
Полученное выражение имеет сложный вид и может
быть заменено более простым, которое дает, однако, до-
статочно точный результат:
qctr = 0,5?^ (k + 1) (1 + J/T+p). (5.18)
Расчеты по формулам (5.17) и (5.18) qcir при А>5
и р>1 показали, что отклонение величины расчетных
расходов, определенное по приближенной формуле, от
точной формулы не превышает 3 %, что для практиче-
ских расчетов вполне приемлемо.
Определение циркуляционного расхода в любом сек-
ционном узле или стояке системы может производиться
из выражения
С = Ci /’ + ₽ SZ/L> (5-19>
где SZу— суммарная длина трубопровода от первого стояка до /-го стояка
системы.
Определение перепада давлений между подающим и
циркуляционным трубопроводами в точках присоедине-
ния к ним /-го стояка определяется из выражения
= (5.20)
Откуда общий перепад давлений на (^+1)-й стояк
запишется в виде
Я^1 = Я?2(1 + ₽). (5.21)
Влияние конструктивного параметра 0 на расчетные
величины систем в циркуляционном режиме показано
на рис. 5.10, из которого видно, что зона в пределах
4 (0^2,5) характеризуется неустойчивостью гид-
равлического режима. При сравнительно небольшом из-
менении 1/0 происходит существенное изменение и цир-
куляционного расхода, и перепада давлений в системе.
Для выявления наиболее экономичных решений, к
которым следует стремиться при конструировании си-
стем горячего водоснабжения, рассмотрим изменение
величины приведенных затрат в зависимости от сопро-
тивлений секционного узла и разводящих трубопрово-
дов системы. При расчете приведенных затрат учитыва-
лись стоимость металла разводящих трубопроводов,
расход электроэнергии циркуляционно-повысительным
насосом, потери теплоты подающим и циркуляционным
разводящими трубопроводами. Стоимость теплоты и
148
Рис. 5.10. Зависимость расчетного циркуляционного расхода и пере-
пада давлений на сеть (без головных участков) от общего конструк-
тивного параметра сети
металла внутридомовых систем (водоразборных и цирку-
ляционных стояков) не учитывалась, так как она рас-
смотрена ранее и на конструктивные параметры систем
влияния не оказывает.
Для анализа принималось несколько систем различ-
ного объема и этажности. Потери напора в секционных
узлах в режиме циркуляции варьировались в широких
пределах 10—60 кПа. Для каждого участка при задан-
ной величине Ниг и р определялись диаметры подаю-
щего и циркуляционного трубопроводов, теплопотери
этими трубами и масса металла. Для всей системы в
целом определялся расход электроэнергии насосом на
перекачку расчетного циркуляционного расхода. При
расчете принималась стоимость электроэнергии Cw =
=0,02 руб/кВт-ч, тепла CQ=15,0 руб/Гкал, металла
См =160 руб/т. Срок окупаемости принят 8 лет.
На рис. 5.11 показано изменение приведенных затрат
П руб/год на 1 квартиру, при изменении величины
H,HpilHuz и неизменных величинах Ниг и р. Здесь
— потери давления в подающем трубопроводе си-
стемы в циркуляционном режиме.
Уменьшение сопротивления подающей магистрали
149
е,е
Рис. 5.11. Зависимость приве-
денных затрат от сопротивле-
ния подающей магистрали сис-
темы
Рис. 5.12. Зависимость приве-
денных затрат от
ного параметра
зданий высотой
этажей (б)
конструктив-
системы для
5 (а) и 12
Приведенные затраты С, руб/год.кв.
6,2
6
5,8
5,6
5,4^
5,2
5
0 2 4
*)
4,72\
4,68
I Ш
и
________________с ф_________________________________
1 в 10 12fi О 2 4 6 8 ю 12 fi
Ш
5 М2
2
(увеличение ее диаметра) приводит к росту приведен-
ных затрат. Это говорит о том, что выбор диаметров
трубопроводов подающей магистрали следует произво-
дить при максимально возможных скоростях движения
воды при расчетном водоразборе. Тогда обеспечение
расчетного параметра р производится соответствующим
выбором диаметров циркуляционного трубопровода.
Рост приведенных затрат с увеличением диаметров по-
дающего трубопровода системы объясняется большей
150
его долей в общей стоимости системы за счет большей
металлоемкости и теплопотерь.
На рис. 5.12 показано изменение приведенной стои-
мости систем С в зависимости от параметра системы
Р и принимаемых потерь давления в секционных узле
при циркуляции //“z. Эти данные показывают, что при
любой величине Циг системы имеют оптимум (при ми-
нимальных приведенных затратах), причем каждой ве-
личине Huz соответствует своя величина конструктивного
параметра р, изменяющегося от Р=1,3 при Я“*=60 кПа
до р=3,6 при Наг=10 кПа.
При увеличении р относительно p0Pt при любых ве-
личинах Ниг уменьшаются диаметры разводящих тру-
бопроводов, следовательно, уменьшаются металлоем-
кость и теплопотери, но растет расход электроэнергии.
При уменьшении р относительно p0Pt рост приведенных
затрат обусловлен увеличением металлоемкости и теп-
лопотерь. Одинаковые приведенные затраты можно
получить при любой величине Я“г, но при этом должен
меняться конструктивный параметр р. Из рис. 5.12 вид-
но, что наиболее экономичными являются системы с
наибольшими потерями давления в секционных узлах.
График рис. 5.12 для систем, обслуживающих здания
большей этажности (12 эт.), имеет такой же вид, но с
меньшими величинами приведенных затрат.
Все предыдущие расчеты производились из условия
поддержания в последнем секционном узле системы
циркуляционного расхода, при котором остывание воды
в нем составляет Д^иг=8,5оС. Эта величина охлаждения
принята первоначально из предпосылки охлаждения во-
ды в подающем трубопроводе системы Д/П=1,5°С. Рас-
четы показывают, что величина охлаждения воды в по-
дающем трубопроводе для систем разной протяженно-
сти и этажности несколько изменяется. Принятое
охлаждение Д^Л=1,5°С достаточно либо для коротких
систем, обслуживающих здания пяти и более этажей,
либо более протяженных систем в зданиях большой
этажности.
Например, в системе горячего водоснабжения, об-
служивающей 5-этажные здания (ветка из 12-секцион-
ных узлов) при подборе диаметров без учета зараста-
ния трубопроводов снижение температуры воды в пода-
ющей магистрали составило Д/Л=2,23°С, а при подборе
151
диаметров с учетом зарастания Д/П=2,65°С. Это пока-
зывает необходимость расчета величины охлаждения
воды в каждом конкретном случае проектирования квар-
тальных систем горячего водоснабжения. Этот расчет
можно производить по формуле, уточняющей величину
расчетного расхода воды в наиболее удаленном стояке
или секционном узле системы, который необходим для
поддержания заданного охлаждения воды во всей систе-
ме от водонагревателя до наиболее удаленного водораз-
борного крана.
Яиг = (<?Й/д'<0<) (1 + А/< + Q'eB/Q*);
k
А = (2 Vp)/[o,5 (1+/Т+Р) + Л];
/==1
В=1/[о,5(й+1)(1+ГГ+₽)], (5.22)
где ~~ теплопотери подающими трубопроводами квартальной сети
по расчетному направлению соответственно по распределительным и голов-
ным участкам; / — номер участка распределительной сети (исключая голов-
ные участки).
Следует заметить, что сокращение величины q'u2
при изменении параметра 0 весьма незначительно. Это
объясняется тем, что при изменении степени разрегули-
ровки циркуляции по системе в наибольшей мере изме-
няются расходы в начальных участках подающего тру-
бопровода квартальной сети, в которых охлаждение
воды значительно меньше, чем в концевых участках с
малыми циркуляционными расходами. Например, при
изменении параметра 0 от 1,6 до 4 циркуляционный рас-
ход в стояке изменится только на 0,6 %, что совершенно
недостаточно для получения заданного температурного
перепада.
5.4. РАСЧЕТНАЯ СХЕМА ЗАГРУЗКИ
СИСТЕМЫ ВОДОРАЗБОРОМ
Методика определения расчетных расходов
воды, приведенная в нормативных документах (СНиПах)
и литературе для расчета систем внутреннего водопро-
вода, позволяет определять предельные (при заданной
обеспеченности) расходы воды на отдельных участках
системы. Однако расчет потерь давления на участках
системы по предельным расходам по существу не дает
ответа на вопрос об обеспеченности суммарных потерь
давления в системе в целом. При высокой обеспеченно-
152
сти расчетных расходов вероятность возникновения пре-
дельных расходов одновременно во всех участках си-
стемы становится практически равной нулю.
Система водоснабжения, как система подачи и рас-
пределения воды, является гидравлической системой,
и характер ее работы определяется законами гидроди-
намики. Совокупность всех элементов системы характе-
ризуется функцией вида Hi—^(q). Если на формиро-
вание величины случайного расхода оказывает влияние
число и степень открытых водопроводных кранов, то на
формирование величины потерь напора Hi еще и места
их включения. Поэтому случайной величиной является
не только величина отбора воды, но и место расположе-
ния точки отбора. Как показали исследования в период
маскимального водоразбора, расход воды в системе
достаточно точно описывается нормальным законом
распределения. Для разработки методики определения
потерь напора было проведено моделирование работы
системы водоснабжения на ЭВМ.
Система состоит из десяти водоразборных узлов 9-
этажного дома. Общее число обслуживаемых квартир—
360; в каждом узле закольцованы 4 водоразборных
стояка. Условно принималось, что в каждой квартире
имеется три типа приборов: мойка, ванна и умываль-
ник с расходами, соответственно 0,2, 0,17 и 0,07 м/с.
Включение этих приборов было равновероятным.
Включение двух приборов одновременно — ванна-
мойка и мойка-умывальник — имело вероятность в пять-
десят раз меньшую. Расход воды на входе в систему
описывался нормальным законом распределения. При
каждом варианте включения расходов определялись по-
тери напора на каждом участке и суммарные потери на-
пора в системе.
На рис. 5.13, б показаны интегральные графики ве-
роятности расходов воды в системе, а на рис. 5.13, в
интегральные графики вероятности потерь напора в си-
стемах горячего водоснабжения: / — объемом 360 квар-
тир, 2 — 720 квартир. Потери напора на каждом отдель-
ном участке определялись по формуле
где Sj^SJP, Si — условно принято за 1.
При равномерном распределении расходов такое
конструирование трубопроводов системы соответствует
153
конструированию по закону i—const, т. е. при постоян-
ных удельных потерях давления в системе.
Для всех систем выделялись пять характерных уров-
ней расхода (средние значения интервалов, принятых
при построении гистограмм) и для каждого уровня рас-
хода производилась серия розыгрыша ситуаций различ-
ных включений водоразборных точек в квартирах. За-
тем определялись потери напора на каждом участке,
суммарные потери напора в системе и средние потери
напора для каждой серии. Все расчеты производились
на ЭВМ ЕС-1022 по специальной программе «SYSTEM»
на языке PL/1. На рис. 5.13 цифрами 1, 2 показаны
зависимости средних потерь напора от уровня водораз-
бора для систем разных размеров. Из графика видно,
что величина средних потерь напора в системе при
каком-либо уровне расхода обладает той же обеспечен-
ностью, что и сам расход. Как показали исследования,
средние потери давления при любом уровне расхода
соответствуют потерям давления при равномерном рас-
пределении этого расхода. Следовательно, потери на-
154
пора в системе при равно-
мерном распределении рас-
хода обладают той же обе-
спеченностью, что и сам рас-
ход.
Пользуясь графиками
5.13, б, в, можно оценить
обеспеченность потерь дав-
ления, полученных при за-
грузке системы по методу
предельных расходов задан-
ной обеспеченности. Транс-
формируем схему загрузки
и принимаем на каждом
участке системы расходы с
обеспеченностью Pq = 0,5.
При этом суммарные поте-
ри напора составляют
3,06 кПа. По графику
5.13, в определяем обеспе-
Рис. 5.14. Зависимость вероят-
ности появления потерь напора
в системе от принимаемой ве-
роятности расхода воды
ченность принятой схемызагрузки Р^н =0,73.
На рис. 5.14 представлен график изменения обес-
печенности суммарных потерь напора в системе в зави-
симости от величины обеспеченности расходов на уча-
стках при схеме загрузки системы по методу предель-
ных расходов.
Сравнительные расчеты показали, что потери давле-
ния, определенные при предельных расходах воды в
участках системы, примерно в 1,5 раза выше реально
возможных. Это позволило в дальнейшем исследова-
ния режимов работы системы водоснабжения провести
при равномерном распределении расходов.
Описанный метод позволяет, в отличие от существу-
ющего, производить определение потерь давления с за-
данной обеспеченностью и одновременно резко упро-
стить сам расчет системы. Для этого необходимо при
заданной обеспеченности определить общий расчетный
расход воды в системе, а потери давления рассчитать
при равномерно (пропорционально) распределенном по
подключаемым к сети узлам общем расчетном расходе.
5.5. РЕЖИМ ВОДОРАЗБОРА
Характер распределения потоков в циркуля-
ционных системах горячего водоснабжения при трех
155
возможных режимах, возникающих при равномерно
распределенном водоразборе, показан на рис. 5.15. Воз-
никновение каждого из них обусловлено величиной во-
доразбора и перепадом давлений между точками А и
Б ДРд-б, создаваемым циркуляционным или циркуля-
ционно-повысительным насосом.
Когда перепад АРд-в достаточен, чтобы сохранить
положительную циркуляцию в последнем секционном
узле или не допустить ее опрокидывания, возникает
первый режим (рис. 5.15, а). Расход воды на всех уча-
стках подающего трубопровода больше расхода воды
на водоразбор за счет сохранения положительной цир-
куляции в системе. В этом случае пьезометрическая ли-
ния расположена выше линии относительного нулевого
давления (давления во всасывающем патрубке цирку-
ляционного насоса).
При уменьшении перепада давлений ДРд-б возни-
кает второй режим (рис. 5.15, б), когда циркуляция в
последнем секционном узле опрокидывается и стано-
вится отрицательной. Это влечет за собой опрокидыва-
ние циркуляции и на последних участках циркуляцион-
ного трубопровода сети, а расход воды на последних
участках подающего трубопровода оказывается меньше
величины водоразбора в подключенных к ним секцион-
ных узлах. На остальных участках подающего трубо-
провода, аналогично рассмотренному выше первому
режиму, расход воды выше величины водоразбора.
Пьезометрическая линия подающего трубопровода в
этом случае понижается; перепад давлений в последнем
секционном узле приближается к нулю, а пьезометриче-
ская линия циркуляционного трубопровода на послед-
них участках имеет обратный уклон.
Дальнейшее уменьшение АРд-в приводит к возник-
новению третьего режима (рис. 15.5, в), характеризую-
щегося тем, что расход воды в участке А—Б резко со-
кратился или стал равен нулю. Так как на этом участке
устанавливают обратный клапан, появление отрицатель-
ной циркуляции в нем невозможно. При третьем режи-
ме расход воды на всех участках подающего трубопро-
вода, начиная от первого секционного узла, меньше
расхода на водоразбор в подключенных секционных
узлах. Опрокидывание циркуляции имеется на всех уча-
стках циркуляционного трубопровода сети. В ближай-
ших к тепловому пункту секционных узлах сохраняется
156
Рис. 5.15. Характер потокораспределения в квартальной системе при
водоразборе
положительная циркуляция, в последних — отрица-
тельная. Характерной особенностью этого режима явля-
ются отрицательные перепады давлений в последних
157
Рис. 5.16. Пьезометрический график потерь напора в системе при слу-
чайном приложении водоразбора в системе
секционных узлах, когда давление воды в подающем тру-
бопроводе становится меньше, чем в циркуляционном.
Этот режим может установиться при наличии положи-
тельного перепада давлений ДРа-б, но особенно ярко
он проявляется при нулевой циркуляции в головном
участке циркуляционного трубопровода qc^r=O (рис.
5.15). При этом большая часть пьезометрической линии
проходит ниже линии относительного нулевого давле-
ния.
Фактически процесс водопотребления является слу-
чайным процессом, поэтому величины отборов из водо-
разборных кранов и место расположения этих точек
отбора являются случайными. Это позволило смодели-
ровать работу системы горячего водоснабжения в ре-
жиме водоразбора на ЭВМ. Моделирование производи-
лось для системы, обслуживающей 120 квартир и состо-
ящей из шести секционных узлов. Место включения
водоразборной арматуры было случайным. Величины
водоразборов варьировались от 0,04 до 0,2 л/с при рав-
новероятном включении одного из приборов квартиры.
На рис. 5.16 показан результат одного из расчетов, ил-
люстрирующих реальное одномоментное потокораспре-
деление в системе при нулевом циркуляционном расходе
в головном циркуляционном трубопроводе. При недо-
158
< гаточном перепаде давлений ДРа-б в ближайших к
ЦТП секционных узлах происходит приток воды из по-
тницей магистрали в циркуляционную, а в удаленных
\злах происходит подача воды на водоразбор из пода-
ющей и циркуляционной магистралей. Вода в циркуля-
ционную магистраль проходит через незагруженные
водоразбором стояки ближних к ЦТП секционных уз-
1ов или через стояки с очень малой загрузкой. Как пра-
вило, на водоразбор вода подается с двух сторон стоя-
ка — снизу и сверху, причем подача воды в стояк
сверху может происходить из соседнего водоразборного
или из циркуляционного стояков. Пьезометрические
линии показывают, что в трех узлах рассматриваемой
системы в данный момент времени установился обрат-
ный перепад давлений, т. е. давление в подающей ма-
гистрали оказалось ниже, чем в циркуляционной. При-
веденный пример является частным, но достаточно ха-
рактерным случаем работы системы.
Для обеспечения необходимого качества работы си-
стемы горячего водоснабжения важны следующие пока-
затели:
размер и направление циркуляции в последнем сек-
ционном узле, зависящие от объема водоразбора; при
малом водоразборе в узле нужно поддерживать большую
циркуляцию; по мере увеличения водоразбора циркуля-
ция в последнем узле должна сокращаться; при опреде-
ленном объеме водоразбора может оказаться допусти-
мой отрицательная циркуляция;
давление воды в наиболее удаленных водоразборных
точках, определяемое давлением, поддерживаемым в
точке А, и потерями давления в подающем трубопрово-
де, зависит не только от объема водоразбора, но и от
объема циркуляции, сохраняющейся в сети при этом во-
доразборе.
Таким образом, увеличение циркуляции в сети улуч-
шает температурный режим в последнем секционном уз-
ле, но увеличивает потери давления в сети и вызывает
опасность появления перебоев подачи воды в некоторых
квартирах из-за повышенных потерь давления, поэтому
необходимо знать перепад давлений АР а-б, требуемый
для поддержания необходимой в последнем секционном
узле циркуляции и потери давления в подающем трубо-
проводе сети при этом перепаде. Конструкция системы
должна быть такой, чтобы потери напора в сети при не-
159
обходимости сохранения циркуляции увеличивались не-
значительно, а величина циркуляции не превышала не-_
"обходимую.
При изучении потокораспределения в системе наибо-
лее важной является схема загрузки системы водоразбо-
ром. В реальном проектировании системы водоснабже-
ния для определения потерь давления принимается
загрузка сети водор азбором, рекомендованная СНиП, ко-
торая предусматривает сосредоточение наибольшего
расхода воды через наиболее удаленные от ввода водо-
разборные точки. Такое распределение водоразбора по
системе имеет вероятность не большую, чем любое дру-
гое, в том числе и такое, при котором, наибольшие расхо-
ды сосредоточены в ближних к вводу водоразборных
точках, т. е. полностью противоположно рекоменда-
циям СНиПа. Учитывая неопределенность и вероятност-
ный характер загрузки системы водоразбором для чис-
ленного анализа потокораспределения была выбрана
равномерная схема загрузки, при которой расчетный
расход воды на водоразбор распределялся по секцион-
ным узлам системы пропорционально числу квартир.
Расчет гидравлических режимов работы системы,
проведенный с целью выявления основных закономерно-
стей для наиболее сложной распределительной ее части
от первого до последнего секционного узла, производил-
ся на математической модели системы горячего водо-
снабжения, в которой изменялись последовательно опре-
деляющие параметры: расход воды на водоразбор; со-
противление секционного узла в циркуляционном режиме;
сопротивления подающего и циркуляционного раз-
водящих трубопроводов; число секционных узлов, обслу-
живаемых одной ветвью системы (12 и 6 узлов).
Характеристики гидравлического сопротивления от-
дельных участков (между точками подсоединения сек-
ционных узлов) подающего и циркуляционного распре-
делительных трубопроводов вычислялись при условия
равенства их величин, т. е. при Каждый конст-
руктивный вариант системы рассчитывался при разных
циркуляционных расходах в последнем секционном узле,
включая и отрицательные значения. Величина циркуля-
ции задавалась ее отношением к величине водоразбора в
узле. Расчет режимов производился с соблюдением зако-
на Кирхгофа, т. е. при условии равенства нулю алгебра-
ической суммы всех расходов и потерь давления в узел.
160
В данном случае под узлом следует понимать точку раз-
ветвления трубопроводов.
Расчет начинался с определения потерь давления в
последнем секционном узле при заданных величинах
циркуляции и водоразбора в нем. После подсчета потерь
давления в соответствующих участках подающего и цир-
куляционного трубопроводов и перепадов давления в
точках подключения соседнего секционного узла нахо-
дилась величина циркуляции в нем. Далее последова-
тельным расчетом определялись потери давления в сле-
дующих участках сети и расходы воды в узлах. Резуль-
таты расчетов представлены в виде графических зависи-
мостей kcir=f(kcdlr) для различных значений р, р', Ниг
и У (рис. 5.17). Эта зависимость имеет сложный харак-
тер, так как на нее оказывают самостоятельное влияние
различные факторы. Как видно из графиков (рис.
5.17,6), значение параметра р оказывает существенное
влияние на общий циркуляционный расход в системе при
больших значениях kff ~ qc*'lqhuz, что характерно для
режимов с малыми водоразборами, причем в этом слу-
чае на зависимость kcir^=f(kcJr) не оказывает влияние
параметр =ЪНр1(?г[Ниг. При малых значениях kcdir,
характерных для расчетных режимов с большим водо-
разбором, основное влияние оказывает параметр р' (рис.
5.17, а).
При изменении числа секционных узлов, подключен-
ных к рассчитываемой ветви системы, несколько изме-
няется и форма зависимости kcir=f(kcdir) (рис. 5.18).
При kcdir >0,4 значения kcir—f(kcJr) для больших и ма-
лых систем сближаются. В зоне kcir^0,4 зависимость
kcir=f(kcj) идет более полого, т. е. прирост величины
kcir с ростом kcd1' идет медленнее для систем большого
объема.
Существенное влияние при малых величинах kcid'
оказывает сопротивление секционного узла. Чем меньше
величины //uz, тем быстрее сокращается циркуляция в
системе при уменьшении fej’. В этом заключается основ-
ной недостаток систем с малым сопротивлением секци-
онных узлов, поскольку для нормальной работы систе-
мы требуется весьма малое сопротивление подающей
магистрали, т. е. неоправданно большие диаметры раз-
водящего подающего трубопровода. Уменьшение же ди-
11—807
161
162
кС1Г
о л
0,2
0,1
О
•0.1 0 0,1 0,2 0,Ъ
Рис. 5.18. Зависимость относи-
тельного циркуляционного
расхода в системах от относи-
тельного циркуляционного рас-
хода в последнем секционном
узле для систем с различными
сопротивлениями узлов 0 =
= 1,25; р'=0,1; число узлов 12
1 — HUZ »0Д48 кПа;
-0,813 кПа; 3 - HUZ «4,0 кПа
Рис. 5.19. Влияние напора цир-
куляционного насоса на поте-
ри давления в подающей ма-
гистрали
аметров подающего трубопровода вызывает увеличение
опрокидывания циркуляции на концевых участках си-
стемы.
В ряде случаев перепад давлений, создаваемый на-
сосом перед распределительной частью системы, больше
необходимого для поддержания в ней требуемой цирку-
ляции. При этом увеличиваются потери давления за счет
увеличения циркуляционного расхода.
Так как определить размер циркуляции при задан-
ном напоре насоса, не прибегая к машинным методам
расчета, крайне трудно, используем приближенные ме-
тоды оценки увеличения потерь давления на подачу при
излишнем напоре циркуляционного насоса.
На рис. 5.19 графически представлены функции
2/7и + #лг в диапазоне qhtoilqh =0—0,2, что
характерно для режимов с расчетным водоразбором.
Конструктивные параметры систем выбраны так, что од-
на из представленных функций имеет минимальный уг-
ловой коэффициент, другая—максимальный. Угловой
коэффициент функции 1 равен 0,5, функции 2—0,8.
С учетом головных участков системы, для которых при
угловой коэффициент равен 1, результирую-
щий угловой коэффициент для всей системы составит
11*
163
0,7—0,95, или в среднем 0,8, тогда увеличение потерь
давления на нодачу A(S7/*d+S//*m+/7^). когда напо-
ры насоса больше необходимого на величину будет
составлять
Д (ZHh[d + ^Hhlm + H“hz} = 0,8 &Hhp. (5.23)
Таким образом увеличение напора насоса сверх не-
обходимого вызывает практически такое же увеличение
потерь давления на подачу. Это вынуждает либо неоп-
равданно увеличивать расчетные потери давления на по-
дачу до фактического напора насоса, либо устанавли-
вать регулятор давления на общем циркуляционном
трубопроводе. При установке циркуляционного насоса
на подающем трубопроводе, когда желательно, чтобы он
полностью возмещал потери давления на подачу в цир-
куляционной части системы (т. е. без водонагревателя
I ступени), необходимо, чтобы требуемый напор перед
распределительной частью AHtot был меньше ZHhid +
+Ни* т. е.
п J
ZH4d + HuhzfbH(gt<\. (5.24) (
В табл. 5.1 и 5.3 приведены значения (2/7и + /7лг)/
/Д//<о, при qh'lqh =0 и q“hrlqh, при которых +
+Я^/ДЯ^=1.
Как видно из таблиц, нарушение условия наблюда-
ется при малом сопротивлении подающей части секци-
онных узлов. Оценка абсолютных значений невозмеща-
Таблица 5.2
Фактические потери давления в подающей части системы
при нулевой циркуляции на головных участках
(^^г=0) в режиме водоразбора
Фактически потери давления при 0
0,4 1 ’-6 1 4,0
ah Р'
0,2 0,10 0,05 0,2 | 0,10 0,05 0,2 0,10 0,05
7 1,15 1,03 1,2 1,07
17 1,37 1,24 1,1 1,55 1,22 1,15 1,42 1,3 1,12
37 1,45 —- 1,25 1,5 1,44 1,46 1,8 1,22 1,12
197 1,5 1,37 1,2 1,85 1,6 1,67 1,81 1,85 1,12
164
Таблица 5.3
Фактический относительный циркуляционный расход
в головных участках системы при поддержании относительных
потерь давления в подающей части )/А«0<==«1
“л
0,4 | 1.6 1 4.0
0'
0,2 0,10 0,05 0,2 0,10 0.05 | | 0,2 0,10 0,05
7 17 37 197 0,2 0,225 0,26 0,292 0,14 0,175 0,18 0,055 0,083 0,1 0,13 0,2 0,22 0,22 0,125 0,151 0,158 0,08 0,101 0,12 0,135 0,175 0,197 0,21 0,11 0,1 0,154 0,05 0,16 0,063 0,045
емой насосами части потерь давления на подачу пока-
зала, что в самых неблагоприятных случаях
(2Я*, + Н^)/ДЯ(о( « 20 кПа. (5.25)
Здесь
aft = [$f + (l-B)S*z]/Bs2z.
Учитывая, что указанное превышение невелико, мож-
но учесть его, увеличив напор хозяйственных насосов,
поддерживающих давление перед системой горячего во-
доснабжения. Если такое решение неприемлемо, необ-
ходимо расчет системы горячего водоснабжения вести
при q^r '[q\ (см. табл. 5.2), при которых
(s^ + ^)ZA//<ot = l. (5.26)
5.6. ПОТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ
В СИСТЕМАХ С АВТОНОМНЫМ
ЦИРКУЛЯЦИОННЫМ КОНТУРОМ
Распределение потоков воды
во внутридомовых системах, присоединяемых
к кольцевой однотрубной магистрали
Наиболее простой автономный циркуляцион-
ный контур — пара закольцованных стояков. Его харак-
терной особенностью является то, что появление водо-
165
Рис. 5.20. Распределение потоков воды в стояках систем с однотруб-
ными кольцевыми магистралями в парах закольцованных стояков
(а) и в секционных узлах с холостыми стояками (б, в)
/ — однотрубная кольцевая магистраль; 2 — циркуляционно-водоразборный
стояк; 3 — циркуляционный стояк; 4 — полотенцесушитель; 5 —- главный (хо-
лостой) стояк; Сплошными стрелками показано направление движения воды
при циркуляции, штриховыми стрелками — при водоразборе
разбора на опускном циркуляционно-водоразборном
стояке контура часто приводит к остановке или опрокиды-
ванию циркуляции в нем в зависимости от места и интен-
сивности водоразбора. На рис. 5.20, а приведена схема
с попарно закольцованными стояками и распределения
потоков воды в них.
Исследования на натурном объекте показали, что
при отсутствии водоразбора в паре закольцованных сто-
яков, присоединенной к однотрубной кольцевой магист-
рали, под действием гравитационных сил устанавлива-
ется устойчивая циркуляция. Эта циркуляция достаточна,
чтобы обеспечить необходимый температурный ре-
жим в циркуляционном контуре из двух неизолирован-
ных стояков диаметром 32 мм 9-этажного здания. Изо-
ляция стояков и уменьшение площади поверхности теп-
лоотдачи (например, за счет перехода на меньший
диаметр стояков или устранения полотенцесушителей)
позволяют использовать схемы для зданий высотой до
12 этажей включительно.
По данным АКХ им. К. Д. Памфилова, интенсив-
ность циркуляции в парах стояков может быть увеличе-
на примерно на 30 % за счет перепада давления в маги-
страли между точками подсоединения пары стояков.
Недостаток такой схемы заключается в том, что водо-
разборные точки опускного стояка находятся в худших
температурных условиях, чем подъемного. Это происхо-
дит за счет большего пути прохождения воды, а следо-
вательно, и большего ее остывания. При активном водо-
разборе положейие значительно улучшается за счет по-
166
Рис. 5.21. Эпюры распределения температур в закольцованной паре
стояков при циркуляции воды в направлении от стояка I к стояку
II (/) и от стояка II к стояку I (2)
ступления воды к потребителю непосредственно из ма-
гистрали (в этом случае циркуляция опрокидывается)
и оба стояка находятся приблизительно в равных тем-
пературных условиях.
. При выключении водоразборных кранов циркуляция
в контуре восстанавливается. Как показывает опыт экс-
плуатации, время восстановления циркуляционного ре-
жима для пары стояков 9-этажного дома составляет
15—20 мин, причем в зависимости от сочетания послед-
них водоразборов может установиться циркуляция, на-
правленная в сторону, противоположную указанной на
рис. 5.20, а. Это подтверждается результатами натурных
измерений температур на стояке, представленными на
рис. 5.21. Монотонное понижение температуры воды по
длине стояка и сохранение перепада температуры в те-
чение ночи свидетельствуют о наличии постоянной цир-
куляции воды в контуре в течение всей ночи.
Более устойчиво работает секционный узел, показан-
ный на рис. 5.20, б, в. Сохраняя преимущества схемы а,
т. е. возможность подачи воды с высокой температурой
к водоразборному крану по наиболее короткому пути,
он позволяет сделать систему менее металлоемкой за
счет введения одного лишь стояка на группу водоразбор-
167
Начальная температура воды
в контуре, °C
Рис. 5.22. Зависимость гравита-
ционного давления от начальной
температуры воды в контуре
1—в парнозакольцованных стояках;
2 — в секционных узлах с холостым
стояком
Рис. 5.23. Расчетная зависимость
относительного гравитационного
давления от относительной цирку-
ляции:
а — при ?czr=0; б — при qclr^0;
в —расчетная модель секционного узла
ных. В таком секционном узле циркуляция при прочих
равных условиях более интенсивна, а охлаждение зна-
чительно меньше за счет увеличенного гравитационного
давления. Результаты натурных измерений гравитацион-
ного давления представлены на рис. 5.22. Дополнитель-
ным преимуществом такой схемы внутренней системы
является то, что при водоразборе потери давления в сто-
168
яках, закольцованных в секционные узлы, в несколько
раз меньше, чем в тупиковых.
На рис. 5.23, в показана расчетная модель узла, в ко-
торой условно принято, что система состоит из холосто-
го стояка АБ, водоразборных (подающих) стояков
БВГ, замененных одним эквивалентным по своим гид-
равлическим характеристикам, и нижней перемычки
(или транзитной магистрали) АГ.
Для упрощения расчетов суммарный водоразбор
приложен в средней точке подающей части секционного
узла В, делящей пополам эквивалентную (приведенную)
характеристику сопротивления подающей части секци-
онного узла.
В соответствии с изложенным запишем условие гид-
равлического равновесия
Яе= ($?+ S“*/2) (^ + <)2± S^£/2, (5.27)
где Не — гравитационный напор, действующий в контуре.
Знак «±> перед последним членом свидетельствует
о возможности опрокидывания циркуляции и поступле-
ния воды к точке приложения водоразбора непосредст-
венно из точки Г (см. рис. 5.23). За положительное при-
нято направление движения воды по часовой стрелке.
Таким образом система может находиться в трех со-
стояниях: циркуляция отсутствует, циркуляция положи-
тельная, циркуляция отрицательная. Все три состояния
системы описываются уравнением (5.27), в котором ве-
личина q^z принимает соответствующие значения. Раз-
делив правую и левую части выражения (5.27) на
и проведя необходимые преобразования, получим три
уравнения состояния системы при qch‘'z =0, q^X) и
<7£2г<0, соответственно:
Яе=($^г) + 0,5;
= 0,5
Величина Не—Не/ (SpZq ) показывает превышение
гравитационного напора Не, действующего в контуре,
над потерями напора от точки Б до точки Г. Величина
169
Якиг = <fhuz!qh представляет собой относительный цирку-
ляционный расход, показывающий превышение действи-
тельной величины над водоразбором.
Формула (5.27) имеет большое практическое значе-
ние для проектирования гравитационных систем, так как
позволяет подбирать сопротивление холостого стояка
которое бы обеспечивало начало опрокидывания
при заданном водоразборе.
Анализ опытов по замеру гравитационного давления
при наличии водоразбора показал возможность принять
его постоянным и равным гравитационному давлению в
режиме циркуляции. Такое допущение позволяет нахо-
дить из выражения (5.27) величину и направление по-
тока воды на участке эквивалентного стояка ниже точки
водоразбора и потери давления в системе.
Величину Не можно определить из выражения
Яс = 0,5ЯгготДр, (5.31)
где Др — приращение плотности воды за счет ее остывания в контуре.
Так как возможный интервал температур в системах
горячего водоснабжения сравнительно узок и колеблется
в пределах 40—70 °C, приращение плотности от величи-
ны падения температуры можно выразить линейной за-
висимостью
Др = ф(/Л-ф, (5.32)
где ф — удельное приращение плотности воды при остывании на 1 °C, для
указанного интервала можно принять ф=0,5 кг/(м3*°С); /р ^—соответствен-
но начальная и конечная температуры воды, °C.
Таким образом формула (5.31) преобразуется к виду
Яв=0,25//йсот(^-ф, (5.33)
что позволяет с достаточной для практики точностью
находить величину гравитационного напора в контуре
зданий любой этажности прж любых заданных или по-
лученных начальных и конечных температурах в узле.
Это, в свою очередь, дает возможность по заданной кон-
струкции системы (известны отношение Sj7S“z и ве-
личина 5“г) определить Не и по формуле (5.30) рассчи-
тывать циркуляционный расход при заданном водо-
разборе qh (см. рис. 5.23, а, б).
170
Потокор асп ре деление в системах с
баками-аккумуляторами (системы,
разделенные на два вертикальных контура)
Рассмотренные внутридомовые системы либо
представляют собой простой замкнутый циркуляцион-
ный контур, либо легко приводятся к виду простого кон-
тура. Однако существуют системы, которые из-за своих
специфических особенностей не могут быть приведены к
простому одноконтурному виду, поэтому гидравлический
расчет их существенно осложняется (рис. 5.24).
Верхний контур I (BEFC) состоит из холостого (глав-
ного) стояка, верхней перемычки, водоразборных сто-
ков и нижней перемычки. Нижний контур II (АВСД)
представляет собой совокупность подающих трубопро-
водов (участок АВ), циркуляционных (участок СД), ба-
ка-аккумулятора тепла (АД) и нижней перемычки
(ВС). Контуры имеют общий участок ВС. Контур /,
включающий в себя стояки, верхнюю и нижнюю кольцу-
ющие перемычки, имеет гораздо большее гравитацион-
ное давление, чем контур II. Однако радиус его дейст-
вия сравнительно невелик и ограничивается пределами
одной секции. Потери напора в этом контуре при объе-
ме необходимой циркуляции приблизительно равны
гравитационному давлению. Контур II имеет малую вы-
соту, а следовательно, и малое гравитационное давление,
Рис. 5.24. Принципиальная схе-
ма двухконтурной системы го-
рячего водоснабжения с есте-
ственной циркуляцией
1 —- бак-аккумулятор; 2 — холостой
стояк; 3 — водоразборные стояки;
4 — нижняя перемычка; 5 — цирку-
ляционная линия нижнего конту-
ра; 6— подающая линия горячей
воды из бака; 7 — тупиковая ли-
ния от водонагревателя
171
которое может быть значительно меньше гидравли-
ческих потерь давления в нижних разводящих трубопро-
водах сравнительно большой длины. Изменяя сопротив-
ление общего участка ВС, можно перераспределить гра-
витационное давление между контурами и циркуляцион-
ный расход воды в каждом из них.
Гидравлическое равновесие контура II можно запи-
сать в виде
Sn^l-Stp^ = HP, (5.34)
где 5И — характеристика
без учета перемычки; 3^
циркуляционный расход в
гравитационное давление в
гидравлического сопротивления нижнего контура
— то же, перемычки; qc^r и q — соответственно
контуре II и расход воды по перемычке; —
контуре II.
Из выражения (5.34) видно, что при одном и том же
Не за счет увеличения потерь напора в перемычке уве-
личивается располагаемый напор в контуре II. Так как
часть гравитационного напора контура I распространя-
ется на контур II, создаются предпосылки для более ин-
тенсивной циркуляции в контуре II.
Для контура I состояние гидравлического равновесия
можно записать так:
SI^‘+StP€=^, (5.35)
где Sj — характеристика сопротивления контура I; q^ir — расчетный цирку-
ляционный расход в контуре I; — гравитационное давление в контуре I.
Из выражений (5.34) и (5.35) следует:
<f‘r =}/(//' + Я” - Sj tfZr‘)/Sn; (5.36)
/<& (5.37)
(5.38)
Так как
7i = <7cZr + <?<P, (5.39)
по уравнению теплового баланса можно записать
<ltP?ir + ‘lcirt'l = qlb, (5.40)
.dr
где t —температура воды в перемычке, равная температуре циркуляцион-
ной воды, выходящей из водоразборных стояков; tn — температура горячей
воды, выходящей из бака.
Как правило, величины tcir и th являются задан-
ными, qcir определяется по вместимости бака и времени
ночного перерыва в водоразборе; qi является также нз-
172
вестной величиной из теплового расчета системы, поэто-
му из формулы (5.40) нетрудно определить
9tP = (‘htb-<fir(k)^ir- (5-41)
С другой стороны, из выражения (5.35) следует
(5-42)
и из выражения (5.34)
% = /(Sn-?CI>2-W")/V (5.43)
Полученные зависимости позволяют решать все не-
обходимые виды задач, возникающие при расчете двух-
контурных систем с естественной циркуляцией. В част-
ности, изменением количества подмешиваемой из пере-
мычки воды qtP достигается возможность обеспечения
оптимальной температуры в холостом стояке и оптималь-
ных размеров бака-аккумулятора или водонагревателя,
который может быть установлен в системе вместо бака.
В связи с тем, что параметры контура I, как правило,
менять невозможно без изменения конструкции системы
или без нарушения температурных параметров, достичь
необходимой величины qtP удается, изменяя характерис-
тику гидравлического сопротивления контура II. Это
возможно, как видно из формулы (5.43), путем измене-
ния величины Sii и S«p.
Уменьшение характеристики гидравлического сопро-
тивления более трудоемко, чем его увеличение, так как
в первом случае требуются или перерасчет системы при
проектировании, или перекладка трубопроводов в дей-
ствующих системах. Поэтому наиболее целесообразно
при необходимости изменения qtp соответственно увели-
чивать 5ц или StP, устанавливая регулирующие диаф-
рагмы.
Глава 6
ОХЛАЖДЕНИЕ ВОДЫ В СИСТЕМАХ
ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Вода в системах охлаждается из-за теплоотда-
чи трубопроводами, поэтому в них предусматривают цир-
куляцию воды. В системах с общим циркуляционным
173
Рис. 6.1. Охлаждение элементарного объема
воды в трубопроводе
контуром циркуляции создается циркуляционными насо-
сами, требующими дополнительных затрат электроэнер-
гии, в системах с автономным циркуляционным конту-
ром — естественно за счет преобразования тепловой
энергии в механическую. Рассмотрим температурные ус-
ловия в трубопроводах систем горячего водоснабжения.
Уравнение теплового баланса для элементарного
участка трубопровода (рис. 6.1) выразится, как
= (6.1)
где k — коэффициент теплопередачи; tx — температура в рассматриваемой
элементарной точке; 6 — температура окружающей среды; х — текущая коор-
дината по длине трубопровода; f0 — периметр трубы,
С другой стороны
=— qm cdtx, (6.2)
где с — массовая теплоемкость воды; qm — массовый циркуляционный рас-
ход.
^Г = 9тс- (6.3)
В уравнении (6.1) коэффициент теплопередачи зави-
сит от температурного напора в условиях естественной
конвекции
й = а(?ж —0)'", (6.4)
где а и т — эмпирические коэффициенты.
После совместного решения уравнений (6.1)—(6.4)
получим выражение
174
1
' ix — ______________
‘‘-“I ~ 1 + (,6_в)-^ ’
Qm c
Обозначив коэффициент теплопередачи в начальной
точке контура &о=а(/&—6)т, получим выражение для
расчета температуры воды в любой точке контура:
Утс I
Для трубопровода конечной длины, когда x—l, a fQl—
—F, можно записать
1х — —
tb-G
kQF \Vm
-----т]
Qmс /
(6.6)
Выражение (6.6) позволяет определить конечную тем-
пературу воды в любом участке трубопровода, когда из-
вестная температура воды на входе в этот участок 1ь,
теплотехническая характеристика трубопровода koF
и циркуляционный расход qcir—qmc.
6.1. ОХЛАЖДЕНИЕ ВОДЫ В СИСТЕМАХ
С ОБЩИМ ЦИРКУЛЯЦИОННЫМ КОНТУРОМ
Системы горячего водоснабжения могут иметь
различные режимы работы в зависимости от изменения
соотношений расходов воды на водоразбор и циркуля-
цию. Для определения требуемого расхода циркуляции в
зависимости от расхода на водоразбор необходимо знать
температурный режим в секционных узлах горячего во-
доснабжения.
В режиме циркуляции (при отсутствии водоразбора,
равенстве расходов воды, значений k0 и F во всех участ-
ках секционного узла) конечную температуру воды, по-
ступающей в циркуляционный стояк, можно определить
по формуле (6.6), в которой величина F представляет
собой суммарную площадь поверхности теплоотдачи
всех водоразборных стояков секционного узла.
В режиме водоразбора границами отдельных участков
в стояке являются точки приложения отдельных водо-
разборов. Конечную температуру воды в таком стояке
при одинаковом направлении движения воды во всех
175
участках рассчитывают по формуле
Гк= (А1Аях...хА1хв..хАп)1/т +0, (6,7)
гдес); I, Fp ^—соответственно номер участка, площадь
поверхности и массовый расход воды по Z-му участку.
Сравним минимальную температуру воды в одной из
точек водоразбора с конечной температурой воды в
режиме циркуляции tcK‘r. При этом будем считать, что
расход воды в циркуляционном стояке секционного узла
в режиме водоразбора отсутствует. Для учета неравно-
мерности приложения водоразбора примем, что в поло-
вине водоразборных стояков секционного узла водораз-
бор отсутствует, а в другой половине стояков водораз-
борные точки равномерно через каждые три этажа рас-
пределены по стоякам. В расчетах рассматривались два
случая:
1) во все стояки поступает одинаковое количество
воды;
2) в загруженные стояки поступает 2/3 расхода на
водоразбор, в незагруженные — 1/3.
Расчеты по формулам (6.6) и (6.7) выполнены на
ЭВМ. Установлено, что в обоих случаях минимальная
температура при водоразборе примерно одинакова. Ре-
зультаты расчета обобщены на графиках рис. 6.2 с ис-
176
пользованием следующих обобщающих параметров:
ЯтС - Ят
где —расход на водоразбор в секционном узле.
ь tb~^
k — ' —— '1 •
t — tcir \tcir
1ъ ** ^uz
Аппроксимация функции k—f(q) в пределах 6=0,8—
1,2 позволила получить выражение
Я = Wk, Т. е. фиг!<& = 2Д ^/Д^г. (6.8)
из которого следует, что при 6=1 Яцг=^^> т. е. цир-
куляционный расход, проходящий через весь узел без
изменения, в тепловом отношении в два раза эффектив-
нее, чем расход на водоразбор, который попутно разбира-
ется из трубопровода.
Используя более простую модель, можно оценить сте-
пень охлаждения воды в узле и затем в системе в целом.
Загрузка стояка или секционного узла циркуляцион-
ным расходом или расходами в период водоразбора по-
казаны на рис. 6.3. В соответствии с принятой моделью
можно записать, что охлаждение воды в секционном уз-
ле при отсутствии водоразбора составляет (см. рис.
6.3, а).
^uz ^uz'^uz9
а при водоразборе и сохраняющейся циркуляции (рис.
6.3, б)
< = <&& + О - е&( о + О = + 20-
Охлаждение воды в системе в целом складывается из
охлаждения воды в секционном узле и в подающей раз-
водящей магистрали квартальной сети:
<< = < +До-
охлаждение воды в магистрали можно выразить
формулами:
де=е2(°.5«о
12—807
177
Рис. 6.3. Схемы загрузки секционных узлов расходами при отсутст-
вии водоразбора (а), водоразборе с положительной циркуляцией (б)
н водоразборе с отрицательной циркуляцией (в)
____
где п — число секционных узлов в системе.
Отсюда получаем
= QX +
tot №+20 №+О«
Выражая теплопотери подающей магистрали через
теплопотери секционных узлов, имеем
Тогда общий относительный перепад в системе при-
мет вид
№ 2<?*«e
№+2OW+2^)
2<#<'
№ + <)п(«0Й + 2«) ‘
178
Заменяя теплопотери подающей магистрали Q£z их
выражением, после преобразований имеем
= 2/(1 + 2а) ( -^“г +
где яЫ^ = *dr; п1Яиг п = ^/^ - отношение суммы
требуемых циркуляционных расходов во всех секцион-
ных узлах системы при Д/иг=8,5°С к расчетному водо-
разбору всей системы. Следовательно, при сохраняющей-
ся положительной циркуляции в конечном секционном
узле
=-------2-----I-----!----+-----------У (6.9)
Д (1+2^Г) (*+**')/
. '* “г ^а)
Из полученного выражения очевидно, что при сохра-
няющейся циркуляции в системе определяющими пара-
метрами для температурного режима сети являются
— отношение циркуляционного расхода в
последнем секционном узле системы к среднему водораз-
борному расходу секционного узла, который может быть
определен как
а ^2
qut ~ Nuz,
где АГ v — число квартир, обслуживаемых системой в целом? N — число
ил
квартир, обслуживаемых последним по расчетной ветви секционным узлом.
В случае полного прекращения циркуляции в голов-
ных участках системы (см. рис. 6.3, г) вода на водораз-
бор в последнем секционном узле поступает как по по-
дающему, так и по циркуляционному трубопроводам.
В наиболее удаленном секционном узле вода посту-
пает на водоразбор с температурой th , определяемой из
выражения
С+С W (б.ю)
где tpL —температура воды, поступающей к водоразборной точке из по-
дающей магистрали; —то же, из циркуляционной магистрали.
«21
2Qpi
С='* - К+ Ч.«.) - "* - 2Q?Z(»' - !
"uz 4huz
12*
179
С = ? - (Чт + *с.иг+ < + ДС) = ? -
- (</№+<)+%11А+ $/<?£)> (6.11)
где Л*ри2: Дfcu2 — т° же, в подающей и циркуляционной частях секционно-
го узла; Q?*, Cf^\ QP*; Q^—теплопотери соответственно в подающей и
циркуляционной магистралях и частях секционного узла.
Остывание воды в системе определяется формулой
д^=д**+д4- (6.12)
Используя в формуле (6.10) выражения для
и tcu{Zi и проведя преобразование, получим формулу для
определения остывания воды в системе от водонагрева-
теля до водоразборной точки при полном прекращении
циркуляции воды в головном участке циркуляционного
трубопровода:
. Г / \ —kclr \
я и 2 \n~~Zlid J
l+3fef
1 + 2#'
+ 2Q21
(6.13)
Относительное остывание воды при этом же режиме
равно:
Л/^
—= п [2а (1 — #')/(« — 2#') + а' а+ 2 (1 + 3#')/п (1 +
+ г#')]/?* (1 + 2а)/2#г', (6.14)
где
«х'=(<??+с)/е
Численный анализ полученной формулы показал, что
параметры а' и п незначительно влияют на точность ре-
зультатов при изолированных циркуляционных стояках
секционных узлов. Это говорит о том, что, во-первых,
охлаждение воды в циркуляционной магистрали систе-
мы не оказывает существенного влияния на температуру
в наиболее удаленной точке водоразбора из-за относи-
тельно малого расхода воды, поступающего на водораз-
бор из циркуляционной магистрали, и, во-вторых, что
число секционных узлов, подключенных к ветви системы
также незначительно влияет на температуру воды в точ-
180
ках водоразбора. Это объясняется тем, что основное
охлаждение воды происходит в трубопроводах секцион-
ных узлов.
Это дало возможность упростить формулу для отно-
сительного охлаждения воды в системе, исключив из нее
параметры с малым влиянием и рассматривая охлажде-'
ние воды по подающей магистрали и подающей части
секционного узла, но при уменьшенном расходе на водо-
разбор.
Для этого случая
Общий температурный перепад в системе при водо-
разборе
^tot = 2(?и2/(^г -<&) + 2а« + Чиг - Чкиг} =
~ 2QUz (1 /(<& ^Лиг) +
+ ««/[(«+
а относительный температурный перепад
= [Жг- + а«/(«+ 1) Яиг-
После необходимых преобразований и исключения
мало влияющих параметров получаем окончательное
выражение
= 2 (1 + а)/(1 + 2а) (1 - kf) (6.15)
Результаты расчета по формулам (6.9) и (6.15) пред-
ставлены на графике (рис. 6.4), на котором приведены
зависимости для систем с величиной a=Q£7
/SQU2=0,15. Необходимо заметить, что в пределах а =
=0,05—0,2 величина охлаждения воды изменяется на
3—15 %, причем наибольшие расхождения получаются
при малых величинах qh!'Lqc^ и больших значениях kcJr
(й*'~1,5). Проверка правильности полученных формул
была произведена при помощи численного эксперимента,
в процессе которого две ветки системы горячего водо-
снабжения (одна при qh/Zqcu^ т 0,75, вторая при
181
Рис. 6.4. Зависимость Л^0^Д^=/(Л^Г) 110 результатам точного
расчета системы
q''/S</^«2,2) были рассчитаны на ЭВМ при различных
задаваемых циркуляционных расходах kcdir. Расчет про-
изводился с увязкой потерь давления по всем кольцам
системы и с последующим расчетом температур во всех
характерных точках. Результаты расчета, представлен-
ные на рис. 6.4 отдельными точками, подтверждают пра-
вильность полученных зависимостей как при положи-
тельной, так и при отрицательной циркуляции в послед-
нем циркуляционном узле ветви. Для решения
практических задач проектирования систем горячего во-
доснабжения приведенный график можно считать доста-
точно точным для любых квартальных систем. Цифры у
кривых qM^q^' могут быть приняты и как отношение
расчетного водоразбора к сумме требуемых циркуляци-
онных расходов в узлах и как отношение текущего водо-
разбора к этой же сумме требуемых расходов. Это дает
возможность, задавшись отношением температурных пе-
182.
Рис. 6.5. Сопоставление измеренного значения охлаждения воды в
системе горячего водоснабжения (1510 квартир) с рассчитанным
/ — в квартире второго этажа; 2 — в квартире 9-го этажа; 3 — измеренные
расходы; 4 — расчетное охлаждение; 5 — аппроксимация расходов
репадов в системе, равным единице, определить требуе-
мый циркуляционный расход в системе для каждого
уровня водоразбора. Результаты такого расчета были ис-
пользованы ранее в гл. 4 при анализе работы циркуля-
ционных насосов (см. рис. 4.2).
Полное прекращение циркуляции в головных участ-
ках системы при удовлетворении условия Д/*о//Д^^1
зависит от наличия изоляции на водоразборных стояках,
а также ряда других факторов. Из графика (рис. 6.4—
горизонтальная пунктирная линия) видно, что полное
прекращение циркуляции в головных участках системы
возможно при <7Л/2<7диг >2,2. При этом величина kcJp<n
«—0,2 и в соответствии с графиком (рис. 5.17, a) kctr ->0.
На рис. 6.5 представлены результаты измерения тем-
пературного режима в системе горячего водоснабжения,
обслуживающей 9-этажные жилые дома с общим числом
квартир 1510, детский сад и школу. Квартальная система
имеет 42 секционных узла с четырьмя стояками, один из
них — циркуляционно-водоразборный ЯнГ^(1с^г = 1,9. В си-
стеме установлен циркуляционно-повысительный насос
марки К 90/20, ₽i=0,67. Охлаждение системы при отсут-
183
ствии водоразбора =10,75 °C. Данные измерений
приведены пересчетом к начальной температуре воды
60 °C.
В процессе исследования измерялись расходы на во-
доразбор и циркуляцию в ЦТП, а также температуры на
выходе из водонагревателя в квартире наиболее удален-
ного (16-го) секционного узла ветви на девятом этаже,
в квартире на нижнем этаже циркуляционно-водоразбор-
ного стояка. Как показали данные измерений, при водо-
разборе в системе q1- =0,75 qh наибольшее охлаждение
наблюдалось в квартире нижнего этажа на циркуляци-
онно-водоразборном стояке (Д/^» 1,4 т. е. было
близко к расчетному охлаждению, (см. рис. 6.5 сплошной
линией). В то же время в квартирах девятого этажа во-
да имела более высокую температуру Д^о/ (1—1,1) Д^г.
Это свидетельствует о том, что при данном уровне водо-
разбора в последнем секционном узле еще поддержива-
лась направленная циркуляция воды. Циркуляция в це-
лом в системе составляла в этот период (0,5—0,6)<^.
При увеличении водоразбора ql'l'Lqcl^ ->1,9, циркуляцион-
ный расход в системе сокращается до qff /qh=0,05—0,1,
т. е. циркуляция в последнем секционном узле полностью
прекращается и даже опрокидывается. Такой вывод под-
тверждается данными измерения температурного перепа-
да. В нижних квартирах циркуляционно-водоразборного
стояка температурный перепад уменьшился до Д/?в< =
=0,7 Д/^; а в квартирах девятого этажа увеличился до
Д/?о/«(1—1,1)Д^, что также близко к расчетному
охлаждению.
Таким образом натурные измерения показали, что
формулы (6.8) и (6.13) достаточно правильно описывают
температурный режим систем горячего водоснабжения.
6.2. ОХЛАЖДЕНИЕ ВОДЫ В СИСТЕМАХ
С АВТОНОМНЫМ ЦИРКУЛЯЦИОННЫМ
КОНТУРОМ
Особенностью систем с естественной циркуля-
цией воды является то, что давление, обеспечивающее
циркуляцию, имеет ограниченную величину и даже в зда-
ниях высотой 10—16 этажей не превышает 3 кПа. Есте-
ственно, что потери давления в стояках при водоразборе
184
Рис. 6.6. Расчетная схема одноконтур-
ной системы с естественной циркуляцией
могут достигать значений, приблизительно на порядок
больших, чем гравитационный напор.
Циркуляция в стояках систем горячего водоснабже-
ния связана с охлаждением воды в циркуляционных кон-
турах, причем потери давления при движении воды по
контуру равны гравитационному давлению.
Как и ранее, заменяем многокольцевую систему одно-
кольцевой (рис. 6.6). Приняв в качестве допущения так-
же возможность определения потерь давления в контуре
по квадратичной зависимости, запишем уравнение, опи-
сывающее движение жидкости под действием гравита-
ционных сил, в виде
где S — характеристика гидравлического сопротивления циркуляционного кон-
тура; qт — массовый циркуляционный расход в контуре; Рор и плотность
воды на расчетных участках опускной и подъемной частей контура; «Ор
и хр— высота расчетных участков соответственно опускной и подъемной ча-
стей контура.
Расчет систем по уравнению (6.16) трудоемок, дает
приблизительные результаты, а также требует повтор-
ных вычислений. Кроме того, степень совпадения дейст-
вительного значения расхода воды в контуре с найден-
ным при расчете зависит от опыта проектировщика. Рас-
смотрим более точную методику расчета циркуляционных
контуров систем горячего водоснабжения.
Гравитационное давление, возникающее в контуре,
связано прежде всего с изменением плотности воды рх в
трубопроводах. Известно, что зависимость плотности во-
ды от температуры в рассматриваемой точке можно до-
185
статочно точно описать в виде квадратного трехчлена
= 1000,3 — 0,06^ — 0,0037/2. (6.17)
Заменив в уравнении (6.16) знак суммы на знак ин-
теграла с соответствующими пределами интегрирования,
а также заменив рор и рр величиной рх, можно записать
точное условие движения воды в циркуляционном кон-
туре под действием гравитационного давления
о о
S& = г (рор - Рр) г [J (1000,3 - ОХ - 0,037^) dx - f (1000,3 -
Z 2
— 0,06^ — 0,0037/2) dx], (6.18)
где г—высота циркуляционного контура, функционально связанная с его дли-
ной; /^ — температура воды в текущей точке координат опускной и подъ-
емной частей контура.
Решение полученного уравнения с учетом формулы
(6.6) приводит к сложному выражению, в неявном виде
описывающему значение циркуляционного расхода воды
в контуре. Неявный вид зависимости относительно иско-
мой величины, а также ее громоздкость позволяют про-
изводить расчеты по ней лишь на ЭВМ, что ограничива-
ет ее применение.
Более простые формулы можно получить, приняв ли-
нейную аппроксимацию зависимости плотности воды от
ее температуры, широко используемую в расчетах
Рк — Рь = Ф — 60, (6.19)
где и рк—плотность воды при начальной и конечной температурах: ф —
коэффицент приращения плотности воды от температуры.
Тогда гравитационное давление в контуре может
быть приближенно определено как
Не = 0,5г (рк - рь) = 0,5гд> (/ь - /к). (6.20)
Из выражения (6.6) после алгебраических преобра-
зований получаем
ь~(^ = 1 _-------!--------. /6.2В
1 +-----т
Ят с
Так как гравитационное давление в контуре при цир-
куляции равно гидравлическим потерям He—Sq^, с уче-
том формул (6.20) и (6.21) запишем
186
/ь-0
^ = о,5-^ф(/ь-е)
О
1
k^Fm ум
Qtnc /
(6.22)
В правой части уравнения можно выделить величину,
которая в физическом смысле представляет собой мак-
симально возможное гравитационное давление в конту-
ре, соответствующее некоторому условному циркуляцион-
ному расходу воды qmus, при котором температура воды
в подъемной части контура равна начальной температу-
ре, а в опускной части — температуре окружающего воз-
духа:
= <6-23)
Отсюда
„ _ I /" 2<Р ~ б) ZC 9ДХ
Qmus — у • (6.24)
Разделив выражение (6.22) на квадрат выражения
(6.24), получим
У = 0,5 1
Qmus /
Qmc /
Полученное значение условного циркуляционного рас-
хода qmus учитывает конструктивную характеристику си-
стемы и зависит только от исходных данных. Предста-
вив левую часть уравнения (6.25), как q, запишем
1
k^Fm УМ
Qmus <7/
(6.26)
Анализ полученных уравнений показывает, что охлаж-
дение воды в контуре, а следовательно, и естественная
циркуляция в нем обусловлены некоторыми обобщаю-
щими функциями:
tb — .. *о F
------ ; Nt =-------;
— 9 Ят с
NTus~
k0F
Ятизе
(6.27)
Эти обобщения функции допустимы в той же мере,
в какой справедливо, что выражение (6.20) не зависит
от начальных параметров. Такие допущения позволяют
получить удобные для практического применения универ-
сальные зависимости, действительные для широкого диа-
пазона начальных температур.
187
Введенный в качестве параметра обобщенной функ-
ции относительный расход <7 представляет собой отно-
шение фактического расхода к условному, который имел
бы место в системе при максимальном гравитационном
давлении При таком давлении плотность воды в
подъемном стояке соответствует начальной температуре
горячей воды р, а в опускном стояке — температуре окру-
жающего воздуха р0.
Функция т является мерой охлаждения воды в кон-
туре и зависит от его теплотехнических характеристик и
расхода:
\ Ятс )
Функция NT является обобщенной мерой тепловых и
гидравлических характеристик контура, поскольку вклю-
чает в себя теплотехнические и гидравлические показа-
тели стояков. Аналогичная ей функция Ntus удобна тем,
что зависит только от начальных параметров системы,
являясь в то же время комплексной характеристикой си-
стемы. Между этими двумя функциями имеется четкая
взаимосвязь, которая легла в основу расчета естествен-
ной циркуляции в контуре.
На основании точных зависимостей (6.22) и (6.28) и
введенных обобщенных параметров по специально со-
ставленным программам были рассчитаны зависимости
т = f (NT) и лгг = f (NTus). (6.29)
Расчеты показали, что для одного и того же значения
Nt при возрастании начальной температуры с 40 до 80 °C
Ntus меняется до ±2 %. Для упрощения расчета единст-
венная начальная температура, соответствующая темпе-
ратуре воды в системах горячего водоснабжения 60 °C,
что при изменении температуры от 50 до 70 °C может
дать ошибку, не превышающую 1 %. В то же время для
уточнения расчетов в зависимость NT—f(NTus) была вве-
дена величина, характеризующая соотношение площади
теплоотдачи подъемной и опускной частей контура:
E^k^Fp/kaFM, (6.30)
где Гр — площадь. поверхности подъемной части контура; F^ —суммарная
площадь теплоотдачи контура.
Графическая интерпретация зависимостей приведена
188
Рис. 6.7. Зависимость относи-
тельной температуры т от Nt
системы
Рис. 6.8. Расчетная зависимость
Nt от #Us
на рис. 6.7 и 6.8. Они характеризуют интенсивность воз-
растания естественной циркуляции воды в контуре.
Для практического использования полученных зави-
симостей на основе имеющихся в литературе данных о
взаимосвязи теплоотдачи труб и температурного напора
были определены значения эмпирических коэффициентов
а и /и, входящих в исходные уравнения: т=0,24; а=4,1
для труб d<32; а=3,6 для труб 38<d<100 мм.
Указанные графические зависимости легли в основу
методики расчета секционных систем горячего водоснаб-
жения с естественной циркуляцией. Методика позволяет
однозначно решать прямую и обратную задачи, не при-
бегая к итерационному процессу и предварительному
тепловому расчету системы, что является ее преимущест-
вом перед известным методом. Полученные графики поз-
воляют легко рассчитать систему любой конструкции.
Для усиления циркуляции в системах устанавливают-
ся дополнительные элементы (например, элеваторы, бес-
шумные насосы, дросселирующие диафрагмы и т. д.).
В системах с кольцевыми однотрубными магистралями
дополнительное влияние на циркуляцию в контурах
стояков оказывает перепад давления в магистрали меж-
ду точками присоединения стояков, который следует учи-
тывать при расчете естественной циркуляции.
Рассмотрим случай, когда в системе с естественной
циркуляцией установлено устройство, создающее допол-
189
нительное давление. Приняв действительный и условный
расходы в системе, как qmn и qmnuSi запишем
$4, = Яв + #р = **₽ + #₽; (6.31)
5^ = «ГХ + ^р = гДРтаХ + «Р> (6.32)
где Др — приращение плотности в контуре, соответствующее выражению в
квадратных скобках в формуле (6.22); Дртах —максимальное приращение
плотности в контуре, соответствующее условному циркуляционному расходу
воды в контуре без дополнительного побуждения; Яр—добавочное давле-
ние, действующее в контуре за счет установки дополнительного побудителя
циркуляции.
Введя в полученные ранее зависимости корректирую-
щий коэффициент
В — Hplzl(p0p рр), (6.33)
на основе уравнений (6.31) и (6.32) можно получить
обобщающие функции при дополнительном побужде-
нии циркуляции: условный циркуляционный расход —
qmnus=qmnV 1+ В и функцию — NTnus — NTu*lV"i+B.
При этом, если Нр—0, то В=0; qmn=qm\ qmnus—qmus,
NTnus — NTus и Nrn = Nr.
Расчет на ЭВМ, проведенный в широком диапазоне
изменения NT для значений E=koFPl(koFtot) от 0,1 до
0,9, показал, что при В^О это соотношение оказывает не-
значительное влияние на Nr пи* (не более 2 %), поэтому
без ущерба для точности была выбрана единая величина
5=0,4. Зависимость показана на рис. 6.9. Тонкие линии
на графике изображают функциональную зависимость Nt
190
от NT nus при изменении значения В и сохранении посто-
янными всех других исходных данных, соответствующих
В = 0.
Такое построение графика позволяет легко находить
значение В, при котором обеспечивается необходимая
циркуляция, т. е. необходимый напор насоса Нр.
Натурные измерения охлаждения воды в парах
закольцованных стояков и систем
Натурные исследования циркуляции в конту-
рах, состоящих из пары закольцованных стояков и сек-
ционных узлов с холостым стояком, показали, что интен-
сивность циркуляции в последнем случае выше. Из-за
этого в таких стояках при отсутствии водоразбора охлаж-
дение воды уменьшается приблизительно на 30 %. Это
подтверждается результатами натурных исследований в
9-этажном жилом доме (рис. 6.10).
Дополнительные расчеты на ЭВМ, проведенные в
МНИИТЭП для стояков диаметром 32 мм с полотенце-
сушителями (для типовой конструкции этажестояка уни-
фицированной сантехнической кабины), показали, что
для пары закольцованных неизолированных стояков нор-
мативная температура воды 50 °C в наиболее неблаго-
приятной точке (нижний этаж опускного стояка) обеспе-
чивается только для 5-этажных зданий (рис. 6.11). На-
личие тепловой изоляции на стояках позволяет создать
при циркуляции в паре закольцованных стояков темпе-
ратуру воды в наиболее неблагоприятной точке 50 °C
уже в зданиях высотой до девяти этажей. За счет более
интенсивной циркуляции в схемах секционных узлов с
холостым стояком нормативный температурный режим
Рис. 6.10. Результаты измере-
ния температур в парнозаколь-
цованном стояке диаметром
32 мм (режим циркуляции)
1 — расчетное снижение темпера-
туры; 2 — измеренное снижение
температуры
191
Рис. 6.11. Результаты машин-
ного расчета конечных темпе-
ратур в закольцованных парах
неизолированных стояков с по-
лотенцесушителями диаметром
32 мм
/ — стояки с подключающими
участками длиной 12 м; 2 —то же,
длиной 2 м
обеспечивается в зданиях до 16 этажей включительно.
Однако в режиме водоразбора температурные условия в
стояках изменяются из-за того, что при включении во-
доразборных кранов на нижних этажах зданий происхо-
дит опрокидывание циркуляции и горячая вода может
поступать на водоразбор непосредственно из однотруб-
ной кольцевой магистрали. На температуру воды в стоя-
ках влияет интенсивность водоразбора, которая зависит
от режима водопотребления и его графика, т. е. от вре-
мени суток. На графике рис. 6.12 приведена эпюра рас-
пределения средних температур в стояках, соответствую-
щих периоду водоразброса с 6 до 24 ч. Для сравнения
на этом же графике дана аналогичная эпюра, соответ-
ствующая ночному периоду времени (0—6 ч), когда в
стояках водоразбор отсутствует и температура воды в
магистрали равна 52,5 °C. В связи с тем, что направле-
ние движения воды в стояке I днем и ночью в основном
совпадает, средние температуры в точках его водоразбо-
ра днем мало отличаются от ночных, в то время как
дневные температуры в стояке II значительно выше ноч-
ных. Это объясняется поступлением на водоразбор воды
с высокой температурой непосредственно из магистрали.
Таким образом в режиме водоразбора в системе
192
Рис. 6.12. Средние значения температур трубопровода закольцован-
ной пары стояков
/ — в часы водоразбора (0—24 ч); 2—при отсутствии водоразбора (0—6 ч)
имеются более благоприятные температурные условия,
чем в режиме циркуляции. Замеры показали, что наибо-
лее низкая температура в паре стояков соответствует
периоду 14—16 ч, т. е. часам минимального дневного во-
доразбора.
Особенностью систем с кольцевой однотрубной ма-
гистралью является то, что в режиме циркуляции охлаж-
денная в стояке вода поступает в подающую магистраль,
постепенно снижая температуру воды в последней. При
водоразборе охлажденная вода из стояков не поступает
в магистраль и температура в ней поднимается с увели-
чением числа включений арматуры до уровня темпера-
туры в двухтрубных циркуляционных системах. Макси-
мальное время слива воды в паре закольцованных стоя-
ков 9-этажного здания (при наиболее неблагоприятных
условиях — стояки неизолированные с условным диамет-
13—807
193
ром 32 мм) до получения нормативной температуры воды
составляет не более 30 с. Следовательно, если обеспе-
чить температуру воды в магистрали у конечного секци-
онного узла системы в режиме циркуляции на уровне
52—55 °C, можно поддерживать величину циркуляции в
кольцевых однотрубных системах приблизительно рав-
ной циркуляции в двухтрубных системах горячего водо-
снабжения, не нарушив при этом требования СНиПов
в режиме водоразбора. Расход на циркуляцию при этом
можно определить как
cftr = ’ZqjtnjlMtot с, (6.34)
где qj — удельные теплопотери одним этажестояком определенного типа с
учетом магистрали; ntj — число этажестояков рассматриваемого типа.
Рассмотренные выше положения доказывают, что си-
стемы с кольцевыми однотрубными магистралями по ка-
честву водоснабжения приблизительно равноценны тра-
диционным системам, но обладают повышенной гид-
равлической устойчивостью, просты в наладке и
обслуживании. Такие системы могут быть применены
как самостоятельные, если по условиям строительства
или реконструкции имеется возможность замкнуть ма-
гистральное кольцо, или в виде комбинированной систе-
мы. Особое значение имеет использование подобных ре-
шений при реконструкции действующих систем, так как
позволяет с малыми затратами переводить систему с су-
ществующей схемы на схему комбинированной системы,
улучшая тем самым горячее водоснабжение микро-
района.
Глава 7
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ
ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
7.1. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
КВАРТАЛЬНЫХ СЕТЕЙ ГОРЯЧЕГО
ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Выбор расчетной ветви и расчет подающей
магистрали расчетной ветви аналогичен расчету обычной
замкнутой системы.
194
Степень зарастания труб отложениями в основном
зависит от качества исходной водопроводной воды и в
каждом отдельном случае может быть установлена на
основе опытных данных. При обработке воды вакуумной
деаэрацией степень зарастания трубопроводов уменьша-
ется, однако точные данные в настоящее время отсутст-
вуют. Поэтому для расчета трубопроводов рекомендует-
ся использовать номограмму, приведенную в СНиП
2.04-01-85. Коэффициент kexp допускается не использо-
вать.
2. При расчете диаметров труб ответвлений от подаю-
щей магистрали целесообразно учитывать геометриче-
скую высоту зданий в ответвлении. В этом случае распо-
лагаемую разность напоров для расчета подающей тру-
бы ответвления S/Л находят по формуле
= (7.1)
где Рм — напор в точке присоединения ответвления к подающей магистрали;
Ри2—напор, необходимый для обеспечения нормальной подачи воды в наи-
более высоком здании ответвления.
Puz = Hgeam+Huz + Hf, (7.2)
где Н деот — геометрическая высота здания в ответвлении, определяемая от
уровня присоединения ответвления к магистрали; Ни2 — потери напора в
дальнем водоразборном узле здания, включая и потери в квартирной развод-
ке; Н f — свободный напор перед водоразборным краном.
Если даже при максимально допустимых скоростях
движения воды в трубах ответвлений не удается пога-
сить в них всю располагаемую разность давлений, то из-
быточную разность давлений можно погасить в дрос-
сельной диафрагме.
Выбор расчетной ветви при циркуляции, выбор конст-
руктивного параметра 0 и расчет распределительной час-
ти циркуляционного трубопровода аналогичен расчету
замкнутой системы.
Подбор головных участков циркуляционного трубо-
провода расчетной ветви определяется следующими ус-
ловиями.
Конечный напор в циркуляционной магистрали Pcflr
определяется величиной напора в точке присоединения
к водонагревателю. При вакуумно-деаэрационных уста-
новках это давление мало отличается от атмосферного.
Начальный напор в циркуляционной магистрали Pcslr
(у дальнего узла) определяется из условия залива систе-
мы здания и в многоэтажных зданиях может быть весь-
ма значительным. Поэтому располагаемая разность на-
13*
195
пора для расчета головных участков циркуляционной ма-
гистрали также оказывается весьма значительной и
может составлять при 9—12-этажной застройке до 40 м.
В связи с этим число присоединенных секционных узлов
непосредственно к циркуляционной магистрали не долж-
но быть значительным и более целесообразным оказы-
вается решение с индивидуальной сборкой в отдельных
домах.
Расчет циркуляционных трубопроводов боковых от-
ветвлений не отличается от расчета замкнутых систем.
Необходимо только при расчете головных участков цир-
куляционных трубопроводе^ боковых ветвей проверять
условие залива системы, т. е. поддержания на выходе
циркуляционного трубопровода из здания давления,
равного геометрической высоте этого здания.
Как было указано выше, подбор головных участков
подающих трубопроводов системы производится на мак-
симальный расчетный расход воды и остаточную цирку-
ляцию, необходимую по тепловому расчету принятой си-
стемы. Однако это условие может быть достигнуто толь-
ко при установке на циркуляционной магистрали
ограничителя расхода.
Необходимость в ограничителе расхода воды на цир-
куляционной магистрали возникает вследствие того, что
существующая разность давления в этой магистрали
(между дальним водоразборным узлом и точкой присо-
единения к подогревателю) остается почти неизменной
(из условия залива системы) при любой величине водо-
разбора. В результате расход циркуляционной воды и
при больших водоразборах остается таким же, как и
ночью в режиме циркуляции. При работе системы горя-
чего водоснабжения без ограничителя расхода необхо-
димо не только увеличивать расчетный расход воды ос-
новного подающего насоса, но и увеличивать диаметры
труб подающей магистрали.
Ограничитель расхода состоит из запорного устройст-
ва с электроприводом, установленного на циркуляцион-
ном трубопроводе системы, управляющего блока (напри-
мер, электронный регулятор Т-48Л4 или Р-25), диф-
манометра и сопротивления, установленного в подающем
трубопроводе (например, диафрагму) (рис. 7.1).
Если известно, что в системе можно прекратить цир-
куляцию при максимальном или каком-либо промежу-
точном водоразборе или следует поддерживать ее на ка-
196
Рис. 7.1. Пьезометрические графики в системе горячего водоснабже-
ния при наличии вакуумной деаэрации
ком-либо заданном уровне, то можно вычислить потери
напора в диафрагме, которые будут граничными для это-
го устройства:
^р = «ер(С + ^)2- <7-3>
При превышении потерь в диафрагме величины Нер
регулирующий блок (Т-48М или Р-25) подает команду
на закрытие запорного устройства, установленного на
циркуляционном трубопроводе. Это устройство' будет за-
крываться до тех пор, пока потери в диафрагме не умень-
шатся до величины Нер. При уменьшении потерь давле-
ния в диафрагме регулирующее устройство, стремясь
поддерживать величину Нер, будет открывать запорное
устройство на циркуляционном трубопроводе. На рис. 7.2
показано изменение циркуляционного расхода в системе
без устройства для регулирования циркуляции — ли-
ния 1 и с регулированием циркуляции — линия 2. За-
штрихованное поле — величина сокращения циркуляци-
онного расхода.
7.2. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
СИСТЕМ С ВАКУУМНОЙ ДЕАЭРАЦИЕЙ
Вакуумная деаэрация (ВД) является одним
из рекомендованных СНиП П-Г.10-73* способов обработ-
ки воды для систем горячего водоснабжения (ГВ). По-
ложительным свойством ВД является удаление из воды
19 7
Рис. 7.2. Изменение циркуля-
ционного расхода в системе
без регулирования циркуля-
ции (7) и с регулированием
циркуляции (2)
не только кислорода, но и значительной части растворен-
ной в воде углекислоты, присутствие которой усиливает
коррозионные процессы в трубопроводах. Это способст-
вовало распространению вакуумно-деаэрационных уста-
новок в системах горячего водоснабжения ряда городов
волжского бассейна (Казань, Ижевск и др.), где исход-
ная водопроводная вода имеет повышенное содержание
углекислоты.
Однако в системах горячего водоснабжения с вакуум-:
ной деаэрацией нарушается сплошность потока из-за
разрыва струи в деаэраторе как при водоразборе по трак-
ту «водопровод—потребитель», так и в режиме цирку-
ляции по тракту «водонагреватель—потребитель—водо-
нагреватель». Это требует внесения соответствующих
коррективов в известные уже методы конструирования и
расчета квартальных систем горячего водоснабжения.
При вакуум-деаэрационных установках напор водо-
провода на вводе в ЦТП может быть незначительным,
так как по тракту «ввод—деаэратор» не нужно преодо-
левать геометрическую высоту системы, т. е. высоту об-
служиваемых зданий. Его необходимая величина Нм
слагается из следующих составляющих
Hhl = HP‘+H. +н„ +Н—Н, (7.4)
цтп I ь • geom * о ' 7
„р/ -
где НцТп —потери напора в трубопроводах и арматуре на пути воды до
деаэрационной колонки при максимальном водоразборе; Нпотери напора
в водонагревателе; Н geom — геометрическая высота от отметки ввода водо-
провода до отметки входа в деаэратор; Н 0 — потери давления в охлади-»
теле выпара; Hv — величина вакуума в деаэраторе.
Подача горячей воды в систему осуществляется по-
высительными насосами после деаэратора, напор кото-
рых определяется из формулы
= н&еот + Нрп + < + Hf + Hv - Нлк, (7.5)
где Н ак — минимальная высота воды в колонне деаэратора над уровнем на»
coca.
198
Рис. 7.3. Схема горячего водоснабжения с вакуумной деаэрацией
1 — подающий трубопровод; 2, 3 — водонагреватели; 4 — деаэратор; 5, 6 — на-
сосы; 7 — диафрагма; 8 — клапан с электроприводом; 9 — система горячего
водоснабжения; // — Ря25; 12 — бак-аккумулятор
На рис. 7.3, а, рассматривается схема с использова-
нием деаэрационной колонны для аккумулирования го-
рячей воды (г. Ижевск), на рис. 7.3,6 схема с баками-
аккумуляторами (г. Казань).
Общая производительность повысительных насосов
рассчитывается на величину
q11-01 =qk{l + kcU). (7.6)
В целях экономии электроэнергии целесообразно при-
менение последовательной или параллельной схемы по-
высительной установки, состоящей из 2 или 3 разнона-
порных повысительных насосов, включаемых в работу в
зависимости от величины водоразбора. Циркуляционный
насос соединен параллельно с подающими насосами.
Напор циркуляционного насоса Нср1г определяется
следующими условиями:
= Hgetm + < + Hfir +Hf + Hv- Нак, (7.7)
где Я cir —- потери напора в коммуникациях (трубах и арматуре) от деаэра-
тора до дальнего водоразборного узла при циркуляционном расходе; —
потери напора в водоразборном узле в режиме циркуляции.
Расчетный расход циркуляционной воды определяет-
ся по рекомендациям, изложенным ранее.
199
Особенностью работы систем с вакуумной деаэрацией
является крайне малое влияние водоразбора на величи-
ну циркуляционного расхода.
7.3. ДВУХЗОННЫЕ СИСТЕМЫ
ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
В отечественной практике принято в зданиях
высотой более 16 этажей системы горячего водоснабже-
ния разделять на зоны по вертикали. Это обусловлено
тем, что при большей этажности здания статическое дав-
ление воды на нижних этажах превышает допустимые
пределы (максимальным рабочим давлением для водо-
разборной арматуры считается давление 600 кПа).
Двухзонные системы конструктивно несколько сложнее
однозонных, поэтому, когда в Москве появились здания
высотой 17 этажей (на базе 16-этажных), проектировщи-
ки, исходя из величины допустимого рабочего давления,
запроектировали систему горячего водоснабжения одно-
зонной. Такое конструктивное решение, которое застав-
ляет работать систему на грани допустимого давления,
нельзя считать рациональным. Это тем более справедливо,
что в СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и кана-
лизация зданий» холодный водопровод необходимо зо-
нировать в зданиях 12 этажей и выше.
Каждая зона двухзонной системы горячего водоснаб-
жения, как правило, представляет собой самостоятель-
ную систему со своими водонагревательными установка-
ми и насосами. При строительстве высотных зданий в
Москве в 50-е годы каждая зона оборудовалась также и
своим баком-аккумулятором. В дальнейшем отказались
от баков-аккумуляторов, и системы горячего водоснаб-
жения стали проектировать с постоянно работающими
насосами верхней зоны (рис. 7.4, а). Некоторым усовер-
шенствованием этой схемы явилось устройство общего
повысительного насоса (2 на рис. 7.4,6), который явля-
ется повысительным для нижней зоны и первой ступенью
для второй зоны. Это позволило повысительный насос 3
верхней зоны проектировать со значительно меньшим
напором, чем в схеме рис. 7.4, а.
В двухзонных системах горячего водоснабжения типа
представленной на рис. 7.4 возникают трудности в под-
боре циркуляционных насосов верхних зон, когда в цир-
куляционной линии поддерживается высокое давление,
200
Рис. 7.4. Двухзонная система горяче-
го водоснабжения
1 — ввод; 2 — повысительный насос ниж-
ней зоны; 3 — то же, верхней зоны; 4, 5—
соответственно I и II ступени водонагре-
вателя нижней зоны; 6, 7 — то же, верх-
ней зоны; 8, 9 — циркуляционные насосы
соответственно нижней и верхней зон; 10,
11 — подающий трубопровод соответствен-
но нижней и верхней зон; 12 — водораз-
борные стояки; 13, 14 — циркуляционный
трубопровод нижней и верхней зон
I зона, Изона
8
которое требует применения в насосном оборудовании
специальных сальниковых уплотнителей. Более совер-
шенной является схема двухзонной системы горячего во-
доснабжения, в которой приготовление горячей воды про-
изводится в общей водонагревательной установке, а
повысительный насос верхней зоны одновременно выпол-
няет и функции циркуляционного (рис. 7.5). В этом слу-
чае циркуляционный стояк верхней зоны 9 выбирают
такого диаметра, чтобы при расчетном циркуляционном
201
Рис. 7.5. Схема двухзонной
системы с общей водонагрева-
тельной установкой
1 — ввод; 2 — повысительный насос;
3, 4 — водонагреватель; 5 — цирку-
ляционно-повысительный насос
верхней зоны; 6 — циркуляционный
насос нижней зоны; 7 — главный
стояк верхней зоны; 8 — водораз-
борные стояки; 9, 10 — циркуляци-
онные трубопроводы верхней и
нижней зон
расходе верхней зоны потери напора в нем были пример-
но равны разности геометрических высот верхней и ниж-
ней зон системы. Это предотвращает опрокидывание
циркуляции в нижней зоне системы, так как давление
воды в циркуляционных трубопроводах верхней и ниж-
ней зон в точке их соединения (точка А) становятся рав-
ными. Преимуществами этой схемы перед предыдущей
является также сравнительно низкое давление воды в во-
донагревателе, меньшее число единиц тепломеханическо-
го оборудования и более высокий коэффициент его ис-
пользования. Циркуляционно-повысительный насос верх-
ней зоны 5 системы выбирается на расчетный
мгновенный водоразбор верхней зоны и напор, равный
сумме потерь напора в главном стояке верхней зоны и
разности геометрических высот верхней и нижней зон
системы. Циркуляционный насос нижней зоны 6 подби-
рается по производительности, равной сумме расчетных
циркуляционных расходов верхней и нижней зон и ми-
нимальный напор.
Для двухзонных систем горячего водоснабжения мо-
гут быть применены схемы с естественной циркуляцией
воды в верхней зоны (рис. 7.6), в которых для обеспе-
чения циркуляционного режима используются догрева-
тели теплообменники (7, 9 на рис. 7.6, а) или баки-акку-
муляторы тепла (13 на рис. 7.6,6). Применение послед-
ней схемы позволяет производить присоединение двух-
зонных систем к однозонным квартальным сетям горячего
водоснабжения. При этом повысительный насос 2 (рис.
7.6, 6) устанавливается в подвале здания или в отдельно
стоящем здании насосной. Эта схема позволяет в поме-
202
Рис. 7.6. Принципиальные схемы двухзонных тупиковых систем го-
рячего водоснабжения с индивидуальными догревателями циркуля-
ционной воды (а) и с баком-аккумулятором (6)
щении насосной станции не устанавливать водонагрева-
тели и не подводить к ним теплосеть.
Бак-аккумулятор в этой схеме необходимо проектиро-
вать в подвале здания, так как при естественной цирку-
ляции следует стремиться к максимальному уменьшению
сопротивлений в циркуляционном кольце. Емкость бака-
аккумулятора выбирается из расчета создания в нем за-
паса тепла, необходимого для возмещения теплопотерь
в стояках во время ночного перерыва в водоразборе. Ак-
кумуляция тепла происходит в период активного водо-
разбора. Бак рассчитывают таким образом, чтобы к мо-
менту начала водоразбора в нем оставался примерно
10 %-ный запас воды с нормативной температурой (око-
ло 60°C). При первых водоразборах, пока используется
203
существующий в баке запас воды с высокой температу-
рой, в емкость поступает горячая вода непосредственно
от водонагревателя, за счет чего температура воды в нем
восстанавливается до необходимого уровня.
Недостатком этой схемы является необходимость
постоянной работы повысительного насоса 2, так как на-
личие малейших утечек воды из системы не позволяет
остановить насос даже в ночное время.
Кроме того, бак-аккумулятор, устанавливаемый в под-
вале здания, неудобен при необходимости его замены,
так как больших проемов в стенах подвала, как правило,
не делают, а сваривать бак-аккумулятор на повышен-
ные давления воды в подвале нерационально. Поэтому
более привлекательными представляются схемы с водо-
нагревателями, использующими воду, циркулирующую
в одной зоне, в качестве греющей для воды, циркулиру-
ющей в другой зоне. Варианты применения таких систем
показаны па рис. 7.7.
Если ЦТП и квартальная сеть обслуживает только
высотные здания, может быть применена система, пока-
занная на рис. 7.7, а!. Снабжение горячей водой верхней
и нижней зон производится от одного подающего 1 и од-
ного циркуляционного 2 трубопроводов квартальной се-
ти. Подача воды в нижнюю зону производится по глав-
ному стояку 3 через регулятор давления 4, понижающий
давление воды до необходимого для нижней зоны. Пода-
ча горячей воды в верхнюю зону производится по глав-
ному стояку 5, причем вода сначала проходит через теп-
лообменник 9 (скоростной водонагреватель). При отсут-
ствии водоразбора вода циркулирует через верхнюю
зону и поступает в циркуляционную магистраль 2 квар-
тальной сети. В нижней зоне под действием гравитацион-
ного напора вода из водоразборных стояков 6 по цирку-
ляционному трубопроводу 8 поступает в водонагрева-
тель 9, где подогревается водой, циркулирующей в верх-
ней зоне.
Эта схема была осуществлена в системе горячего во-
доснабжения одного из 22-этажных жилых домов в Моск-
ве. В первоначальном варианте нижняя зона системы
имела бак-аккумулятор горячей воды. Однако из-за низ-
кого качества тепловой изоляции водоразборных стоя-
ков запас тепла в баке срабатывался значительно быст-
5 А. с. СССР № 746161.
204
рее и в утренние часы жителям приходилось до получе-
ния горячей воды сливать весь объем остывшей воды в
баке (емкость бака 1250 л). После установки водона-
гревателя по схеме (рис. 7.7, а) жалобы на низкую тем-
пературу горячей воды прекратились. Однако эта схема
имеет существенный недостаток — при отсутствии водо-
разбора регулятор давления 4 может пропускать полное
давление верхней зоны в нижнюю. В моменты активного
водоразбора теплообмена в водонагревателе не проис-
ходит.
Недостатком этой схемы является также сравнитель-
но небольшой гравитационный напор, под действием ко-
торого происходит циркуляция воды в нижней зоне. Из-
за этого монтаж системы следует производить особенно
тщательно, так как наличие каких-либо неучтенных соп-
ротивлений в трубопроводах сокращает циркуляцию в
системе и может привести к большому охлаждению воды.
Более рациональна для применения схема системы,
показанная на рис. 1.1,6. В ней использован тот же
принцип нагрева циркулирующей воды, но гравитацион-
ная циркуляция осуществляется через верхнюю зону.
В нижней зоне вода циркулирует под действем циркуля-
ционного насоса, в ЦТП или ИТП. В этой схеме необхо-
дима прокладка двух подающих трубопроводов от ЦТП
(ИТП) до зданий, так как установка повысительного на-
соса 10 в каждом здании нерациональна.
Наиболее совершенной представляется система этого
типа, показанная на рис. 7.7, в Ч Эта система предназна-
чена для применения в зданиях с ИТП. Повысительный
насос верхней зоны 10 является одновременно и цирку-
ляционным. Для сокращения объема циркуляции на цир-
куляционном трубопроводе 7 устанавливается участок
повышенного сопротивления либо диафрагма. В ночные
периоды циркуляционно-повысительный насос 10 может
быть выключен и в верхней зоне будет осуществляться
естественная циркуляция, причем циркуляционный рас-
ход из теплообменника 9 будет проходить по обводному
трубопроводу 13 через обратный клапан-ограничитель
расхода 12 1 2.
Обычно подъемный обратный клапан устанавливает-
ся таким образом, чтобы поток воды поступал под зо-
лотник, поднимая его (рис. 7.8). Но для системы с есте-
1 А. с. СССР № 1145215.
2 А. с. СССР № 872669.
205
Рис. 7.7. Схемы двухзонных систем горячего водоснабжения с исполь-
зованием горячей воды в качестве подогревающей для циркуляции
одной из зон
ственной циркуляцией воды такой обратный клапан яв-
ляется большим сопротивлением. Чтобы избежать этого,
обратный клапан надо установить «вниз головой», т. е.,
чтобы золотник его был не сверху, а снизу (рис. 7.8,б, в).
При выключении циркуляционно-повысительного насо-
са 10 (см. рис. 7.7, в) золотник ограничителя под собст-
венным весом упадет вниз и полностью откроет проход
циркуляционному расходу (рис. 7.7,6). При включении
насоса 10 через трубопровод 13 и ограничитель в первый
же момент пойдет значительный расход воды в обратном
направлении. Этот поток (^Нас на рис. 7.8, в) имеет боль-
шую подъемную силу, и золотник под действием этой си-
лы захлопнется, перекрыв отверстие. Пока будет рабо-
тать насос 10, ограничитель 12 будет закрыт и циркуля-
ция в верхней зоне будет проходить через трубопровод 7
и сопротивление 11 (см. рис. 7.7,в).
Для того чтобы компенсировать некоторые утечки во-
ды в ночной период, на чердаке здания устанавливается
емкость 13, которая может быть выполнена в виде на-
клонного трубопровода диаметром 200—300 мм. К верх-
ней части емкости 13 приваривается воздушная трубка с
206
Рис. 7.8. Схема работы ограничителя расхода
таким же обратным клапаном-ограничителем расхода 12.
Если в результате утечек давление воды в системе упа-
дет, ограничитель 12 откроется, пропуская в емкость воз-
дух. Устройство 12 на емкости 13 может быть диаметром
15 мм, что вполне достаточно для пропуска воздуха.
Срабатывание ограничителя (т. е. захлопывание об-
ратного клапана) диаметром 15 мм происходит при рас-
ходе менее 0,2 л/с. При этом через обратный клапан успе-
ет пройти менее 0,5 л воды. Включение насоса 10 может
осуществляться по команде сигнализатора давления
СДУ, применяемого в системах пожаротушения, или ре-
ле уровня 15, установленного в нижней части емкости 13.
Ограничители расхода — обратные клапаны, перевер-
нутые «вниз головой», имеют по данным натурных заме-
ров следующие величины критических расходов, при ко-
торых происходит их срабатывание:
d, мм............. 15 20 25 32 40 50
q, л/с............ 0,17 0,5 0,15 0,31 0,76 1,13
Следует заметить, что при диаметрах 40, 50 мм сра-
батывание ограничителей происходит с сильным гидрав-
лическим ударом, поэтому выбирать для работы в каче-
стве ограничителей обратные клапаны диаметром боль-
ше, чем 32 мм, не следует.
Интересно решена система горячего водоснабжения
22-этажной гостиницы «Салют» в Москве, обслуживаю-
щей 2020 номеров.
В этой системе (рис. 7.9) обе зоны обслуживаются
общей водонагревательной установкой. На выходе из во-
донагревателя подающий трубопровод разделяется на
три ветви:
ветвь А обслуживает так называемую нулевую зону,
в которую входят ресторан, кафе, бассейн, бани, адми-
нистративные и другие помещения; ветвь А — тупико-
207
Рис. 7.9. Принципиальная
схема системы горячего водо-
снабжения высотного здания
1—11 — номера участков системы
вая, так как при больших сосредоточенных расходах до-
пустимо не проектировать циркуляцию воды;
ветвь, обслуживающая нижнюю зону системы (на-
правление 3—7 на рис. 7.9),
ветвь, обслуживающая верхнюю зону системы, на ко-
торой установлен повысительно-циркуляционный насос 4.
de = 15 перемычка открыта
208
Циркуляционные стояки обеих зон системы присоеди-
нены к элеватору следующим образом: к соплу присо-
единяется стояк верхней, а к расширительной камере —
нижней зоны системы.1 За счет гашения избыточного на-
пора верхней зоны элеватор создает в нижней зоне
системы перепад давлений, под действием которого в ней
происходит циркуляция воды. Этот перепад по величине
сравнительно невелик, поэтому для поддержания цирку-
ляции воды и при водоразборе, когда в водонагревателе и
подающем трубопроводе нижней зоны увеличиваются по-
тери напора, подающий и циркуляционный трубопроводы
системы соединяются трубопроводом-перемычкой. В си-
стеме горячего водоснабжения гостиницы был установлен
один общий элеватор в тепловом пункте, обслуживаю-
щий одновременно четыре секционных узла. Значитель-
ный объем системы потребовал установки элеватора № 5
с соплом диаметром dc=15 мм.
1 А. с. СССР № 951015.
Рис. 7.10. Диаграммы циркуляционных расходов в верхней и нижней
зонах системы горячего водоснабжения гостиницы «Салют» в Мос-
кве с открытой (а) и закрытой перемычками (б)
14—807
209
Результаты замера расходов воды в циркуляционных
трубопроводах верхней и нижней зон показаны на рис.
7.10, а, б; из них видно, что циркуляционный расход в
верхней зоне сравнительно мало изменяется по часам су-
ток, т. е. водоразборный расход оказывает на него незна-
чительное влияние. В нижней зоне циркуляционный рас-
ход колеблется в очень широком диапазоне. По данным «
измерения температур эти колебания не оказывают влия-
ния на качество горячего водоснабжения в нижней зоне.
В этом, по-видимому, сказывается значительная тепло-
вая инерционность системы.
При открытии перемычки на водонагревателе (трубо-
провод на рис. 7.9) циркуляционный расход в нижней зо-
не увеличивается в среднем на 26 % (рис. 7.10, а) по
сравнению с расходом при закрытой перемычке (рис.
7.10,6). Для удобства сравнения на графиках проведены
средние линии расхода в нижней зоне. Несколько уве-
личивается при этом и циркуляция по верхней зоне си-
стемы. Система по приведенной схеме эксплуатируется
с 1983 года без каких-либо осложнений, что показало ее
эксплуатационную надежность.
В высотных жилых и общественных зданиях наибо-
лее рационально устанавливать индивидуальные элева-
торы в каждой секции. Это позволит применять элевато-
ры малых номеров и значительно улучшить циркуляцию
воды в нижних зонах систем. Главный стояк нижней и
циркуляционный верхней зоны следует присоединять к
соответствующим кольцующим перемычкам таким обра-
зом, чтобы по обе стороны от точек присоединения рас-
полагалось примерно равное число водоразборных стоя-
ков. При этом допускается на этаже разрыва системы на
зоны устанавливать запорную арматуру, позволяющую
отключать группы водоразборных стояков, располагаю-
щихся по одну сторону от точки присоединения главного
или циркуляционного стояка. На водоразборных стояках
запорная арматура на этаже разрыва на зоны не уста-
навливается.
Расчет элеватора для системы горячего водоснабже-
ния производится на циркуляционный режим из условия
поддержания в системе расчетных циркуляционных рас-
ходов в нижней qc}ir и верхней qc2ir зонах.
Диаметр горловины элеватора определяется из выра-
жения
210
Рис. 7.11. График определения
величины в зависимости от
номера элеватора и величины
Цифры у кривых: 3, 4, 5, б, 8 — ве-
личина 4; I—IV —номера элевато-
ров
dr,9 = 0,874
/^ + //^4-//“?! + ^
(7.8)
„с/г, dr , _,«z „Р
где п "Itot* Ndrl* “clrl потери давления при расчетных циркуля-
ционных расходах соответственно во П ступени водонагревателя (см. уча-
сток 2—И на рис. 7.9), в общих для верхней и нижней зон циркуляционном
и подающем трубопроводах (участки 9—10 и 11—3), в секционном узле пер-
вой зоны (участок 7—9), в подающем трубопроводе от точки разветвления его
на нижнюю и верхнюю зоны до наиболее удаленного секционного узла пер-
вой зоны (участок 3—7).
Рекомендуется принимать //“*, ^25 кПа.
По диаметру горловины выбирается номер элеватора:
rfra, мм...................... 15 20 25 30
№ элеватора.................... 1 2 3 4
Диаметр сопла элеватора dc,3 определяется по фор-
муле
= 4-.»/Га, (7.9)
где dr<9 — фактический диаметр горловины элеватора; A=fr/fc —отношение
площадей сечения горловины и сопла элеватора.
14*
211
Величина А определяется по графику на рис. 7.11 в
зависимости от номера элеватора и величины и=»
— qcirlqc" — отношения расчетных циркуляционных рас*
ходов в нижней и верхней зонах системы горячего во-
доснабжения. Одновременно по этому же графику опре-
деляется величина ДРэ/АРр, с помощью которой по
формуле (7.10) вычисляется оптимальное сопротивление
секционного узла верхней зоны:
rjcir “uz2 ~~ (iicir । rjcir । до {Нр +H“zt + Hcir) 2Hiir Е - , (7.10) дрэ 1+ 1 + —
uCir где Н р — напор АРр АРр повысительно-циркуляционного насоса при расчетном цир-
куляционном расходе воды во второй (верхней) зоне системы горячего водо-
снабжения.
= (7.11)
После этого определяется сопротивление циркуляцион-
ного стояка второй зоны:
где Hpuzt “ потери давления при расчетном циркуляционном расходе в по-
дающей части секционного узла второй зоны системы от точки разветвления
общего подающего трубопровода до точки присоединения к кольцующей пере-
„с/г
мычке циркуляционного стояка; Н р^ — потери давления при расчетном цир-
куляционном расходе в подающем трубопроводе второй зоны от точки развет-
вления подающего трубопровода до точки присоединения его к кольцующей
перемычке наиболее удаленного секционного узла.
7.4. ЯВЛЕНИЕ «СБОЯ» ТЕМПЕРАТУРЫ
СМЕШАННОЙ ВОДЫ В ЖИЛЫХ ЗДАНИЯХ
Получение потребителем воды с заданной
температурой — основной показатель нормальной ра-
боты систем водоснабжения. Одним из явлений, ухуд-
шающих комфортность пользования системами водо-
снабжения, является «сбой» температуры смешанной
воды. Под «сбоем» температуры подразумевается вне-
запное изменение температуры воды независимо от
регулировки крана смесителя. Единственной причиной
возникновения этого является изменение давления воды
в трубопроводах холодного и горячего водоснабжения
перед смесителем, вызванное включением или выключе-
нием дополнительных приборов, и нарушение вследствие
этого установленной пропорции смешения.
212
Рис. 7.12. Схемы квартирных разводок
а — с односторонним расположением приборов; б — с двухсторонним располо-
жением приборов; в—коллекторное присоединение приборов гибкими пласт*'
массовыми подводками
Рассмотрим причины «сбоя» температуры и меры по
его предотвращению. В современном строительстве
снабжение квартир горячей и холодной водой осуще-
ствляется от стояков по схемам с односторонним или
двухсторонним расположением водопроводных устройств
относительно водоразборных стояков (рис. 7.12). Харак-
терной особенностью каждой схемы является наличие
общего участка, обслуживающего более одного водораз-
борного прибора с установленным на нем запорным
вентилем (ОА на рис. 7.12).
Температура смешанной воды изливающейся из
смесителя, определяется из уравнения теплового балан-
са
tpr = + qc f) lqt>r, (7.13)
где qpr = с/1 + qc .
: При разборе воды из приборов потребителем уста-
навливается нужная ему компактность струи и ее тем-
пература в зависимости от необходимой процедуры, а
это приводит к отбору вполне определенных расходов
из сетей горячего и холодного водоснабжения. Так как
излив воды происходит в атмосферу, можно считать, что
все давление воды Р, имеющееся в водопроводном сто-
яке в точке присоединения к нему квартирной разводки,
целиком гасится в ней и в водоразборной арматуре.
Таким образом при работе одного прибора
P = (Mb+So?b)y. (7.14)
при работе двух приборов
Р = [5м^+5О(9М + <7В)2]?, (7.15)
213
где <7 м—расход горячей или холодной воды на водоразбор в смесителе мой-
ки; — то же, в смесителе ванны или душа; SB; SM; So — характеристики
гидравлического сопротивления участков квартирной подводки (на рис. 7.12
соответственно участков BA, AM и ОА). Эти сопротивления складываются
из сопротивлений трубопроводов $Тр и арматуры водоразборной ^В1ар и
запорной S з ар
SB = «$тр.в + *$в.ар»
$м = *$Тр.м + *SB.ap,
So = STp.o + •Зз.ар,
где 5в.ар; 5з.ар ” характеристики гидравлического сопротивления соот*
ветственно водоразборной и запорной арматуры; S Tpt0; ^’тр.м’ 5тр.в ~
характеристики гидравлического сопротивления трубопроводов соответственно
общего участка и подводящих к мойке и ванне.
Эти сопротивления — величины постоянные и зави-
сят от диаметров и длин трубопроводов. Однако при
длительной эксплуатации они могут изменяться за счет
отложений накипи и продуктов коррозии, поэтому при
анализе целесообразно рассмотреть работу трубопро-
водов горячего водоснабжения:
без отложений, что соответствует чистым трубам в
начальный период эксплуатации или после их противо-
накипной и антикоррозионной обработки;
с отложениями, соответствующими по величине рас-
четному зарастанию трубопроводов, приведенному в
СНиП 2.04.01—85.
Величину З3.ар можно принимать постоянной, так как
в процессе эксплуатации системы запорный вентиль ос-
тается в одном и том же положении, SB.ap — величина
переменная, зависящая от степени открытия водораз-
борной арматуры. В каждой из рассматриваемых схем
включения приборов можно принять SM1 SB — перемен-
ные, a So — величина постоянная.
Если в период пользования отрегулированным водо-
разбором (например, душем) включить дополнительный
прибор (например, смеситель мойки), то в общем уча-
стке квартирной разводки расход воды увеличится, а
это приведет к увеличению потерь давления в ней, к
изменению расхода воды через душ, а следовательно, и
к изменению температуры воды t?r, изливающейся из
смесителя, т. е. к «сбою» температуры. Используя фор-
мулу (7.15), можно составить новую систему уравнений
для определения изменившегося расхода горячей воды
через отрегулированный смеситель ванны при вклю-
чении горячей воды в смесителе мойки:
Р,= М‘+Мв% <7-16>
214
(7.17)
Исходя из предположения, что в рассматриваемый
период времени давление воды в стояке горячего водо-
снабжения не изменилось (Pr=const), можно, прирав-
няв правые части уравнения, найти величину q%:
.. = [ И1 + УЗр)2 - (?Х)2 W - ^*1 (718,
fB i + Sb/s0
или
<=А?* (7.19)
Далее находим температуру tpr' смешанной воды
Рг' = (/А?Г+Р^)/(^' + <7в)- (7.20)
Рассмотрим влияние величины общего расхода воды
qpr в ванне или душе на величину «сбоя» температуры
смешанной воды. Для этого из формул (7.13) примени-
тельно к нашей задаче найдем расход холодной воды
через смеситель ванны
?Вс==‘7вА('А-'₽ГЖГ-4 (7.21)
Температуру смешанной воды определим из фор-
мул (7.18—7.21).
• <*А + <Ч(<*~ИГ-О1
см А-Н^ — tpr}l(tpr — Iе) ‘ V '
Из выражения (7.22) видно, что первоначальная величи-
на общего расхода воды через смеситель ванны qpr не
оказывает влияния на изменение температуры смешан-
ной воды tipr'.
Повторяя рассуждения на случай подачи в мойку хо-
лодной воды, получаем соответствующие формулы для
определения «сбоя» температуры в ванне или душе, ко-
торые аналогичны формулам (7.16—7.20).
На рис. 7.13 показано изменение температуры сме-
шанной воды tpr' относительно первоначально установ-
ленной в смесителе ванны или душе tpr при включении
мойки. Верхняя часть графика (при tpr'/tpi"^l) показы-
вает увеличение tpr' при подаче в мойку холодной воды;
нижняя часть (при tpr'/tpr^A) показывает уменьшение
t?r при подаче в мойку горячей воды.
В табл 7.1 приведены данные расчетов, показываю-
<щие влияние времени года и месторасположения кварти-
215
Рис. 7.13. Зависимость темпе*
ратуры смешанной воды в ду*
ше от соотношения сопротивле-
ний квартирной подводки и
величин дополнительного рас*
хода воды в мойке
Таблица 7.1 Влияние времени года на температурную устойчивость водоразбора в зависимости от месторасположения квартиры
Величина /Рг' при /рг=40 °C,
Зима Лето
/Ь=60 °C /с=0 °C Zh=50 °C tc=O°C /л=60 °C /^=15°С /л=50 °C /с=15 °C
5в/5о — Ю
38,05 38,81 38,4 38,95
SB/SO=‘
25,4 29,7 29,1 31,7
ры на температурную устойчивость водоразбора. Темпе-
ратура /Л = 60°С характерна для квартир, расположен-
ных наиболее близко к источнику тепла, а /Л = 50°С —
для квартир, наиболее удаленных от него.
Данные таблицы показывают, что наибольшего «сбоя»
температуры можно ожидать зимой в квартирах, распо-
ложенных ближе к источнику тепла. Поэтому для пост-
216
роения графика (см. рис. 7.13) избраны именно эти
условия. Из графика видно, что на величину сбоя темпе-
ратуры воды существенное влияние оказывает соотноше-
ние сопротивлений участков квартирной разводки SB/SO,
которое в зоне SB/SO<5 может приводить к повышению
или понижению температуры смешанной воды на 10—
15 °C, в то время как неожиданное изменение темпера-
туры воды на 3°С уже приводит к неприятным ощуще-
ниям.
Естественнно, что при изменении температуры воды
в душе потребитель производит подрегулировку до пер-
воначальной температуры. При выключении расхода во-
ды в мойке происходит повторный сбой температуры во-
ды, но уже в другую сторону. Таким образом по сравне-
нию с первоначально установленной температурой
«40 °C, она может дважды изменяться: до температур
25—30°C и 50—55°C. Отношение Я^Ч^Я^Я^ также
оказывает влияние на величину «сбоя» температуры во-
ды в душе. Натурными замерами было установлено, что
это отношение зависит от характера процедуры при
пользовании мойкой. Если в ней происходит мытье по-
суды, то чУЯъ (Ч^Чв) составляет небольшую величину
порядка 0,1—0,3. Если же происходит наполнение каст-
рюли или чайника я^Я^ (Я„/Я^ может увеличиться до
1 и даже 2. Для анализа примем Чы!Чл=^ (среднее зна-
чение).
Зададимся допустимой величиной «сбоя» температу-
ры А#"- «2 °C, что соответствует tpr' //₽''=0,95 (1,05).
Тогда наименьшей допустимой величиной соотношения
сопротивлений участков квартирной подводки можно
принять SB/So=10 как для горячего, так и для холодно-
го водоснабжения. Для обеспечения устойчивой в тем-
пературном отношении работы водоразборной арматуры
определим минимально необходимую величину характе-
ристики сопротивления общего участка квартирной раз-
водки
< SB/10.
Характеристику сопротивления водоразборной арма-
туры выразим через свободный напор Hf и нормативный
расход воды я
Зв.ар = Hfl<p,
Тогда <•
< (\р.в + М2)/10- (7.23)
217
Рис. 7.14. Зависимость минимальной величины характеристики со-
противления общего участка трубопровода подводки от свобод-
ного напора на смесителе ванны 77/ с учетом (а) и без учета (б)
расчетного зарастания трубопроводов подводок горячей воды
/ — величина S™1” при d-Ю и I Л о-1,5; 2 —то же, d—15 и —0,5; 3 —
общ АВ АВ
d-15 и lAD —1,5; 4 —d—15 и l.D -=0,5; I — величина при d-15 и
АВ АВ общ к
lAD —2; II—то же, d—15 и —0,5; HI — d—20 и lAD —2; IV —d=20 и
AJt5 АхЗ АН
v~d=2° и 'дв-0,5
Задавая различные значения Hf, получаем зависи-
мость от длины диаметра участка АВ (см. табл. 7.2). В
результате расчетов получаем линии 1—4 на графике
(рис. 7.14), по которым определяются требуемые величи-
ны в зависимости от диаметра и длины участка АВ
подводки и величины свободного напора на водоразбор-
ную арматуру.
Наносим на график (рис. 7.14) горизонтальные линии,
соответствующие рассчитанным величинам 50бщ (ли-
нии /—V). Полученные данные показывают, что устой-
чивая работа смесителя ванны в существующих сантех-
кабинах с диаметром общего участка d0=15 мм воз-
можна только при свободных напорах более 300 кПа,
т. е. при наличии не менее 11 этажей над рассматривае-
мой квартирой, если на верхнем этаже поддерживается
минимальный свободный напор 30 кПа. При этом длина
трубопровода участка ванны 1В не играет существенной
роли. Длина же общего участка /0 оказывает сущест-
венное влияние. Так, при увеличении от /о=0,5 до /0=
=2 м (при </о=15мм) характеристика сопротивления
So изменяется от 66-10-4 до 100-10—4 кг/м2 (кг/ч)2. При
218
этом Hf увеличивается с 320 до 440 кПа, т. е. устойчи-
вую работу смесителя можно ожидать в последнем слу-
чае только на первом этаже 16-этажного здания.
Улучшение комфортности душевых установок и моек,
т. е. исключение «сбоя» температуры, можно достигнуть
при уменьшении сопротивления общего участка квартир-
ной разводки. Если общий участок квартирной разводки
выполнить из труб (Zo=20mm, а участки в ванне и мойке
из труб <4= Ю мм, то соотношение SB/S0 сдвигается в
сторону величин SB/So>10 (см. табл. 7.2, при /б=2 м,
Таблица 7.2
Характеристика сопротивлений участков квартирных
подводок горячего водоснабжения
Тип участка Диаметр трубы rfy, мм Длина участка, 1, м « характеристика сопротивления
Закрытая система (с учетом зарас- тания) Открытая система (без учета зарас- тания)
Общий участок 15 2 1,25 0,5 18 100- ю—4 82,9-10—4 65,7-10—4 30,2-10—4 36,1 -10—4 22,0-10—4
20 2 1,25 0,5 18 18,2-10—4 16,0-10—4 13,7-10—4 7,7.10—4 6,9-10—4 6,1 -10—4
Участок АВ 15 1,5 0,5 2 34,6-10—4 17,5-10~4 9,0-10-* 4,9.10—4
10 1,5 0,5 2 149,0-10—4 70,5-10—4 24,3* 10—4 12,8-10—4
/в=0,5 м, SB/So«10 даже без учета сопротивления сме-
сителя ванны). Для обеспечения устойчивости работы
смесителей свободный напор на водоразборную армату-
ру должен составлять 70 кПа. Если свободный напор
принять 50 кПа, то длина общего участка подводки не
должна превышать 10— 1,25 м.
На рис. 7.14 представлены те же зависимости для си-
стем горячего водоснабжения, присоединяемых к откры-
тым теплосетям, либо для систем закрытого типа, но с
хорошей антикоррозионной и противонакипной обра-
боткой воды. Эти зависимости справедливы также для
219
любых систем в начальный период их эксплуатации.
График показывает, что в этих системах целесообразно
уменьшить диаметр подводок непосредственно к смеси-
телям до б/у = 10мм, однако диаметр общего участка
можно оставить dy —15 мм.
В практике строительства многоэтажных зданий для
гашения избыточного напора с целью снижения беспо-
лезного расхода воды часто применяются регулирующие
диафрагмы. При этом, несмотря на то, что в литературе
рекомендуется регулирующие диафрагмы устанавливать
непосредственно у водоразборной арматуры, проектиров-
щики часто устанавливают их на общих участках трубо-
проводов. Это приводит к резкому увеличению So, сдви-
гу величины SB/S0 в сторону уменьшения (SB/S0<4) и
повышенным «сбоям» температуры. Поэтому следует
строго следить за тем, чтобы регулирующие диафрагмы
устанавливались только непосредственно у водоразбор-
ных приборов.
Разрабатываемые в настоящее время квартирные
стабилизаторы давления могут устанавливаться на об-
щих участках практически без ущерба для температур-
ной устойчивости работы смесителей, так как они будут
иметь переменную характеристику сопротивления в от-
личие от запорного вентиля или регулирующей диа-
фрагмы. Учитывая, что в трубопроводах систем холод-
ного водопровода нет практически продуктов коррозии,
а тем более отложения накипи, график рис. 7.14 спра-
ведлив, очевидно, и для них. Поэтому в подводках хо-
лодного водопровода также можно рекомендовать умень-
шение диаметров подводящих трубопроводов к ванне и
мойке до 10 мм, оставив диаметр общего участка 15 мм.
Ориентировочные расчеты показали, что в горячем водо-
снабжении при закрытых системах теплоснабжения пе-
реход на диаметры 20 и 10 мм не вызывает увеличения
металлоемкости, а в горячем водоснабжении при откры-
той схеме теплоснабжения и в холодном водопроводе
переход на диаметры 15 и 10 мм даст уменьшение ме-
таллоемкости в кабине в среднем на 10—15 %.
7.S. ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
ТРУБОПРОВОДОВ
Гидравлическому сопротивлению трубопрово-
дов систем горячего водоснабжения до настоящего вре-
220
мени не уделялось должного внимания. Между тем гид-
равлический расчет этих систем имеет более серьезное
значение, чем расчет трубопроводов холодного водо-
доснабжения, и ошибки в определении сопротивления
трубопроводов приводят не только к перебоям в подаче
воды потребителям (как и в холодном водоснабжении),
но и к разрегулировке циркуляционного расхода воды
и ее остыванию в удаленных от источника нагрева частях
системы. В результате происходят сбросы остывшей во-
ды потребителями в систему канализации и увеличива-
ется суточная норма водопотребления в некоторых слу-
чаях до 1100—1200 л/чел. в сутки (комфортная норма
общего водопотребления составляет 280 л/чел. в сутки).
Потери тепла в системах горячего водоснабжения при
этом могут достигать 20—25 % производительности во-
донагревателя (см. табл. 7.3, данные канд. техн, наук
Л. А. Шопенского).
Таблица 7.3
Удельные расходы горячей воды и теплоты в зависимости от
температуры
Температура горячей воды, °C Удельные среднесуточные расходы, %
на выходе из водонагре- вателя в подводках к смесите- лям санитарных приборов (средняя для системы горячего водоснабжения) горячей воды теплоты на нужды горячего водоснабже- ния с учетом тепло- потерь
40 35 335 240
45 40 262 200
50 45 199 157
55 50 134 122
60 55 100 100
65 60 95 104
70 65 92 106
75 70 86 112
Примечание. За 100 % приняты расходы воды и теплоты на
нужды горячего водоснабжения с учетом теплопотерь при температу-
ре горячей воды, обеспечивающей наименьшее теплопотребление.
Гидравлический расчет трубопроводов систем горя-
чего водоснабжения осложняется из-за меняющихся в
процессе эксплуатации внутреннего (расчетного) диамет-
ра dp и качества внутренней поверхности (шероховато-
сти) труб. Специальные исследования динамики измене-
ния этих параметров дают основание для вывода о том,
221
что в первые 2—4 месяца эксплуатации идет весьма
интенсивный процесс равномерного зарастания сечения
трубопроводов карбонатными отложениями. В этот пе-
риод увеличение сопротивления трубопроводов при по-
стоянном расходе воды связано именно с уменьшением
их расчетного диаметра. Шероховатость внутренней по-
верхности трубопроводов увеличивается по сравнению с
шероховатостью новых труб, но превалирующее влияние
на увеличение сопротивлений оказывает все же умень-
шение расчетного диаметра. При дальнейшей эксплуа-
тации трубопроводов процесс уменьшения их расчетного
диаметра резко замедляется, но на равномерной поверх-
ности карбонатных отложений образуются неровности,
так что шероховатость и, следовательно, величина со-
противления трубопроводов продолжают расти. В этот
период превалирующее влияние на величину сопротив-
лений оказывает шероховатость внутренней поверхности
труб. Можно полагать, что через 3—4 года эксплуатации
этот процесс практически прекратится и величина со-
противлений стабилизируется.
Эти выводы сделайы на основе исследований 84 об-
разцов оцинкованных и неоцинкованных стальных труб,
вырезанных из двадцати различных систем горячего
водоснабжения от различных водопроводных станций и
расположенных в разных районах Москвы. Средний срок
эксплуатации этих систем 96 мес. Образцы вырезали из
различных частей системы: стояков, полотенцесушителей,
квартирных подводок к санитарно-технической армату-
ре, подвальных и уличных магистралей.
Живое сечение трубы вычисляли по внутреннему
объему образца, который измеряли на специальном
стенде. Объем образца принимали равным объему воды,
заливаемой в этот образец на стенде. Среднюю площадь
сечения образца находили путем деления его объема на
его длину, а по площади вычисляли средний диаметр.
Величину зарастания труб определяли как разность
между первоначальным диаметром новой трубы и ее
диаметром после зарастания. В результате статистичес-
кой обработки результатов установлено, что среднее
уменьшение диаметра Дй оцинкованных труб составляет
2,6 мм, черных труб — 3,9 мм. Максимальные значения
Ad для оцинкованных труб составили 6—10 мм, для
черных труб 12—15 мм. Условная толщина отложений
в оцинкованных трубах в среднем в 1,5 раза меньше, чем
222
в черных. В разных элементах системы толщина отложе-
ний различна. Наибольшие отложения образуются в ма-
гистралях системы и на горизонтальных участках квар-
тирных подводок, наименьшие'— в вертикальных трубо-
проводах стояков. Зарастание подающих трубопроводов
системы приблизительно в два раза больше, чем цирку-
ляционных.
Анализ полученных данных позволяет утверждать,
что зарастание труб систем горячего водоснабжения
происходит в результате коррозии и осаждения из воды
взвешенных частиц карбоната кальция, образующегося
при нагреве воды. Под слоем отложений протекает уси-
ленная коррозия трубы вследствие неравномерной аэ-
рации ее участков. Даже цинковое покрытие труб
иногда оказывается недостаточно эффективным, и тру-
бопроводы системы приходится заменять через 1—3 го-
да эксплуатации.
Очевидно, что процесс зарастания труб зависит от
многих параметров, среди которых важнейшими явля-
ются физико-химический состав исходной воды, наличие
или отсутствие ее обработки, режим эксплуатации и тип
системы, вид труб и т. д. Поэтому можно полагать, что
расчетный коэффициент эквивалентной шероховатости
ka будет иметь разное значение для различных систем
горячего водоснабжения.
Удельную потерю напора на трение i в прямолиней-
ном трубопроводе традиционно определяют по формуле
Дарси-Вейсбаха:
где %—коэффициент сопротивления трения по длине трубопровода; v — сред-
няя скорость течения воды, м/с; g — ускорение свободного падения, м/с2.
Суммарная потеря напора по длине И равна:
H = il,
где Z—длйна трубопровода, м.
Известно, что в общем случае течения
l=f(k3,dp,Re), (7.24)
где Re=vdjJv — число Рейнольдса; v — коэффициент кинематической вязко-
сти жидкости, м2/с.
Для определения коэффициента А проектные органи-
зации страны применяли, как правило, известные фор-
мулы ВНИИ ВОДГЕО для расчета не новых стальных
труб:
при
— >9,2-105; А = 0,021/d^’3, (7.25)
223
при
< 9,2-ID8; l=[l,5.10-« + v/v)dpP-3 (7.26)
или рассчитанные по ним таблицы для гидравлического
расчета стальных труб. Заметим, что эти таблицы рас-
считаны для воды с температурой 10 °C (коэффициент
кинематической вязкости v=l,31.-10_6 м2/с), в то вре-
мя как температура горячей воды равна 60 °C (v=
=0,482-10-6 м2/с). Следовательно, при пользовании таб-
лицами необходима поправка на вязкость жидкости, что
не учитывалось при расчетах. Кроме того, в формулы
(7.25) и (7.26) в неявном виде входит коэффициент эк-
вивалентной шероховатости, равный 1 мм и являющий-
ся константой. При других значениях этого коэффициен-
та пользоваться этими формулами не рекомендуется.
Расчетная формула СНиП 2.04.02-84 «Водоснабже-
ние. Наружные сети и сооружения», являющаяся ап-
проксимацией формул ВНИИ ВОДГЕО, также не учи-
тывает изменения коэффициента шероховатости трубо-
проводов.
Наиболее достоверной формулой для определения
коэффициента Л является формула Колбрука-Уайта:
1/]/%=— 2 Jg (Aa/3,7dp + 2,51 /Re /Г). (7.27)
Ее основное неудобство при повседневных расчетах
заключается в необходимости выполнения нескольких
итераций для определения одного значения %, так как
этот коэффициент входит в левую и правую части урав-
нения (7.27).
Аппррксимацией формулы (7.27) при йэ>0,15 мм яв-
ляется зависимость, позволяющая определять коэффи-
циент X с первого счета
1,312(2 —6) 1g-^2
____k9
____Ф 1_______ /7
0,5 — +
Vi-------
где &=1+1£Яеф/1еЯекв —число, характеризующее режим течения жидкости
(при Ь>2 следует принимать 6=2); — фактическое число Рейнольд-
са; /teKB =500dp/fcg —число Рейнольдса, соответствующее началу квадратич-
ного режима течения жидкости.
В квадратичном режиме течения, когда коэффициент
к становится независимым от Re, а Ь=2, формула (7.28)
224
переходит в известную формулу Прандтля
.............................°»5
У , 3,7dp '
lg
«Э
(7.29)
Из формулы (7.29), в частности, следует, что прогно-
зировать величину dp с учётом зарастания трубы невоз-
можно, если принимать fe8=const. Кроме того, она на-
глядно демонстрирует увеличение коэффициента % в
процессе эксплуатации трубопровода: с течением вре-
мени, как установлено, уменьшается величина dp и уве-
личивается kg. Значения kg приводятся в справочной ли-
тературе по гидравлическим расчетам и для сильно за-
ржавленных или с большими отложениями стальных
труб (каковыми являются трубы горячего водоснабже-
ния) могут достигать 3—4 мм. Попытка эксперименталь-
ного определения kg трубопроводов подающих магистра-
лей была предпринята МНИИТЭП 10 лет назад в
Московском микрорайоне Вешняки-Владычино путем
стандартного измерения гидравлических сопротивлений
участков диаметрами 150—50 мм, находившихся в экс-
плуатации 5—8 лет. Результаты измерения коэффици-
ента X в 5—8 раз превысили их расчетные значения при
kg= 1 мм. Расчетные (на основании результатов этих
экспериментов) величины kg значительно превышают их
справочные значения и достигают 20—22 мм.
Кроме указанных, измерения коэффициента X были
выполнены также на парнозакольцованных стояках
dy==25i4M и dy—32 мм 9-этажных жилых домов через
47 мес эксплуатации (на первом) и через 12, 24 и 96мес
эксплуатации (на втором). Стояки имеют полотенцесу-
шители, установленные по проточной схеме.
Результаты испытаний стояка dy=25MM представ-
лены на рис. 7.15 (точки). Фактически диаметр стояка
dp в момент испытаний равен 23,1 мм. График построен
в координатах Ay— Ю4 — fy, где А — удельное скорост-
ное давление в трубопроводе, возникающее при прохож-
дении 1 кг/ч воды с плотностью у; qh&t — расход горячей
воды.
А = 16/(3600а ?яг 2g). (7.30)
Результаты испытаний стояка dy=32 мм (dp=
=31,75 мм) представлены на рис. 7.16.
15—807 225
Рис. 7.15. Экспериментальные
и расчетные данные по парно*
закольцованным стоякам с по-
лотенцесушителями dy=25 мм
Характер изменения массива опытных точек на обо-
их графиках соответствует характеру изменения гидрав-
лических сопротивлений в плавно изогнутых трубопро-
водах. Исключение составляет массив опытных точек,
полученных на стояке <2у=32мм через 12 мес его экс-
плуатации, когда его </р=32мм. Принимая по спра-
вочным данным &а=0,5мм (стальные умеренно заржав-
ленные трубы), по формуле (7.28) нетрудно рассчитать
кривую 1 (рис. 7.16), которая дает вполне удовлетвори-
тельное совпадение с экспериментом. На этом основании
можно сделать вывод о том, что формула (7.28) учиты-
вает динамику зарастания труб горячего водоснабжения:
резкое уменьшение величины расчетного диаметра тру-
бы dp в первые месяцы эксплуатации (величина ее диа-
метра до эксплуатации dp=35,9 мм, через 96 мес экс-
плуатации— 31,75 мм) и сравнительно небольшое уве-
личение ka (до эксплуатации ka—0,15 мм). Через 24 мес
эксплуатации при расходах горячей воды ^=700—
1000 л/ч, т. е. когда % не зависит от вязкости жидкости,
парнозакольцованный стояк может быть удовлетвори-
тельно рассчитан, как прямолинейный трубопровод по
формуле (7.28) (кривая 2 на рис. 7.16) (ka возросло до
0,9 мм), но при меньших расходах воды такой подход
приводит к недопустимым ошибкам. Наконец через
96 мес эксплуатации этот стояк во всем диапазоне изме-
нения расходов горячей воды может быть удовлетвори-
тельно рассчитан, как плавно изогнутый трубопровод
(кривая 3 на рис. 7.16). Точно так же рассчитан стояк
dy=25 мм (сплошная линия на рис. 7.14).
Коэффициент гидравлического сопротивления X для
плавно изогнутого трубопровода в нашем случае зависит
только от числа Рейнольдса. Это дает возможность по
результатам выполненных экспериментов построить еди-
226
• — через 12 месяцев эксплуатации
О — через 24 —
X — через 96 —
__ по формуле
Рис. 7.16. Сопоставление расчетов по формуле с результатами на-
турных исследований гидравлического сопротивления парнозаколь-
цованных стояков горячего водоснабжения dy~32 мм
ную Цля стояков dy = 25 и dy=32 мм) зависимость Х=
=7(Re), представленную на рис. 7.17 и позволяющую в
процессе расчетов весьма просто определять коэффици-
ент X стояков с полотенцесушителями по известным зна-
чениям скорости течения и вязкости (температуры) го-
рячей воды, а также расчетного диаметра трубопровода.
Скорость течения равна:
v = —(7.31)
nd;
Как отмечено выше, в настоящее время отсутствуют
какие-либо обоснованные рекомендации по прогнозиро-
ванию величины зарастания трубопроводов и, следова-
тельно, по определению dp. Поэтому графиком k—f(Re)
на рис. 7.17 можно пользоваться лишь для ориентировоч-
ных расчетов стояков с полотенцесушителями. Полная
потеря напора определяется по формулам для определе-
ния i и Н.
Более точные рекомендации по гидравлическому рас-
чету как стояков, так и магистралей горячего водоснаб-
15*
227
Рис. 7.17. Значения % для парнозакольцованных стояков с полотенце-
сушителями в зависимости от Re
жения будут получены после дополнительных исследо-
ваний. Очевидно, что эти исследования следует выпол-
нять на натурных объектах, так как в лабораторных
условиях весьма сложно моделировать параметры, влия-
Таблица 7.4
Параметры шероховатости труб и каналов
из различных материалов
Трубы, каналы Диаметр, м Ra, мкм мкм &э, мкм
1. Исследования Б. К. Фогеля
Гизельдоский туннель 2,31 — 2150 3533
Туннель без названия 4,31 —— 1400 2353
Сухумский туннель 2,26 — 200—300 546
Хромский туннель 3,24 —— 200—300 513
Читаховский туннель 4,57 — 200—300 592
П. Исследования Г. А. Трухина
Коллектор 1
Коллектор II
1,6
1,94
160
180
254
213
228
Продолжение табл. 7.4
Трубы, кайалы Диаметр, м Ra, мкм мкм мкм
III. Трубопровод, испытанный ВНИИ ВОДГЕО
1 | - | IV. Исследования кафедры ВиК 131,4 | ЛИИЖТ 548
Орловские Ключи — 0,7 82,0 337,8 615,6
Красное село 1,2 80,7 332,5 625,1
Невский водовод 0,9 60,2 248,0 492,8
Островы — Минск Волма — Минск Опытный стенд на терри- тории филиала «Невский водовод» Леноблводока- нала:> 1,0 59,4 244,7 387,7
участок из серийных труб 0,7 90 370,8 927
участок из труб с улучшенной внутрен- ней поверхностью 0,7 49 201,9 318,7
е полимерной обли- цовкой 0,7 16 61,8 70
ющие на зарастание трубопроводов. Проведение таких
исследований по стандартной схеме связано с определен-
ными трудностями, а поэтому нуждается в упрощении.
В настоящее время не представляет трудностей из-
мерение с помощью профилографа величины параметров
абсолютной шероховатости внутренней поверхности труб
из различных материалов. В частности, в Ленинградском
институте инженеров железнодорожного транспорта
(ЛИИЖТ) разработана методика таких измерений, ко-
торая широко испытана на трубах из различных мате-
риалов и включена в Государственный стандарт 12586-83
«Трубы железобетонные напорные виброгидропрессован-
ные».
Одними из параметров физической шероховатости
материала является интегральная высота неровностей
профиля Ra и вертикальная характеристика шерохова-
тостей Rz, являющаяся средней величиной из замеров де-
сяти соседних выступов шероховатости.
По исследованиям, выполненным под руководством
проф. В. С. Дикаревского, между параметрами Ra и Rz
229
Рис. 7.18. Зависимость эквива-
лентной шероховатости от не-
ровностей профиля разреза
трубопровода
существует следующая ли-
нейная зависимость:
/?z = 4,12/?a. (7.32)
Совместно с ЛИИЖТ
мы на основании накоплен-
ного в настоящее время об-
ширного экспериментально-
го материала (табл. 7.5)
получили связь между k3 и
/?а (рис. 7.18), которая име-
ет вид
^э = 2^’33- (7.33)
Зависимость (7.33) су-^
щественно упрощает мето-
дику определения парамет-
ра k3 на натурных объек-
тах: во время ремонта сис-
темы горячего водоснабже-
ния из пришедших в не-
годность труб вырезаются
образцы, объемным спосо-
бом определяется их рас-
четный диаметр dp и с по-
мощью профилографа — па-
раметр /?а их поверхности. Такой подход существенно
облегчает процесс определения интересующих нас па-
раметров и дает возможность с достаточной степенью
точности и в кратчайшие сроки выполнить исследования
на объектах, отличающихся разнообразием условий экс-
плуатации.
Впредь до получения достоверных расчетных данных
гидравлический расчет систем горячего водоснабжения
следует производить в соответствии с требованиями
СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализа-
ция зданий», а также по табл. 1, 2 прил. 6.
7.6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕКЦИОННЫХ
УЗЛОВ
При проектировании систем горячего водоснаб-
жения важно принять правильную конструкцию внутри-
домовой системы. Для этого можно привести некоторые
основные рекомендации.
230
Таблица 7.5
Значения параметров шероховатости пластмассовых
труб
Пластмассовые трубы Диаметр, м Ra, мкм Rz, мкм k3
пвп «с» 0,063 1,57 6,5 4,0
пвп «т» 0,075 3,02 12,4 6,2
пвп «с» 0,11 2,93 12,1 6,0
пвп «сл» 0,14 4,37 18,0 12,0
пвп «сл» 0,11 2,83 11,7 6,1
пвп «с» о,п 2,91 12,0 6,2
пвп «с» 0,16 1,84 7,6 4,1
пвп «с» 0,315 3,94 16,2 10,0
—«с» 0,11 3,17 13,1 6,3
- —«т» 0,11 2,86 11,8 6,0
1,0 6,76 27,9 21,0
— «с» 0,063 1,63 6,7 4,1
— «с» 0,11 2,17 8,9 4,3
— «с» 0,063 1,63 6,7 4,0
— «с» 0,09 2,97 12,2 7,1
•^-«СЛ» 0,14 3,92 16,2 12,0
—«с» 0,315 4,06 16,7 12,0
Внутридомовая система горячего водоснабжения мо-
жет состоять из секционных узлов или из парнозаколь-
цованных стояков в зависимости от ряда условий.
В системах горячего водоснабжения, подключаемых
к теплосетям закрытого типа, полотенцесушители, как
правило, следует устанавливать на водоразборных сто-
яках. Исключением из этого правила могут быть систе-
мы, обслуживающие здания высотой до 4 этажей, в
которых отсутствует возможность кольцевания водораз-
борных стояков в секционные узлы. В системах, присо-
единяемых к теплосетям с открытым водоразбором, ре-
комендуется полотенцесушители присоединять к систе-
мам отопления ванных комнат круглогодичного дейст-
вия. Можно считать оправданным отключение полотен-
цесушителей на летний период только в условиях жар-
кого климата, т. е. в IV климатической зоне. В остальных
случаях отключение полотенцесушителей одновременно
с прекращением работы систем отопления приво-
дит к снижению комфортности использования ванной ком-
наты, а также к увеличению непроизводительных расхо-
дов горячей воды, так как перед каждым приемом про-
цедуры потребитель предварительно производит подо-
231
грев помещения, пуская горячий душ на более или менее
продолжительный период.
Кольцевание водоразборных стояков в секционные
узлы не производится в тех случаях, когда суммарная
протяженность индивидуальных (у каждого водораз-
борного) циркуляционных стояков меньше длины коль-
цующей перемычки, если отсутствует возможность про-
кладки кольцующей перемычки по чердаку здания или
под потолком верхнего этажа.
Для выбора диаметра водоразборных стояков необ-
ходимо определить расчетный расход на водоразбор в
нем. Диаметр стояка, не закольцованного в секционный
узел, выбирается при расчетном расходе и скорости дви-
жения воды в стояке не более 1,5 м/с. Диаметры стоя-
ков, закольцованных в секционный узел, выбираются при
расчетном расходе воды в стояке с коэффициентом 0,7
и скорости не более 1,5 м/с. Диаметры трубопроводов
кольцующих перемычек допускается принимать равны-
ми наибольшему диаметру водоразборного стояка сек-
ционного узла. Если в здании проектируется система
горячего водоснабжения с индивидуальными циркуляци-
онными стояками у каждого водоразборного, то эти цир-
куляционные стояки необходимо в подвале обвязать ин-
дивидуальным трубопроводом и затем участком повы-
шенного сопротивления присоединить этот трубопровод
к циркуляционной магистрали квартальной сети.
Для упрощения работы по проектированию секцион-
ных узлов горячего водоснабжения жилых зданий высо-
той до пяти этажей и более выбор диаметров трубопро-
водов допускается прозводить по табл. 7.6.
После выбора схемы внутридомовой системы и диа-
метров водоразборных стояков подключающих участков
и кольцующих перемычек определяются теплопотери тру-
бопроводами узла и требуемый циркуляционный расход
по формуле
= QA7(4.24j- (7-34)
Здесь Д/иг=8,5°С— первоначально принимаемое ох-
лаждение воды в трубопроводах секционного узла от точ-
ки подключения его к разводящему подающему трубо-
проводу квартальной или домовой сети.
Требуемый циркуляционный расход секционного уз-
ла распределяется равными долями по всем водоразбор-
ным стоякам узла независимо от их диаметров и места
232
Таблица 7.6
Рекомендуемые диаметры трубопроводов
секционных узлов
Место прокладки трубопровода Диаметр, мм
Водозаборные стояки в санитарно-технических ка- бинах или монтируемые россыпью в зданиях высотой до 5 этажей включительно 20
То же, в зданиях высотой более 5 этажей 25
Дополнительные стояки, прокладываемые в кухнях дл£ подачи воды к мойкам Главные стояки горячего водоснабжения при верх- ней разводке: в зданиях высотой 14 этажей при обслуживании узлом 20
до 70 квартир 50
то же, до ПО квартир 70
в зданиях высотой 15—16 этажей Участки кольцующих перемычек: циркуляционные верхние (или «нижние) 80
в зданиях высотой до 5 этажей включительно 20
то же, свыше 5 этажей Подключающие участки подающих трубопроводов при обслуживании: 25
одного водоразборного стояка диаметром 25 мм 25
двух водоразборных стояков диаметром 25 мм 32
трех и более стояков диаметром 25 мм 40
расположения.
п — общее число водоразборных стояков в секционном узле.
При этих расходах определяются суммарные потери
напора через каждый водоразборный стояк от точки (то-
чек) присоединения секционного узла к подающей маги-
страли до точки присоединения циркуляционного стояка
к кольцующей перемычке.
Полученные потери напора по различным стоякам
узла отличаются по величине, но после определения сред-
ней арифметической величины получаем потери напора
подающей части секционного узла
rfir = (4 +№+•••+ +•• •+ «"/) /«.
Зная потери напора в подающей части узла можно
подбирать циркуляционный стояк.
Диаметр циркуляционного стояка подбирается из ус-
ловия гашения в нем при требуемом циркуляционном
233
расходе qc£ потерь напора Hcsl[ , определенных по фор-
муле
Hcir = ниг _ Hctr, (7.35)
где Наг — потери напора в секционном узле от точки (точек) присоединения
его к подающему разводящему трубопроводу до точки присоединения к цир-
куляционному трубопроводу квартальной или домовой сети горячего водоснаб-
жения при требуемом циркуляционном расходе Величина Ниг прини-
мается в соответствии с п. 8.8 СНиПа в пределах Haz «=0,03—0,06 МПа (0,3—
0,6 кгс/см2) для систем, присоединяемых к закрытым теплосетям, и HUZ «
=0,02 МПа (СО,2 кгс/см2) для систем, присоединяемых к теплосетям с откры-
тым водоразбором.
Выбор диаметра трубопровода циркуляционного сто-
яка производится по номограмме рекомендуемого прил.
jyCtr
6 к СНиПу по величине qCuz и itr=—— (1+0,1). При
hi
невозможности выбора циркуляционного стояка постоян-
ного сечения допускается проектировать его составным.
При этом меньший диаметр циркуляционного стояка
присоединяется к кольцующей перемычке узла, а боль-
ший диаметр — к циркуляционному трубопроводу квар-
тальной сети.
Потери давления при расчетном водоразборе в сек-
ционном узле с нижней разводкой определяются по фор-
муле
/ а*1 \2
Hh= ahHcir , (7.36)
Qcir /
где а1 — коэффициент, учитывающий конструкцию секционного узла.
Потери давления при расчетном водоразборе в сек-
ционном узле с верхней разводкой определяются по фор-
муле
Hh = ihlh, (7.37)
где I*—удельные потери напора при расчетном водоразборе узла в глав-
ном стояке секционного узла; I — длина главного стояка.
7.7 КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
КВАРТАЛЬНЫХ СИСТЕМ ГОРЯЧЕГО
ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Для каждой ветви системы определяется па-
раметр А из формулы
• _^HtM
~ 21
(7.38)
234
(7.40)
где — величина допустимых потерь давления по подающему разво-
дящему трубопроводу в режиме водоразбора, определяемая по формуле
= 600 - (Puz + ^Pgeod), (7.39)
где Puz — требуемое давление воды в основании секционного узла при рас-
четном водоразборе, кПа; ^Pgeod — разность геодезических отметок осно-
вания соответствующего секционного узла и оси хозяйственного насоса.
Для каждой ветви системы выбирается наибольшая
величина (Puz-V&Pgeod). Ветвь системы, для которой па-
раметр «А» минимален, является при расчете подающе-
го трубопровода главной расчетной ветвью.
Выбор диаметров подающих трубопроводов главной
расчетной ветви производится при условии
^100 кПа по величинам qhcir, определяемым в соответ-
ствии с ш 8.1, СНиПа и «I», определяемым по формуле
А
i =-----------
(1 + ki) keXp
где Лехр — экспериментально установленная величина превышения факти-
ческих потерь давления над расчетными.
Для условий Москвы (районы, снабжаемые волж-
ской водой) рекомендуется принимать для подающего
трубопровода квартальной сети &ехр = 5, для циркуля-
ционного трубопровода &ехр — 2,Ь. Для остальных горо-
дов величину &ехр следует принимать по данным натур-
ных замеров. При отсутствии этих данных и качестве
водопроводной воды, сходной с водой московского водо-
провода, допускается принимать £ехр=5 (2.5).
Выбор диаметров подающих трубопроводов главной
расчетной ветви при 100 кПа производится по
величинам из условия обеспечения равенства потерь
давления в холодном и горячем водопроводе. При этом
суммарные потери напора по главной расчетной ветви
не должны превышать величины ILHtot.i-
Выбор диаметров подающих трубопроводов осталь-
ных ветвей системы производится из условия гашения
в подающем трубопроводе ветви потерь напора равных
потерям напора в главной расчетной ветви от наиболее
удаленного секционного узла до точки присоединения к
ней рассчитываемой ветви при расходах qhcir.
Выбор диаметров циркуляционных трубопроводов
квартальной сети следует начинать с распределительной
части ветви системы с наибольшим числом присоединен-
ных узлов по величинам расчетных циркуляционных
расходов qcir и удельных потерь напора, определяемых
235
из формулы
cird Ld(l+ki)kexp
(7-41)
где — суммарные потери напора по участкам распределительной
части циркуляционного трубопровода ветви системы от наиболее удаленного
до ближайшего к ЦТП секционного узла, кПа, определяемые по формуле
(7.42)
где суммарные потери напора по распределительным участкам
подающего трубопровода от наиболее удаленного до ближайшего к ЦТП сек-
ционного узла при расчетных циркуляционных расходах.
Потери напора при циркуляции на каждом участке
подающего трубопровода Нр$г определяются по фор-
муле
<7-43>
\ /
где Н&. — потери напора на /-м участке подающего трубопровода ветви
при расходе воды на водоразбор; 0 — конструктивный параметр системы,
принимаемый для систем с одинаковым сопротивлением секционных узлов р-
«1,6; — длина распределительной части циркуляционного трубопровода
от наиболее удаленного до ближайшего к ЦТП секционного узла ветви
системы; (f?r — расчетный циркуляционный расход на /-м участке трубопро-
вода, определяемый из формулы
+ (7.44)
где — расчетный циркуляционный расход в /-м секционном узле, опре-
деляемый по формуле
(7-45)
Г Ld
где <?uzjtr — требуемый циркуляционный расход в /-м секционном узле, оп-
ределяемый по формуле (7.34); lj — суммарная длина циркуляционного тру-
бопровода от наиболее удаленного до /-го секционного узла ветви; 4е — коэф-
фициент, учитывающий превышение фактического остывания воды в подаю-
щем трубопроводе ветви системы над предварительно заданной величиной
Д/=* 1,5 °C, определяемый по формуле
ой
-V А 4
Чих
^UZ
ф==
(7.46)
ОЙ )
где
ф
А - ---------,
0,5(1 + К1+р) + *
В =-----------;
0.5 (1 +/1 + ₽) (*4-1)
236
Рис. 7.19. График зависимости
коэффициента ср от числа регу-
лярных участков
k — общее число участков распределительной части ветви от ближайшего до
наиболее удаленного узла; <р — коэффициент, зависящий от числа k (рис. 7.19).
Если в пределах распределительной части ветви си-
стемы присоединено боковое ответвление, то расчетный
циркуляционный расход в нем определяется по формуле
9с1г' = °-5*' (1 + И+Т), (7.47)
где k' — число участков (узлов) бокового ответвления; 0' — конструктивный
параметр бокового ответвления, определяемый по формуле
Р' = (7.48)
где Н' — перепад давлений в точке присоединения бокового ответвления к
рассчитываемой ветви; Ниг — потери давления в последнем секционном узле
бокового ответвления.
При проектировании в системе горячего водоснаб-
жения циркуляционного насоса на циркуляционном
трубопроводе выбор диаметров участков циркуляцион-
ных трубопроводов головной части рассчитываемой вет-
ви с наибольшим числом присоединенных секционных
узлов предварительно производится по величинам рас-
четных циркуляционных расходов расчетной ветви и
боковых ответвлений, присоединенных к соответствую-
щим участкам, и удельных потерь напора, равным удель-
ным потерям в распределительной части ветви системы
Icir т ~ Icir d>
При этом расчетные циркуляционные расходы по
боковым ответвлениям определяются с величиной раз-
регулировки, принятой для основной ветви.
После выбора циркуляционного насоса производится
уточнение диаметров циркуляционных трубопроводов
головной части рассчитываемой ветви системы из усло-
вия полного гашения имеющегося напора насоса. Ве-
личина iCir вычисляется по формуле
. _ ffP ar ~ [Ниг (1 + Р) + H%lr + Н%]
ctT Lcm (1 + ki) kexp
где cir— напор насоса при расчетном циркуляционном расходе;
(7.49)
нр cir-
Itn
237
потери напора в подающем головном трубопроводе при расчетном циркуля-
ционном расходе; 7/^ — потери напора во второй ступени водонагревателя
при расчетном циркуляционном расходе; Lcm — длина головной части цир-
куляционного трубопровода ветви.
При проектировании в системе горячего водоснаб-
жения циркуляционно-повысительного насоса на пода-
ющем трубопроводе выбор диаметров головной части
рассчитываемой ветви системы производится однократ-
но.
Диаметры распределительной части циркуляцион-
ных трубопроводов боковых ответвлений, присоединяе-
мых к головным участкам основной расчетной ветви,
выбираются в соответствии с рекомендациями, при этом
коэффициент р для боковых ответвлений принимается
такой же величины, как и для основной расчетной вет-
ви.
Удельные потери напора в головных участках цир-
куляционного трубопровода бокового ответвления вы-
числяются по формуле
, _ АЯ,+Я+
СО+ЧЧ.»
где ДЯу — перепад давлений в точке присоединени’я бокового ответвления к
основной расчетной ветви в циркуляционном режиме; ~ потери дав-
ления в головных участках подающего трубопровода бокового ответвления
при расчетном циркуляционном расходе бокового ответвления; Д — длина
головной части циркуляционного трубопровода бокового ответвления.
Методика конструирования и расчета циркуляцион-
ных трубопроводов квартальных и внутридомовых се-
тей горячего водоснабжения при 0=1 (при переменном
сопротивлении секционных узлов и при применении тер-
морегуляторов на циркуляционных стояках) изложена
в книге А. В. Хлудова «Горячее водоснабжение».
Изложенная в книге методика не распространяется
на конструирование и расчет систем горячего водоснаб-
жения с открытым водоразбором и систем, присоединя-
емых к теплосетям закрытого типа, но с вакуумной обра-
боткой воды.
238
Глава 8
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ
ДЕЙСТВУЮЩИХ СИСТЕМ
ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
8.1. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ НАРУШЕНИЙ
В РАБОТЕ СИСТЕМ
Неудовлетворительная работа систем горя-
чего водоснабжения заключается в периодическом пре-
кращении подачи воды потребителям в отдельных час-
тях системы (нарушение гидравлического режима) или
в подаче воды с низкой температурой, недостаточной для
приема гигиенических процедур (нарушение теплового
режима).
Основными причинами нарушений гидравлического
режима в действующих системах горячего водоснабже-
ния являются:
’ 1) уменьшение давления воды в городском водопро-
воде ниже гарантийного;
2) увеличенное сопротивление водонагревательных
установок;
( 3) завышенные напоры циркуляционных насосов
при установке их на циркуляционных трубопроводах
квартальных сетей горячего водоснабжения.
Завышенный напор циркуляционного насоса — одна
из самых частых причин нарушения гидравлического ре-
жима систем горячего водоснабжения. При этом даже
тщательная очистка водонагревателей и уменьшение до
минимума их сопротивления может не обеспечить повы-
шения давления в системе горячего водоснабжения. Ре-
жим работы цииркуляцонного насоса определяется точ-
кой пересечения характеристики q—Нр насоса и характе-
ристики системы H—Sq~. При очистке водонагревателя
гидравлическое сопротивление циркуляционного кольца
системы S резко уменьшается и режимная точка работы
насоса сдвигается по характеристике q—Нр вправо,
т. е. в сторону увеличения расходов. При пологой харак-
теристике циркуляционного насоса, когда небольшому
изменению напора соответствует значительное увеличе-
ние расхода, очистка водонагревателя приводит к рез-
кому возрастанию циркуляции и соответственно потерь
239
давления в водонагревателе и подающих трубопроводах
системы.
В режиме водоразбора очистка водонагревателя дает
такой же эффект, с той лишь разницей, что характери-
стика циркуляционного кольца системы имеет более
сложный вид из-за наличия отбора воды из подающего
трубопровода. Однако при значительном завышении
напора циркуляционного насоса очистка водонагрева-
теля малоэффективна вследствие одновременного увели-
чения циркуляционного расхода;
4) недогрев воды в водонагрёвательных установках,
в результате которого увеличивается водоразбор в си-
стемах горячего водоснабжения, что приводит к увели-
чению потерь давления;
5) нечеткое управление работой хозяйственных насо-
сов и отсутствие надежных средств автоматического уп-
равления;
6) аварии запорной арматуры на трубопроводах си-
стемы горячего водоснабжения.
Основными причинами нарушения теплового режима
в системах горячего водоснабжения являются:
1. Недогрев воды водонагревательными установками
в результате:
а) уменьшения коэффициента теплопередачи по
сравнению с расчетным;
б) понижение температуры сетевой воды ниже ми-
нимально допустимой;
в) неправильного включения секций водонагревате-
ля по греющей воде;
г) неисправностей или некачественной наладки ре-
гуляторов температуры и расхода воды.
2. Гидравлическая разрегулировка систем горячего
водоснабжения, которая вызывается:
а) пониженным сопротивлением секционных узлов
системы или циркуляционных колец отдельных зданий;
б) отсутствием регулировочных диафрагм (или
вставок) при наличии в системе разновеликих вет-
вей;
в) отсутствием при расчете систем отдельной увязки
потерь давления при циркуляционном расходе в подаю-
щих трубопроводах различных ветвей, что приводит при
возрастании водоразбора к преждевременному сокра-
щению циркуляции в протяженных ветвях и увеличению
в них охлаждения воды;
240
г) наличием неисправных смесителей типа «елочка»,
допускающих перетекание воды из стояков холодного
водопровода в стояки горячего водопровода.
8.2. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ
ДАВЛЕНИЯ В СИСТЕМАХ
Проверку жалоб на перебои в подаче горя-
чей воды начинают с уточнения времени появления пе-
ребоев и выяснения характера подачи холодной воды в
эти периоды. Слабый излив холодной воды при полно-
стью открытом смесителе — следствие недостаточного
напора в ЦТП. Перебои в периоды увеличения водораз-
бора, но не при пиковом водоразборе, свидетельствуют
о несвоевременном включении или выключении повы-
сительных насосов.
Проверку состояния системы начинают с выяснения
распределения давлений в пределах ЦТП. Прежде всего
проверяют исправность манометров, установленных в
ЦТП. После этого определяют уровень понижения дав-
ления в водонагревателе, для чего измеряют его сопро-
тивления в периоды устойчивого водоразбора (желатель-
но в вечерние часы). На время измерения (вечером или
днем) циркуляционный насос выключают из работы. В
течение 5 мин по водомеру на вводе измеряют общий
расход на водоразбор и одновременно снимают показа-
ния манометров на входе и выходе воды из водонагре-
вателя.
Давление на входе воды в водонагреватель фиксиру-
ют по манометру, установленному на регуляторе давле-
ния, который расположен на общей напорной линии
после повысительных насосов. Если на системах холод-
ного и горячего водоснабжения имеются свои регулято-
ры, то давление фиксируют по манометру, установлен-
ному на регуляторе горячего водоснабжения. Одновре-
менно снимают показания также с манометра,
находящегося на напорном патрубке хозяйственного на-
соса. Показания всех манометров следует привести к од-
ной высотной отметке, например к отметке уровня пола.
Для этого к показаниям каждого манометра следует
прибавить высоту его установки от уровня пола.
Разница в показаниях манометров, установленных до
и после водонагревателя, равна потерям давления в нем.
Если водоразбор в данный момент времени измерен по
16-807
241
водомеру горячего водоснабжения, то эту величину и
принимают в расчет. Если он измерен по общему водоме-
ру на вводе, в расчет принимают половину измеренного
расхода.
Измеренные потери давления в водонагревателе пе-
ресчитывают на потери при расчетном расходе по фор-
муле \
HhR = Н [qh/У1')2, (8.1)
где //J — потери давления в водонагревателе при расчетном водоразборе <Л
Н' — измеренные потери давления при расходе </*
Из значения давления, на которое настроен регуля-
тор, следует вычесть значение геометрическую вы-
соту обслуживаемых зданий Hgeom и свободный напор
Hf. Оставшаяся величина является запасом на потери
давления в трубопроводах системы горячего водоснаб-
жения и позволяет судить о достаточности давления в си-
стеме для бесперебойного водоснабжения. Потери давле-
ния в квартирной разводке системы горячего водоснаб-
жения очень велики из-за значительных отложений и со-
ставляют 40—50 кПа.
Если регуляторы давления отсутствуют, в расчет при-
нимают давление после хозяйственного насоса, измерен-
ное при самом низком уровне давления в городском во-
допроводе и при максимальном водоразборе. При повы-
шенном водоразборе в системе (вечерний пик) следует
также произвести указанные замеры при работающем
циркуляционном насосе. При этих измерениях дополни-
тельно фиксируют давление воды на всасывающем па-
трубке циркуляционного насоса, которое не должно быть
ниже геометрической высоты обслуживаемых зданий.
В противном случае начинаются перебои водоснабжения
верхних этажей в удаленных стояках системы.
Если зафиксировано понижение давления, следует за-
дросселировать циркуляционный трубопровод задвиж-
кой на всасывающем патрубке циркуляционного насоса
настолько, чтобы давление воды в трубопроводе перед
задвижкой стало равно геометрической высоте обслужи-
ваемых зданий. Дросселирование циркуляционного рас-
хода целесообразно выполнять лишь в том случае, когда
при выключенном циркуляционном насосе давление воды
в системе достаточно для бесперебойного водоснабжения.
Особенно интенсивно происходит прирост сопротивле- -
ния в подогревателе, если вода в нем нагревается до тем-
242
пературы больше 60 °C. В этом случае необходима пере-
наладка регулятора температуры на 60 °C.
При достаточном давлении в системе горячего водо-
снабжения причиной перебоев водоснабжения может
быть неисправность задвижек на подающем трубопрово-
де. Если эти мероприятия не исключают перебоев водо-
снабжения, необходимы радикальные меры. К ним отно-
сятся:
перевод циркуляционного насоса с циркуляционной
линии на подающую между I и II ступенями водонагрева-
теля либо после II ступени на выходе в сеть горячего во-
доснабжения; он возможен, если максимальная подача
циркуляционного насоса не меньше расчетного расхода
воды на водоразбор в системе горячего водоснабжения,
при этом можно считать, что давление в системе горячего
водоснабжения повысится на величину напора переведен-
ного насоса, в качестве которой следует принимать напор
при максимальной производительности насоса;
врезка общего циркуляционного трубопровода систе-
мы во II ступень водонагревателя перед последними тре-
мя секциями;
установка насосов общей повысительной установки по
последовательной схеме, если перебои отмечались не
только в горячем, но и холодном водоснабжении из-за
чрезмерного уменьшения давления в городской водопро-
водной сети; каждый из насосов должен пропускать пол-
ный расчетный расход воды с минимальным напором, при
последовательной схеме целесообразнее применять насо-
сы с пологой характеристикой;
установка на циркуляционном трубопроводе регуля-
торов давления «до себя», позволяющих сократить лиш-
ний циркуляционный расход в периоды водоразбора: ре-
гуляторы должны поддерживать в циркуляционном тру-
бопроводе давления, равные геометрической высоте
обслуживаемых зданий.
При выполнении указанных мер целесообразно авто-
матизировать управление работой насосных установок.
Если повысительная насосная установка укомплектована
разнонапорными насосами, то применение автоматизации
сократит число часов работы высоконапорных насосов.
Однако для удобства резервирования и обслуживания
насосной установки предпочтительнее использовать оди-
наковые низконапорные насосы при последовательной их
установке.
16*
243
8,3. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УЛУЧШЕНИЮ
ТЕМПЕРАТУРНОЙ обеспеченности
По'получении жалоб на пониженную темпера-
туру горячей воды следует в первую очередь выяснить
расположение квартир в системе, в которых отмечено
снижение температуры, и проверить исправность смесите-
лей. Часто причиной низкой температуры являются сме-
сители моек типа «елочка», в которых холодная вода мо-
жет перетекать в трубопровод горячего водоснабжения
при закрытых кранах. При этом снижение температуры
горячей воды возможно не только в квартире с неисправ-
ным смесителем, но и по всему стояку.
Проверку выполняют следующим образом: закрывают
вентиль на квартирной подводке горячего водоснабжения
и открывают кран горячей воды смесителя. Если из сме-
сителя поступает вода, он неисправен и подлежит заме-
не. После замены смесителей проверяют наличие регули-
ровочных диафрагм и их соответствие проекту. В общест-
венных зданиях, школах, детских садах и пр., имеющих
циркуляционные кольца только в пределах ввода, реко-
мендуется задросселировать циркуляционные трубопро-
воды. При снижении температуры воды на выходе из во-
донагревателя горячего водоснабжения проверяют пра-
вильность работы регулятора температуры, а при
двухступенчатой последовательной схеме — совместную
работу регуляторов температуры и расхода воды. Если
наладка регуляторов расхода и температуры не привела
к повышению температуры воды на выходе из водонагре-
вателя в часы интенсивного водоразбора, то проверяют
фактическую теплоотдачу водонагревательной установ-
ки, достаточность площади поверхности нагрева II сту-
пени водонагревателя с учетом минимальной температу-
ры воды в тепловой сети, объем сохраняющейся в часы
максимального водоразбора циркуляции. В зависимости
от полученных результатов рекомендуют добавить секции
во II ступень либо перейти на смешанную с ограничением
схему присоединения водонагревателей, либо полностью
заменить водонагреватели, снизить объем циркуляции
или выключать ее в часы максимального водоразбора.
244
8.4. УЛУЧШЕНИЕ ПОТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ
В СИСТЕМАХ
Эффективным средством улучшения работы
систем горячего водоснабжения является кольцевание во-
доразборных стояков в секционные узлы, позволяющее
сократить число циркуляционных колец в ветви системы
и сделать ее более устойчивой. В последние годы широкое
распространение получило парное кольцевание (напри-
мер, типовые проекты ЦНИИЭП жилища). Согласно
общепринятой методике проектирования, диаметры пода-
ющих трубопроводов подбирались по скорости 1—1,5 м/с
при расчетном водоразборе. Диаметры циркуляционных
трубопроводов назначались на 1—2 калибра меньше диа-
метров подающих трубопроводов.
Ниже представлен расчет ветви системы, обслуживаю-
щей четыре секции 9-этажного здания (рис. 8.1). Сопро-
тивление пары закольцованных стояков при требуемом
циркуляционном расходе равно 6 кПа. Требуемый цир-
куляционный расход по всем шести (четыре в ванных и
два в кухне) стоякам секции здания (для простоты счи-
таем все стояки увязанными в секционный узел с сопро-
тивлением 6 кПа) составляет 1200 л/ч. Рассчитываем
ветвь в режиме циркуляции при отсутствии водоразбора
методом скользящих перепадов. Расчет производим из
условия обеспечения требуемого циркуляционного расхо-
да в последнем секционном узле системы при сопротив-
лении секционного узла HUz=§ кПа (I вариант) и Ниг=
=40 кПа (II вариант).
Расчетные расходы определены, в соответствии с тре-
бованиями СНиП 2.04.01—85, при норме заселенности
4 чел. в квартире. Диаметры трубопроводов подобраны
по таблицам гидравлического расчета стальных труб
систем горячего водоснабжения с учетом зарастания (см
Рис. 8.1. Расчетная схема ветви системы горячего водоснабжения
245
прил. 6). Расчет ветви произведен по этим же таблицам,
но с учетом коэффициента Кехр.
Из табл. 8.1 видно, что при сопротивлении стояков
Ниг=Ъ кПа необходимый перепад давлений на ветвь в
циркуляционном режиме составит 131 кПа при общем
циркуляционном расходе 12,7 м3/ч, что в 2,65 раза боль-
ше суммы требуемых циркуляционных расходов или рав-
но величине расчетного водоразбора (3,52 л/с) (4,8 м3/ч).
При этом общий конструктивный параметр ветви системы
составит
а0 = HUZI{HP + Нс) = 6/57,1 = 0,105, (8.2)
где 57,1 — суммарные потери давления в подающей и циркуляционной маги-
стралях ветви системы при требуемых циркуляционных расходах во всех
стояках.
При объединении всех стояков секции в узлы и уве-
личении сопротивления каждого узла в пять раз, т. е. до
//и2=40 кПа при требуемом циркуляционном расходе
необходимый перепад давлений на узел в циркуляцион-
ном режиме равен 107 кПа при общем циркуляционном
расходе 6,2 м3/ч. При этом общий конструктивный пара-
метр ветви ао=4/5,71=О,7. Таким образом при увели-
чении сопротивления секционного узла в пять раз напор
насоса сократился на 22 %, а циркуляционный расход
в ветви за счет более равномерного его распределения —
в 2,05 раза.
Этот пример показывает, что системы горячего водо-
снабжения из типовых парнозакольцованных стояков тре-
буют значительных эксплуатационных затрат. Кроме то-
го, если в системе при отсутствии водоразбора циркуля-
ционный расход поддерживается на уровне расчетного
водоразбора, то при водоразборе в ней также сохраняется
и значительная циркуляция, вызывающая увеличение по-
терь давления в подающем трубопроводе.
Согласно II варианту расчета, наиболее эффективным
средством наладки систем горячего водоснабжения явля-
ется объединение отдельных стояков в секционные узлы
и повышение их сопротивления в циркуляционном режи-
ме. Увеличение сопротивления циркуляционного либо
циркуляционно-водоразборного стояка достигается уста-
новкой на нем диафрагмы. Диафрагму размещают вбли-
зи места присоединения стояка к циркуляционному тру-
бопроводу квартальной сети. Обычно применяемая регу-
лировка системы вентилями на циркуляционных стояках
в этом случае либо не требуется вообще, либо использу-
246
Расчет ветви системы
Номер участка Расчетный расход на водоразбор, <7В» л /с Диаметры труб, мм Длина участ- ка, м ?тр, л/с G ММ/М Н участка Номер узла Ар* мм в. ст. <?ц,л/с
подаю- щий 4П циркуля- ционный пода- юще- го цирку- ляцион- ного
1— 2 1,4 50 40 24 1200 1,74-8,4 244,8 605 {'г 600 1450 1200 1855
2—3 3—4 2,16 2,82 50 65 40 50 24 24 3065 7056 11,084-49,9 15,34-59 1595 2203 3593 4248 | 3 6638 3991
Головные участки ветви 3,43 65 50 24 12 661 — — — 4 13 089 5605
1—2 1,4 50 40 24 1200 1,74-8,4 244,8 605 1 4000 1200
2-3 2,16 50 40 24 2521 7,51—33,8 1081 2434 2 4850 1321
3—4 2,82 65 50 24 4256 5,54-12 792 1512 3 8365 1735
Головные участки ветви — — — — 6216 — — — 4 10 669 1960
Рис. 8.2. Примеры кольцевания водоразборных стояков при реконст-
рукции систем горячего водоснабжения
Д — место установки регулирующей диафрагмы
ется как дополнительная, позволяющая еще больше со-
кратить расход воды в системе. Выполнять такую регу-
лировку значительно проще, так как число стояков, при-
соединяемых к циркуляционной магистрали, сократилось
с трех до одного в каждой секции здания.
В ряде случаев в действующих системах горячего во-
доснабжения возникают затруднения с кольцеванием во-
доразборных стояков в секционные узлы. На рис. 8.2 при-
ведены примеры такого кольцевания. При парном коль-
цевании водоразборных стояков, проложенных в ваннах и
кухнях (рис. 8.2, а), все стояки секции объединяют под
потолком верхнего этажа кольцующей перемычкой. Од-
новременно стояки, присоединенные к циркуляционному
трубопроводу (кроме одного), обрезают и присоединяют
к подающему трубопроводу квартальной системы (рис.
8.2, б).
Возможно и другое решение (рис. 8.2, в). Все стояки
секции, присоединенные к циркуляционному трубопрово-
ду, обрезают и в подвале здания объединяют общей коль-
цующей перемычкой, которая одним общим трубопрово-
248
дом повышенного сопротивления присоединяется к цир-
куляционному трубопроводу в одной точке.
Для улучшения работы систем целесообразно созда-
вать комбинированные системы (рис. 8.2, г). При этом
ближайшие к ЦТП стояки, присоединенные к циркуляци-
онному трубопроводу квартальной сети, обрезают и при-
соединяют к подающему трубопроводу ветви. Не допуска-
ется объединение отдельных стояков до подключения их
к подающему трубопроводу, так как в этих стояках мо-
жет прекратиться циркуляция. В то же время такое объ-
единение (см. рис. 8.1, в) рекомендуется применять в
удаленных от ЦТП секциях зданий, поскольку оно позво-
ляет повысить сопротивление узлов и обеспечить более
равномерное распределение циркуляционного расхода.
Таким образом, ближайшие к ЦТП водоразборные стоя-
ки переводятся в режим работы с естественной циркуля-
цией, а удаленные продолжают работать с принудитель-
ной циркуляцией, которая обеспечивает достаточный
расход в подающей магистрали для поддержания естест-
венной циркуляции в ближайших стояках.
Требуемый циркуляционный расход рассчитывают по
заданному температурному перепаду узла. В стояках с
естественной циркуляцией температурный перепад мо-
жет превышать заданный из-за сокращения циркуляци-
онного расхода, однако его рекомендуется принимать та-
ким же, как и в удаленных секционных узлах.
Расчетный циркуляционный- расход равен сумме рас-
четных циркуляционных расходов по всем ветвям систе-
мы. Расчетный циркуляционный расход ветви системы
находят из выражения
<fir' = (1 + Р/4) + S<7^, (8.3)
где QC^2p ““ тРе<5уемый циркуляционный расход для
присоединяемых только к подающей магистрали данной
конструктивный параметр данной ветви системы.
секционных узлов,
ветви; 0 — общий
1 /Р = (HpdciT + Hcdcir), - (8.4)
где Нс^ — потери давления в секционном узле (стояке) системы при тре-
буемом циркуляционном расходе. Если концевые стояки ветви не объединя-
ются в секционные узлы, за величину Нс^ следует принимать наибольшее
сопротивление; По остальным узлам (стоякам) за требуемый циркуляционный
расход принимается расход, проходящий по этим узлам (стоякам) при выб-
ранном наибольшем сопротивлении; H^cir Нс&г — потери давления в пода-
ющем и циркуляционном распределительном трубопроводах ветви систе-
мы (от первого до последнего секционного узла, присоединенных к обоим
трубопроводам квартальной сети) при требуемых циркуляционных расходах
во всех секционных узлах (на рис. 8.2 участки 3—4 и 5—6).
249
Число секций, работающих с принудительной цирку-
ляцией, определяется из условия, чтобы при требуемых
циркуляционных расходах в этих узлах сумма потерь
давления в подающем и циркуляционном трубопроводах
(участки 3—4 и 5—6) не превышала сопротивления сек-
ционного узла.
Для поддержания расчетной циркуляции во всех вет-
вях системы необходимо, чтобы потери давления по цир-
куляционным кольцам каждой ветви при расчетных цир-
куляционных расходах не отличались бы друг от друга
более чем на 10 %.
Потери давления по циркуляционному кольцу ветви
составляют
Др = 2^ + Я„г(1+-|-)8, (8.5)
где Нс£ — потери давления по головным подающим и циркуляционным уча-
сткам ветви системы при расчетном циркуляционном расходе ветви (участ-
ки /—3 и 6 — 7).
Гидравлическая увязка отдельных ветвей системы до-
стигается установкой регулирующих диафрагм в голов-
ные участки циркуляционных трубопроводов ветвей
вблизи точек присоединения ветвей к циркуляционному
трубопроводу квартальной сети (точка D на рис. 8.1,г).
Установку регулирующих диафрагм следует предусмат-
ривать между фланцами расположенных на ветвях за-
движек. Каждая диафрагма должна иметь выступающую
за пределы фланца рукоятку с написанным на ней не-
смываемой краской диаметром отверстия диафрагмы.
8.5. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ
ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ПУТЕМ
ПРИМЕНЕНИЯ ЗАМЫКАЮЩИХ ПЕРЕМЫЧЕК
НА ВОДОНАГРЕВАТЕЛЯХ
Влияние остаточной циркуляции на потери
давления в водонагревателях
горячего водоснабжения
Поддержание у водоразборных кранов требу-
емой температуры воды достигается за счет постоянной
циркуляции ее в системе. В зависимости от размеров си-
стемы, наличия и эффективности теплоизоляции трубо-
259
проводов величина циркуляционного расхода может
варьироваться в довольно широких пределах. Степень
гидравлической увязки отдельных элементов системы
горячего водоснабжения также оказывает сущест-
венное влияние на величину циркуляционного рас-
хода.
Циркуляционный расход в течение суток изменяется
в зависимости от величины водоразбора и при расчетном
водоразборе может сократиться до нуля либо до неко-
торой величины, необходимой для поддержания задан-
ной температуры в наиболее удаленных частях системы.
Степень сокращения циркуляционного расхода при во-
доразборе принимается различная в разных проектных
организациях. В ряде случаев системы проектируют та-
ким образом, чтобы в них при водоразборе сохранялось
40—50 % циркуляции. Анализ тепловой обеспеченности
систем горячего водоснабжения показал, что циркуляция
в них при водоразборе в зависимости от параметра
qit/qeir должна изменяться от 0 до 35 % величины во-
доразбора.
В системах горячего водоснабжения, проектировав-
шихся ранее, гидравлическая увязка отдельных элемен-
тов системы при проектировании практически не произ-
водилась. Недостаточная прогреваемость этих систем
компенсировалась заменой при эксплуатации циркуля-
ционных насосов на более производительные. Изменение
величины необходимого циркуляционного расхода в за-
висимости от водоразбора показано на рис. 4.2, а.
Из графика видно, что чем меньше величина qh!qCuz
системы, тем больше необходимая величина циркуляци-
онного расхода qcfl!qrir , сохраняющегося при водораз-
боре qh(/qh—”1. Следует заметить также, что при водо-
разборе величиной =0,75 qh в любой системе сохра-
няется циркуляционный расход довольно большой
величины: qCh.lqCh =0,32—0,5. Эти расходы вызывают
увеличение потерь давления в подающих трубопроводах
системы, а также во II ступени водонагревателя. Изме-
нение расходов в подающих трубопроводах и водонагре-
вателе показаны на рис. 4.2, а. Водонагреватели горяче-
го водоснабжения подбирались только по величине рас-
четного водоразбора без учета сохраняющейся
циркуляции, поэтому увеличение расхода в нем на 30—
251
Рис. 8.3. Распределение пьезометрических давлений в системе горя-
чего водоснабжения при недостаточной прогреваемости стояков (а)
и улучшение прогреваемости врезкой перемычки на водонагревателе
(б)
50 % (рис. 4.2,6) при q'l/qh=\,5 приводит к увеличению
потерь давления в 1,69—2,25 раза.
Улучшить работу системы горячего водоснабжения
можно путем устройства во II ступени водонагревателей
перемычек, перепускающих циркуляционный расход ми-
мо водонагревателя1. На рис. 8.3, 8.4 показаны-два вари-
анта применения указанных перемычек. По трубопроводу
1 А. с. СССР № 896327.
252
Рис. 8.4. Распределение пьезометрических давлений в систе-
ме горячего водоснабжения при недостаточном напоре в
удаленных стояках (а) и увеличение напора врезкой пере-
мычки на водонагревателе (б)
1 холодная вода подается в I ступень водонагревателя 2,
В трубопровод, соединяющий первую 2 и вторую 3 сту-
пень, врезается циркуляционный трубопровод 4. Трубо-
провод горячей воды 6 и циркуляционный 4 соединяют-
ся между собой перемычкой 7 таким образом, чтобы цир-
куляционный насос 5 оказался в кольце системы, а не
в кольце II ступени водонагревателя.
На рис. 8.3 показано изменение пьезометрических
давлений в системе без перемычки и при врезке пере-
мычки. При недостаточном напоре циркуляционно-по-
высительного насоса и в результате разрегулировки цир-
куляции по системе в концевых секционных узлах
253
произошло полное опрокидывание циркуляции со значи-
тельным понижением температуры воды, поступающей
на водоразбор. Часть напора насоса при этом расходует-
ся на преодоление потерь во II ступени водонагревателя,
которые сами по себе увеличены за счет циркуляцион-
ного расхода. При врезке перемычки весь циркуляцион-
ный расход при водоразборе проходит из циркуляцион-
ной в подающую магистраль, минуя водонагреватель,
поэтому величина его становится больше, а весь напор
насоса расходуется только на систему. Эффект врезки
перемычки равноценен установке циркуляционно-повы-
сительного насоса большей мощности, так как увеличе-
ние напора насоса, действующего в системе, способст-
вует организации циркуляции в удаленных секционных
узлах при водоразборе.
На рис. 8.4 показан вариант применения перемычки
при недостаточном напоре насоса и появляющихся в
этой связи перебоев подачи воды на верхние этажи в
концевых по системе секционных узлах. Врезка пере-
мычки позволяет увеличить давление воды в системе за
счет снятия циркуляционного расхода с водонагревате-
ля. В то же время в циркуляционный трубопровод не-
обходимо врезать диафрагму с таким расчетом, чтобы в
системе не увеличивался циркуляционный расход, так
как увеличение циркуляции при водоразборе в наиболь-
шей степени преобразуется в потери напора по подаю-
щему трубопроводу.
Вывод формулы подбора перемычки
Для подбора перемычки рассмотрим работу
узла — водонагреватель с перемычкой в двух режимах:
водоразбора и циркуляции.
Сохраняющийся при водоразборе циркуляционный
расход проходит частично через перемычку дм>Р. и час-
dr 1
тично через водонагреватель цып? поскольку эти эле-
менты являются двумя параллельными ветвями общего
участка системы горячего водоснабжения.
< = + (8.6)
Из условия равенства потерь напора по обеим ветвям
НЪп—НьР можно записать
+ = $bp {qChbp^2
254
Рис. 8.5. Изменение потерь давле- днв /н^
ния в водонагревателе при пере- 1
броске сохраняющейся циркуляции
в перемычку
ИЛИ
sz-n (» + = sbp Wbpffl' (8.7)
Заменим в этом выражении
и получим выражение для характеристики гидравличе-
ского сопротивления перемычки SBp, выраженной через
характеристику гидравлического сопротивления II сту-
пени водонагревателя:
Sbp = Sbn - I]2- (8-8)
Задаваясь условием, что перемычка должна при во-
доразборе обеспечить переброску всего циркуляционного
расхода .мимо водонагревателя, т. е. при
qhjqh— i( получим
Sbp = 5Я1 {4hlqM>p}2
или, умножая и деля правую часть на qfir и учитывая,
что qhbpJqhi = 1, получим
5Ьр=5Ь11(У‘/С)2=5Л11/^2. (8.9)
Эффективность применения перемычки можно пока-
зать следующим: потери напора во II ступени водона-
гревателя при сохраняющейся циркуляции составят
ньп = 0 + ^1Г)2’
255
а при переводе циркуляции в подающий трубопровод по
перемычке
Ньп =
Сокращение потерь напора при этом равно
яйп/я;п = SMI f (1 + *rtr)2/$Wi = (1 + kcir)2. (8.10)
Практически использование перемычки для улучше-
ния прогрева системы может производиться следующим
образом: циркуляционный и подающий трубопроводы
соединяются трубопроводом диаметром 50 мм с венти-
лем. В подающий трубопровод за врезкой в него пере-
мычки врезается гильза с термометром. В период интен-
сивного водоразбора (21—22 ч) открывается вентиль
на перемычке таким образом, чтобы температура воды
за перемычкой была на один градус ниже, чем на выхо-
де из водонагревателя. На следующий день утром про-
изводится подрегулировка вентиля, если температура
воды после перемычки упала больше, чем на 2 °C. Такое
падение может произойти из-за увеличения циркуляции
в системе и в результате ошибки в оценке величины сох-
раняющейся циркуляции при водоразборе. Это связано
с общим понижением температуры воды в системе при
переброске перемычкой слишком большого циркуляци-
онного расхода.
Приложение 1
Нормы расхода горячей воды водоразборными приборами
Водоразборные приборы Раеход воды, л/о Характерный расход воды ва 1 ч, л
Смесители:
умывальника 0,7 80
мойки 0,14 100
душа 0,1 150
ванны 0,2 200
ножной ванны 0,08 175
проходного ножного душа в бассей- 0,14 430
нах
ручной ванны 0,1 250
полудуша 0,1 215
видуара 0,14 —
контрастного микробассейна 0,2 145
оздоровительного (циркулярного, 0,5 1620
пылевого, дождевого и струевого душа)
плескательного детского бассейна (с душем) 0,2 125
Краны: 0,2 145
раковины
мойки 0,2 280
водоразборной колонки в мыльне 0,4 1000
поливочной для уборки помещений 0,2 —
ванны в мыльной 0,4 330
моечной ванны 0,3 1080
оздоровительной ванны 0,4 490
Душ в групповых установках 0,2 360
Биде 0,07 —
Посудомоечная машина 0,3 1080
17—807
257
Приложение 2
Зависимость NPy4[Nr, от дГуч и
#р /Я При AZ
уч уч уч
‘’уч 2 3 1 4 5 1 6 8 10 | 20 40 | 80 | 120 | 160 | 200 >200
0,015 66,7 66,7 66,7 66,7 66,7 66,7 66,7 66,7 66,7 66,7 66,7 66,7 66,7 66,7
0,03 39,5 39,5 39,5 39,5 39,5 39,5 39,5 39,5 39,5 39,5 39,5 39,5 39,5 39,5
0,04 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32
0^05 27,3 27,3 27,3 27,3 27,3 27,3 27,3 27,3 27,3 27,3 27,3 27,3 27,3 27,3
0,075 20,7 20,7 20,7 20,7 20,7 20,7 20,7 20,7 20,7 20,7 20,7 20,7 20,7 20,7
ол 17'5 17,5 17,5 17,5 17,5 17,5 17,5 17,5 17,5 17,5 17,5 17,5 17,5 17,5
0,125 14,92 14,92 14,92 14,92 14,92 14,92 14,92 14,92 14,92 14,92 14,92 14,92 14,92 14,92
0,15 13,3 13,3 13,3 13,3 13,3 13,3 13,3 13,3 13,3 13,3 13,3 13,3 13,3 13,3
0,2 9,75 11,23 11,23 11,23 11,23 11,23 11,23 11,23 11,23 11,23 11,23 11,23 11,23 11,23
0,25 7,8 9,86 9,86 9,86 9,86 9,86 9,86 9,86 9,86 9,86 9,86 9,86 9,86 9,86
0,3 6,68 8,08 8,08 8,08 8,08 8,08 8,08 8,08 8,08 8,08 8,08 8,08 8,08 8,08
0,4 5 6,5 7,25 7,63 7,63 7,63 7,63 7,63 7,63 7,63 7,63 7,63 7,63 7,63
0,5 4 5,2 6,3 6,5 6,78 6,78 6,78 6,78 6,78 6,78 6,78 6,78 6,78 6,78
0,6 3,33 4,12 5,33 5,8 6 6,18 6,18 6,18 6,18 6,18 6,18 6,18 6,18 6,18
0,8 2,5 3,56 4,31 4,63 4,94 5,25 5,38 5,38 5,38 5,38 5,38 5,38 5,38 5,38
1 2 3 3,6 4 4,15 4,55 4,75 4,85 4,85 4,85 4,85 4,85 4,85 4,85
1,25 1,6 2,36 3,04 3,36 3,6 3,8 4,16 4,38 4,38 4,38 4,38 4,38 4,38 4,38
1,5 1,33 2 2,58 3 3,23 3,47 3,7 4,05 4,05 4,04 4,04 4,05 4,05 4,05
1,75 1,71 2,28 2,63 2,91 3,23 3,37 3,79 3,79 3,79 3,79 3,79 3,79 3,79
2 — 1,5 2 2,38 2,67 2,95 3,13 3,53 3,59 3,59 3,59 3,59 3,59 3,59
Й2§?00 tj со* сч сч COlOCOOO ь» co «©Ф сч сч сч"сч —4 IQ ОТ Ю ’Х|1СЛ0101 сч сч сч сч со со от СЧ —* ' О сч сч сч сч 2,06 1,96 1,88 1,82 1—4 —М —* —Ч счот LOLOLO Ф ^4 гЧ гН нН
со"сосч"сч co to co oo r- CDJ/^Ф сч"сч"сч"сч —4 LOOT ю Ф со сч сч счсч"сч сч" со соот см _ _ о сч сч"сч сч СО со 00 сч оот ооЗо^ сч"»-** с© со og Ф —-4 Г"4 —< ь- ь- сч от LO LQ Ю ф —"4 т—4 —4 1—4
й 2 S5 оо 00 со сч сч CO LO CO oo Г". CO Ю Ф* сч сч"счсч т-м ю от ю Ф СО сч^сч сч сч сч сч СО СО от СЧ^-^сЭ сч сч"сч сч СО СО 00 сч ФОТ 00 00 сч»-*" »-* со со 00 Ф ь- ь- со со ("4 —“4 »—4 1—4 г- г- счот LO Ю Ш ф *—• 1—4 1—4 1—4
Й28Й СО сосч сч co to co oo b- CO LO Ф сч сч"сч"сч" ^сой сч сч сч сч сч с© COOT сч^-^о сч"счсчсч со со г* о^от^оо^ь- сч .-Г»-? ф СО Ь; СЧ b* со ио ю •—4 4—4 —4 т—4 сч сч сч от Ю Ю LO Ф
LO Ю ОТ ь- Ф-чОТ оо со 00 сч сч CD Ю co oo О Ф tfW счсч"сч"сч г-ч LOOT Ю Ф сосч^сч сч"сч"сч"сч" LO СО —« ^0^0 сч"сч"сч сч сч от ОТ 00 СО сч —< — Ю СЧ СО СЧ со со ю ю 1—4 т—4 »—4 1—4 00 00 Ф Ф СО СО СО СОж
00 со сч СЧ lo co Ь^СО^Ф Ф* сч"сч сч сч сч сч сч сч Ф ю Ф со о от от от СЧ*~«" оо S ft &5 яН г—4 сч ю счоо Ю Ф Ф со 4—4 1—4 т-Н «—4 1,34 1,28
00 LOOT —• счот от^со 00 СЧ сч сч ОТ co Ю 00 Ф^СО^СЧ -Н сч сч"сч сч Ф 00 сч сч сч 1,8 1,75 1,7 1,64 СЧ LO со со СО ф СОСЧ W-И *—4 wн яН Illi 1111
•О ОТ ОТ ю 00 Ю ОТ —* сч сч сч сч 00 СЧ ю О (ОТ OOJO сч *-*"’-* г-Г от со ю со со 1—4 —4 т—1 —4 со ”-111 —н 1111 1111 1111
оо ОТ Ь- 10^00^ сч сч сч сч 1,88 1,71 1,57 1,44 1,32 1111 1111 till 1111
—4 оо ф о- СО О 00 СО сч" сч" LO СОл | | г-< 1—4 1111 1111 1111 Illi 1111
г- со оо t^iO^O СЧ -«* LO ”.111 1111 1111 1111 Illi 1111
Ь- 00 ю СО Ф сч | 1111 1111 1111 Illi 1111
1—«1—• 1-4
"-III Illi Illi Illi Illi Illi Illi
Illi Illi Illi Illi 1 1 1 1 1111 1 1 1 1
ф^оо^сч^со СЧ СЧ co co LO LO Ф Ф Ю LO ю ю со со ьГ LO Ю оо оо" от от" Ф СЧ Ф со < >“•< «“Н Ю 00 Ф СЧ lO сч сч сч LO Ь«.*ф LO ф сч СО СО Ф
17*
259
N уч
2 3 4- 1 5 1 6 8
45 — —
50 — — —- — — ——
55 — — — — ——
60 — — — — — —
70 —- — — — —
80 — — — — — —
90 — —— — — —— —
100 — — — — — —
120 — — — — — —
140 — — — —• —- ——
160 — — — — —— —
180 — — — — — ——
200 — — —
250 — — — — — —
300 — — — — —— —
400 — — — — — —
500 — — — —
600 — — — — — —
700 —— —— — — — —-
800 — — — — — —
Продолжение прил. 2
ЛР^приЛ^
10 20 40 80 | 120 160 200 | | >200
1,33 1,46 1,46 1,46 1,46
___ 1,33 1,43 1,43 1,43 1,43
— 1,32 1,41 1,41 1,41
— — — 1,32 1,39 1,39 1,39
1,35 1,36 1,36 1,36
— — — — — 1,33
— — —. —. — — — 1,31
— — — — —• — — 1,3
—. — — — 1,27
— — —— — —- — 1,25
— — — — — — — 1,23
— — —- — — — — 1,22
— — — —- — — — 1,21
—- — —— —. — — 1,19
—— —— — — —• 1,17
— — — — — — —— 1,15
— — — — — — 1,13
— — •— —— -— 1,12
—— — — — —— — — 1,11
— •— —— — 1,105
Приложение 3
Теплопотери трубопроводов секционных узлов
и квартальных сетей
Таблица 1
Теплопотери трубопроводов секционных узлов
системы горячего водоснабжения
Место и способ прокладки Теплопотери 1 м трубопровода, ккал/ч, при диаметрах
15 20 25 | 32 40 | 50 70
17 19,1 23,4
Главные подающие —- — —— — 21,8 24,5 Oft
стояки при прокладке их в штрабе или в коммуникационной шахте, изолирован- ои
ные
Водоразборные стоя- ки без полотенцесуши- 9,7 10,8 11,9 13,5
12,8 14,2 15,7 17,8 —- —-
телей, изолированные,
при прокладке их в шахте сантехнической
кабины, в борозде или в коммуникационной
шахте 17,8 20,7 25,3
То же, с полотенцесу- шителями 23,4 27,3 33,3 —
20,7 25,5 30,2 37,8
Водоразборные стоя- ки, неизолированные, при прокладке их в шахте сантехнической 27,3 33,6 39,8 49,8
кабины, борозде, ком- муникационной шахте или открыто в ванной
комнате, кухне
Распределительные трубопроводы и под- ключающие участки стояков (подающие):
в подвале и на лестничной клет- 13,5 15 16,5 18,8 20,8 23,4 28,6
16,6 18,4 20,3 23,1 25,6 28,8 35,2
ке, изолированные 11,6 13 14,3 16,3 17,9 20,2 24,6
на теплом черда- ке, изолированные 14,7 16,5 18,1 20,6 22,7 25,6 31,2
261
Продолжение табл, 1
Теплопотери 1 м трубопровода, ккал/ч, при
Место и способ прокладки диаметрах
15 20 25 | | 32 40 50 70
Распределительные трубопроводы и под- ключающие участки стояков (подающие): 18,5 1
16,6 20,3 23,2 25,6 28,8 35,2
на холодном чер- даке, изолирован- 19,7 21,9 24,1 27,5 30,4 34,2 41,8
ные 10,9 12,1 13,3 15,1 16,7 18,8 23
То же, циркуляцион- ные в подвале, изоли- 14 15,6 17,1 19,4 21,5 24,2 29,6
рованные 9 10 И 12,6 13,8 15,6 19,1
на теплом черда- ке, изолирован- 12,1 13,4 14,8 16,9 18,6 21 25,7
ные 14 15,6 17,1 19,4 21,5 24,2 29,6
на холодном чер- даке, изолирован- 17,1 19,1 20,9 23,7 26,3 29,6 36,2
ные 20 24,6 29,2 36,6 43 52 72
в помещениях квартиры, неизо- 26,9 33,1 39,3 49,2 57,8 69,9 96,8
лированные 23,5 28,9 34,2 42,8 50,3 60,8 84,5
на лестничной клетке, неизоли- рованные 30,4 37,4 44,2 55,4 65,1 78,7 109,4
Циркуляционные сто- яки при прокладке 8,4 9,4 10,3 11,7 12,9 14,6 17,8
11,5 12,9 14,1 16 17,7 20 24,4
их в штрабе сантех- нической кабины или
в ванной комнате, изолированные
То же, неизолирован- ные 18,6 23 27,1 34 40 48,3 67,2
25,5 31,5 37,1 46,6 54,8 66,2 92,1
Примечание. В числителе указаны теплопотери 1 м трубо-
провода системы горячего водоснабжения, присоединенного к закры-
тым системам теплоснабжения, в знаменателе — к открытым систе-
мам теплоснабжения; при переводе ккал/ч в Дж/ч (Си) значения
умножить на 4,2,
262
Таблица 2
Теплопотери изолированного трубопровода квартальной сети при
различных условиях прокладки
Диаметр, мм Теплопотери 1 м трубопровода, ккал/ч
подающего циркуляционного
в подвале | в канале в подвале | в канале
пал 54,6 48,5 44,1 37,8
67 60,9 56,7 50,4
150 42 37,4 37 29,1
51,5 47 47,6 38,8
125 43,2 38,4 34,9 29,9
53 48,2 44,9 39,9
100 37 32,8 29,8 25,6
45,4 41,2 38,3 34,1
80 32 28,4 25,8 22,1
39,3 35,7 33,2 29,5
70 28,6 25,2 23 19,7
35,1 31,7 29,6 26,3
50 23,4 20,7 18,8 16,1
28,7 26 24,2 21,5
20,8 18,4 16,7 14,3
чи 25,5 1 23,1 21,5 19,1
263
о Приложение 4
Технические характеристики водонагревателей
Т аблица 1
Технические характеристики водо-водяных водонагревателей
Обозначение Длина трубок, мм Внутренний диаметр кор- пуса» мм Площадь по- верхности нагрева од- ной секции, м* Число тру- бок, шт. Площадь живого сече- ния трубок, м2 Площадь сечения межтрубного пространства, м2 Эквивалентный диаметр, м2
01 ОСТ34-588-68 2000 50 0,37 0,00062 0,00116
02 ОСТ34-588-68 4000 0,75 5 0,0129
03 ОСТ34-588-68 2000 69 0,65 0,00108 0,00233 0,0164
04 ОСТ34-588-68 4000 1,31 7
05 ОСТ34-588-68 06 ОСТ34-588-68 2000 4000 82 1,11 2,24 12 0,00185 0,00287 0,0133
07 ОСТ34-588-68 08 ОСТ34-588-68 2000 4000 106 1,76 3,54 19 0,00293 0,005 0,0155
09 ОСТ34-588-68 10 ОСТ34-588-68 2000 4000 158 3,4 6,9 37 0,0057 0,0122 0,0207
И ОСТ34-588-68 12 ОСТ34-588-68 2000 4000 207 5,89 12 64 0,00985 0,02079 0,0215
13 ОСТ34-588-68 14 ОСТ34-588-68 2000 4000 259 10 20,3 109 0,01679 0,03077 0,0195
15 ОСТ34-588-68 16 ОСТ34-588-68 2000 4000 309 13,8 28 151 0,02325 0,04464 0,0208
17 ОСТ34-588-68 18 ОСТ34-588-68 2000 4000 359 19,8 40,1 216 . 0,03325 0,05781 —
19 ОСТ34-588-68 2000 408 25,8 0,04356 0,07191
20 ОСТ34-588-68 4000 52,5 283 —-
21 ОСТ34-588-68 22 ОСТ34-588-68 2000 4000 512 41 83,4 450 0,06927 0,11544 —
Таблица 2
Основные параметры и размеры водоподогревателей, выпускаемых заводом «Сантехоборудование»
___________________________Москвы с блоком опорных перегородок____________________________
Обозначение Поверх- ность нагрева секции, м2 Число тру- бок, шт. Живое сечение трубок, м2 Живое сечение межтруб- ного про- странства, м2 Эквива- лентный диаметр межтруб- ного про- странства, м2 Размеры, мм Масса, кг
Д Д1 а Ly н сек- ции пере- хода кала- ча
ПВО-50-0,75 ПВО-50-0,75 (2) 0,75 4 0,0062 0,00116 0,0129 57 45 45 147 68 200 37,0 5,5 8,6
ПВС-70-1,32 ПВО-70-1,32 (4) 1,32 7 0,00108 0,00233 0,0164 76 57 57 178 78 200 52,4 6,8 10,9
ПВС-80-1,88 ПВО-80-1,88 (6) 1,88 10 0,00154 0,00327 0,0172 89 76 76 217 83 240 64,2 8,2 13,2
ПВС-100-3,58 ПВО-100-3,58 (8) 3,58 19 0,00293 0,005 0,0155 114 89 89 249 300 97,1 10,5 17,7
ПВС-150-6,98 ПВО-150-6,98 (Ю) 6,98 37 0,0057 0,0122 0,019 168 133 133 338 88 400 193,8 17,4 32,8
ПВС-200-11,51 ПВО-200-11,51 (12) 11,51 61 0,00939 0,02139 0,0224 219 159 168 449 138 500 301,3 26,0 54,3
ПВС-250-20,56 ПВО-250-20,56 (14) 20,56 109 0,01679 0,03077 0,0191 273 219 219 594 148 600 461,7 34,9 81,4
ПВС-300-28,56 ПВО-ЗОО-28,49 (16) 28,49 151 0,02325 0,04464 0,0208 325 219 273 594 188 600 594,4 42,8 97,3
265
Примечание. Рабочее давление — 1 МПа (10 кгс/см2). Температура греющей воды — 150°C. Пример услов-
ного обозначения при заказе: ПВС (ПВО)-50-0,75 (2), где ПВС — подогреватель для горячего водоснабжения,
(ПВО) — подогреватель для отопления, 50 — условный диаметр корпуса, мм, 0,75 — поверхность нагрева, м2, (2) —
соответствует присоединительным размерам подогревателя- № 2 по ТУ 400-28-429-82Е.
Освоение выпуска секций: 1986 rw — диаметром 168, 219, 325 мм; 1987 г. — диаметром 57, 76, 89, 114 мм (окрас*
ка светлая).
Разработчик документации — объединение Мосспецпромироект.
266
Таблица ,3
Основные показатели пластинчатых теплообменников с пластинами 0,3 и 0,6 по каталогу
ЦИНТИхимнефтемаш, М., 1974 г.
Тип пластины и исполнение Поверх- ность теплооб- мена, м2 Число пластин в аппара- те, шт. Размеры» мм Масса, кг Стои- мость, руб. Удельные показатели (на 1 м2 поверхности*
ши- рина высо- та габарит- ная длина пластин общая масса аппарата, кг стои- мость, руб.
3,0 12 360 1600 525 38,4 305 1060 101,6 353,3
4,0 16 360 1600 545 51,2 320 1 100 80,0 275,0
0,3 на консольной раме 5,0 20 360 1600 565 64,0 340 1200 68,0 240,3
6,3 24 360 1600 585 76,8 355 1300 56,3 206,0
8,0 30 360 1600 615 96,0 380 1400 47,5 175,0
10,0 36 360 1600 645 115,2 405 1600 40,5 160,0
12,5 44 410 1800 1565 140,8 604 2 000 48,3 160,0
16,0 56 410 1800 1650 179,2 648 2 200 40,5 137,5
0,3 на двухопорной раме 20,0 70 410 1800 1745 224,0 702 2 400 35,1 120,0
25,0 86 410 1800 1860 275,2 764 2500 30,5 100,0
0 ,3 на трехопорной раме с 31,5 108 410 1800 2980 345,6 1234 39,17
40,0 136 410 1800 3250 435,2 1337 — 33,4 —
промежуточной плитой 50,0 170 410 1800 3560 544,0 1470 —- 29,4
10,0 20 600 1790 685 116,0 1003 2 700 100,3 270,0
12,5 24 600 1790 715 139,2 1031 3000 82,4 240,0
0,6 на консольной раме 16,0 30 600 1790 760 174,0 1081 3200 67,5 200,0
20,0 36 600 1790 805 208,8 1126 3 300 56,3 165,0
25,0 44 600 1790 865 255,2 1187 3600 47,4 144,0
31,5 56 600 1770 1463 324,8 1307 4300 41,4 136,5
40,0 70 600 1770 1558 406,0 1407 4700 35,1 117,5
50,0 86 600 1770 1673 498,8 1519 5300 30,3 106,0
63,0 108 600 1770 1823 626,4 1677 6000 26,6 95,2
80,0 136 600 1770 2023 788,8 1878 7 200 23,4 90,0
0,6 на двухопорной раме 100,0 170 600 1770 2258 986,0 2120 8 000 21,2 80,0
110,0 186 600 1770 2368 1078,8 2236 8 300 20,3 75,4
125,0 210 600 1770 2538 1218,0 2406 9 300 19,2 74,4
140,0 236 600 1770 2723 1368,8 2590 10 100 18,5 72,0
150,0 252 600 1770 2833 1461,6 2706 10500 18,04 79,0
160,0 270 600 1770 2958 1566,0 2838 10900 17,7 68,1
180,0 304 640 1780 3930 1763,2 3926 ____ 21,8 ___
200,0 340 640 1780 4190 1972,0 4179 20,8
0,6 на трехопорной раме с 220,0 372 640 1780 4410 2157,6 4405 20,02
250,0 420 640 1780 4750 2436,0 4745 18,9
промежуточной плитой 280,0 472 640 1780 5120 2735,6 5111 — 18,2 —
300,0 504 640 1780 5340 2923,2 5337 17,7
320,0 504 640 1780 5590 3132,0 5592 —— 17,4 —
Примечание. В каталог 1983 г. внесены следующие изменения:
1. Для каждого варианта исполнения допускается изготовление теплообменника с любым числом пластин в диапа-
зонах, указанных в таблице. 2. Максимальная поверхность теплообменников с пластинами 0,3 ограничена вели-
чиной 20 м2. 3. Пластины типа 0,6 выпускаются с различными углами пересечения вершин гофр (60° и 120°). Для
исполнения на трехопорной раме диапазон поверхностей от 200 до 300 м2.
267
268
Гидравлический расчет стальных труб систем горячего водоснабжения
Приложение 5
Таблица 1
Расход воды, л/с Скорости движения воды о» м/с, и удельные потери давления в трубях 1, кг/м8. с учетом зарастания в процессе эксплуатации при условных диаметрах
15 20 25 32 40 60 | 65 80 | ! 90 | 100 1 | 125 150 | | 200 250
o,i 0,87 0,42 0,24 0,13
294,8 38,1 8,5 1,5
0,15 1,31 663,2 0,63 87,2 0,36 20,25 0,19 3,43 0,14 1,56 —- — — — —— —’ —•
0,2 1,74 1179,1 0,84 154,9 0,48 36 0,25 6,1 0,19 2,76 0,11 0,61 —- . — — —- —- — —*
0,25 2,18 1842,3 1,05 242,1 0,6 56,25 0,32 9,5 0,24 4,31 0,14 0,96 —* — —- — —- —•
0,3 1,26 338,7 0,72 81 0,38 13,1 0,28 6,21 0,16 1,38 — — — —- —* — —-
0,4 —- 1,68 619,9 0,96 144 0,51 22,4 0,38 11>04 0,22 2,45 — —* — — —• — — —
0,5 —• 2,1 968,6 1,19 225 0,63 38,1 0,47 17,25 0,27 3,8 —— — —* — — —•
0,6 —• 2,52 1443,1 1,43 324 0,76 54,9 0,57 24,85 0,32 5,52 —— —— — — — —* —
0,7 — 1,67 417,2 0,89 74,7 0,66 33,82 0,38 7,51 0,23 1,94 0,16 0,69 0,114 0,3 —' — — —
0,8 — — 1,91 545 1,01 97,6 0,76 44,17 0,43 9,81 0,26 2,53 0,18 0,9 0,13 0,39 0,1 0,2 —• — —’ *
0,9 — 2,14 689,7 1.14 123,5 0,85 55,91 0,49 12,42 0,29 3,4 0,2 1,14 0,147 0,5 0,114 0,26 — —- —
1 — —- 2,39 851,5 1,27 152,5 0,95 69,02 0,54 15,33 0,33 3,96 0,22 1,4 0,163 0,61 0,13 0,32 — —
1,5 1,9 1,42 0,81
343,2 155,29 34,5
2 —— —- 1,89 1,08
276,01 61,32
2,5 —- — 2,4 1,35
431,4 95,81
3 ** 1,62
137 137,97
3,5 — __ __ 1,88
187,79
4 — — — — 2,17
245,28
4,5 —— — — — — 2,44
310,43
5 — — — — — —
5,5 — —- —• — —• —
6 — *— — —- —- —
6,5 — — — — —
7 — — — — —
7,5 — — — — — —
8 — —’ — — —• —*
8,5 — — — — — —-
9 — — — — — «ми*
КЗ
о CD
0,49 0,33 0,244 0,19
8,9 3,16 1,38 ’ 0,71
0,65 0,45 0,33 0,254
15,82 5,62 2,45 1,27 —
0,82 0,56 0,41 0,32 0,2 0,14
24,73 8,78 3,83 1,98 0,58 0,22
0,98 0,67 0,49 0,38 0,24 0,17 — —
35,6 12,64 5,5 2,85 0,83 0,32
1,15 0,78 0,57 0,45 0,28 0,2 —
48,46 17,2 7,5 3,88 1,14 0,44
1,31 0,89 0,65 0,51 0,32 0,22 —.
63,3 22,46 9,79 5,07 1,49 0,57
1,47 1 0,73 0,57 0,36 0,25 —— —
80,11 28,43 12,39 6,42 1,89 0,72
1,64 1,11 0,82 0,64 0,4 0,28 0,16 0,1
98 35,1 15,3 7,93 2,33 0,89 0,19 0,058
1,8 4,23 0,9 0,7 0,44 0,31 0,18 0,11
119,7 42,5 18,5 9,6 2,82 1,08 0,23 0,069
1,96 1,34 0,98 0,76 0,48 0,34 0,19 0,12
142,4 50,5 22 П,4 0,36 1,29 0,28 0,082
2,13 1,45 1,06 0,83 0,52 0,37 0,21 0,13
167,1 59,3 25,9 13,4 3,94 1,51 0,32 0,098
2,29 1,56 1,14 0,89 0,56 0,39 0,22 0,14
193,8 68,8 29,9 15,5 4,57 1,75 0,38 0,11
2,45 1,67 1,22 0,96 0,6 0,42 0,24 0,15
222,5 79 34,4 17,8 5,24 2,01 0,43 0,13
— 1,78 1,3 1,02 0,64 0,45 0,25 0,16
89 39,1 20,3 5,97 2,29 0,49 0,15
— 1,89 1,39 1,08 0,68 0,48 0,27 0,173
101,4 44,2 22,9 6,73 2,59 0,55 0,16
—— 2,01 1,47 1,15 0,72 0,51 0,29 0,18
113,7 49,6 25,7 7,55 2,9 0,62 0,18
Продолжение табл. 1
270
P&C.XQR ВО- ДЫ, Л/С Скорости движения воды у, м/с, и удельные потери давления в трубах z, кг/м2» с учетом зарастания в процессе эксплуатации при условных диаметрах
15 | 20 25 32 40 50 65 | 80 1 90 1 1 100 1 | 125 150 | 200 250
10 — — — — — — — 2,23 140,4 1,63 61,2 1,27 31,7 0,8 9,32 0,56 3,58 0,32 0,78 0,2 0,23
15 — — — — — —- — — 2,45 137,7 1,91 71,3 1,21 20,97 0,84 8,01 0,48' 1,72 0,31 0,51
20 — — — — — — — — — — 1,61 37,29 1,12 14,3 0,64 3,07 0,41 0,91
25 — — — — — —• — — — — 2,01 58,26 1,4 22,36 0,8 4,8 0,51 1,42
30 — — — — — — — — — —- 2,41 83,9 1,69 32,2 0,95 6,9 0,61 2,05
35 — — — — — — — *— — — — 1,97 42,83 1,П 9,4 0,71 2,79
40 — — — — — — — — —- — — 2,25 57,25 1,27 12,3 0,81 3,65
45 — — — — — — — — — — — — 1,43 15,5 0,92 4,62
50 — — —- — — — —- — — — — — 1,59 19,16 1,01 5,7
60 — — — — — — — — — — — —— 1,91 27,6 1,22 8,2
70 — — — — — — — — —• — — — 2,23 37,6 1,43 11,2
80 — — — — —— — — — — 1,63 14,6
90 — — 1,83 18,5
100
110
120
2,04
22,9
2,24
27,6
2,44
32,8
Таблица 2
расход во- ды, л/с Скорости движения воды v, м/с, и удельные потери давления в трубах i. кг/м8, без учета заоастания (для
систем с непосредственным водоразбором из тепловой сети) при условных диаметрах
15 20 1 25 32 40 50 65 80 | 90 | 100 125 150 | | 200 | | 250
0,05 о,3 0,14 -
17,6 3,4 —
0,1 0,5 0,3 0,2 0,1
70,4 13,6 3,6 0,8
0,15 0,8 0,4 0,3 0,1 0,11 - -
158 30,6 8 1,7 0,85
0,2 1 0,6 0,3 0,2 0,15 -
281 54,4 14,3 3,1 1,5
0,25 1,3 0,7 0,4 0,25 0,19 0,11 —
440 84,9 22,3 4,9 2,4 0,6
0,3 1,5 0,8 0,5 0,3 0,23 0,14
633 122,3 32,1 7 3,4 0,85
0,4 2,1 1,1 0,7 0,4 0,3 0,18 0,11
1126 217 57,1 12,4 6,1 1,5 0,4
0,5 2,6 1,4 0,9 0,5 0,4 0,23 о,1 —
1759 340 39,2 19,4 9,4 2,4 0,25
0,6 •— 1,7 1 0,6 0,4 0,27 0,12 —
489 128 28 13,6 3,4 М
to • Продолжение табл. 2
Расход во- ды, л/с Скорости движения воды у, м/с, и удельные потери давления в трубах кг/м*» без учета зарастания (для систем с непосредственным водоразбором из тепловой сети) при условных диаметрах
15 20 25 32 40 50 65 80 90 | 100 125 | 150 200 250
0,7 —- 2 666 1,2 175 0,7 38 0,53 18,6 0,32 4,7 — 0,14 0,5 0,1 0,2 — — — — —
0,8 — 2,3 870 1,4 228 0,8 50 0,61 24,3 0,37 6,1 0,23 1,7 0,16 0,6 0,1 0,3 — —
0,9 — 2,5 1101 1,6 289 0,9 62,9 0,7 30,7 0,41 7,7 0,25 2,2 0,18 0,8 0,1 0,4 — — —
1 — 2,8 1359 1,7 357 1 77,9 0,76 37,9 0,45 9,5 0,28 2,7 0,2 1 0,15 0,5 —• —
1,5 — 2,6 803 1,4 175 1,14 85,3 0,68 21,4 0,42 6,1 0,29 2,3 0,22 1 0,17 0,55 0,1 0,14 — —
2 — — 2 311 1,5 151 0,91 38 0,57 10,8 0,39 4 0,29 1,8 0,23 0,98 0,14 0,25 0,1 0,12
2,5 — — — 2,5 486 1,9 137 1,1 59,4 0,71 16,9 0,49 6,3 0,36 2,9 0,29 1,5 0,17' 0,38 0,13 0,7 — —~
3 — — — 3 699 2,3 341 1,4 85,5 0,85 24,3 0,59 9,1 0,44 4,1 0,35 2,2 0,21 0,55 0,16 0,27 — ——
3,5 — —• — 2,6 464 1,6 116 0,99 33,1 0,69 12,4 0,51 5,6 0,4 3 0,24 0,75 0,18 0,36 —
4 — — — — 1,8 152 1,1 43,2 0,79 16,1 0,58 7,3 0,46 3,9 0,27 0,98 0,21 0,47 0,12 0,11 —-
4,5 — — — — 2 192 1,3 54,7 0,88 20,4 0,66 9,3 0,52 4,9 0,31 1,2 0,25 0,6 0,3 0,13 —
5 — — — — — 2,3 238 1,4 67,5 0,98 25,2 0,73 11,5 0,58 6,1 0,34 1,5 0,26 0,74 0,15 0,16
5,5 — — — — — 2,5 287 1,6 81,6 1,1 30,5 0,8 13,9 0,63 7,4 0,38 1,9 0,29 0,9 0,16 0,2
18—807 273
1,7 1,2 0,88 0,69 0,41 0,31 0,18 ___
97,2 36,3 16,5 8,8 2,2 1,1 0,24
1,8 1,3 0,95 0,75 0,45 0,34 0,18 —
114 42,6 19,4 10,3 2,6 1,3 0,28
2 1,4 1 0,81 0,48 0,37 0,2 —-
132 49,5 22,5 12 3 0,5 0,3
2.1 1,5 1,1 0,87 0,55 0,39 0,22 0,14
152 56,8 25,8 13,7 3,9 1,7 0,37 о,н
2,3 1,6 1,2 0,92 0,55 0,42 0,24 0,15
173 64,6 29,3 15,6 3,9 1,9 0,42 0,13
2,4 1,7 1,2 0,98 0,56 0,44 0,25 0,16
195 72,9 33,1 17,6 4,4 2,1 0,48 0,14
2,5 1,8 1,3 1 0,62 0,47 0,27 0,17
219 81,8 37,1 19,8 5 2,4 0,53 0,16
2,7 1,9 1,4 1,1 0,65 0,5 0,28 0,18
244 91,1 41,4 22 5,5 2,7 0,6 0,18
2,8 2 1,5 1,1 0,69 0,52 0,3 0,19
270 100,9 45,9 24,4 6,1 3 0,66 0,2
2,9 2,2 1,7 1 0,78 0,45 0,28
227,1 103,2 54,9 13,8 6,7 1,49 0,44
2,9 2,3 1,4 1 0,59 0,38
183,5 97,6 24,6 11,9 2,6 0,79
2,9 1,7 1,3 0,74 0,47
152,6 38,4 18,5 4,1 1,2
. 2,1 1,6 0,89 0,57
55,4 26,7 5,9 1,8
2,4 1,8 1 0,66
75,3 36,3 8,1 2,4
___ 2,8 2,1 1,2 0,75
98,4 47,4 10,6 3,2
— 2,4 1,3 0,85
60 13,4 4
Продолжение табл. ?
Расход во- ды, л/с Скорости движения воды v, м/с, и удельные потери давления в трубах 1, кг/м*, без учета зарастания (для систем с непосредственным водоразбором из тепловой сети) при условных диаметрах
15 20 25 32 40 50 | 65 1 ! 80 | 90 | 100 | 125 | 1 150 1 200 1 250
50 — — — — — — — — — — —- 2,6 74,1 1,5 16,5 0,94 4,9
60 — — — — — — — — —- — — — 1,8 23,8 1,1 7,1
70 — — — — — — — — — — — — 2,1 32,4 1,3 9,7
80 — — — — — — — — — — — 2,4 42,3 1,5 12,6
90 — — — — — — — —• — — — — 2,7 53,5 1,7 16
100 — — — — — — — — — — — — 3 66,1 1,9 19,8
ПО — — — — — — — — — — — — — 2,1 23,9
120 — — — — — — — — — — — — — 2,3 28,4
130 — — — — — — — — — — — — — 2,4 33,4
Приложение 6
ПРИМЕР РАСЧЕТА ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ
ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Исходные данные для подбора водонагревателей горячего водо-
снабжения ЦТП на 1516 условных квартир (заселенность 3,5 чел.
в одной квартире).
Расход воды на горячее водоснабжение, м3/ч:
секундный qh . . . ♦ .
расчетный часовой i •
средний часовой q^ ,
77,6 (21,57 л/с)
68,5
26,7
Расчетные теплопотери трубопроводами горячего водоснабжения
Q* = 0,348 МВт (по расчету).
Расчетный часовой расход тепла на горячее водоснабжение
Q^ = <7^c(55—Zc) + Q/ = 68,5.1,163.103(55 — 2) +
+ 348 000 = 4 569 000 Вт = 4,569 МВт.
Среднечасовой расход тепла на горячее водоснабжение
Q* = <$ с (55 — ^) + Q* = 26,7-1,163-103 (55 — 2) +
+ 348 000 = 1 999 000 Вт == 1,999 МВт.
Приведенный расчетный расход воды на горячее водоснабжение
при температуре горячей воды на выходе из водонагревательной ус-
тановки th—60 °C
Qhr 4 569 000 ,
q„ = —г-------—-------------------= 68 000 кг/ч.
Чр — (60 — 2)1,163.103
Расчетный расход тепла на отопление (принимается по проекту)
QP =5,815 МВт.
Принимаем, что внутренние тепловыделения QB составляют 25 %
расчетного расхода тепла на отопление, температура внутреннего воз-
духа в квартирах tr в расчетном режиме 18 °C, а при tex>—10 °C она
равна 21 °C. Тогда расход тепла на отопление в точке излома тем-
пературного графика (при tex =2 °C) составит
Qi = (С + <?») “ qb ={51815 +1 •455) х
21__9
X -------~ — 1,454 = 1,686 МВт.
18 + 26
Водонагреватели подбираем для двух вариантов схем присое-
динения тепловых сетей: смешанной с ограничением расхода или
последовательной; смешанной без ограничения расхода.
Вариант 1. Расчет водонагревателей горячего водоснабжения,
18* 275
подключенных по последовательной или смешанной схеме с огра-
ничением максимального расхода сетевой воды при повышенном
температурном графике в тепловой сети.
Температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети Tj =
= 150 °C при расчетной наружной температуре, в точке излома гра-
фика 1^=80 °C при tex =2 °C. Температура воды в обратном трубо-
проводе из систем отопления для тех же условий соответственно
12=70 °C и 12=41,7 °C.
Температура нагреваемой воды после I ступени водонагревате-
лей горячего водоснабжения
/* = т' — 6,7 = 41,7 — 6,7 = 35 °C.
Расчетный расход сетевой воды на ввод при х=1,2
55 —
t Q^ + x(Q?-Q,)-^ZZ + ^
QtOt __ _____________________00 1_______ =
(11-12) С
55____35
1,686 + 1,2(1,999 — 0,349) —----— + 0,349
оо — 2 .
= 62,4 м3/ч.
(80 — 41,7) 1,163-103 * * *
QtOt =
5 815 000 „„ „ .,
с (150 — 70) 1,163-103 “ • м/ч-
Принимаем большее значение G*O,=62,5 м3/ч.
Теплопроизводительность водонагревателя I ступени определя-
ем по балансовой нагрузке:
Qy = 95.x( 4’ —/с) с = 26,7-1,2(35 — 2) 1,163-Ю3 = 1,233 МВт.
Температуру обратной воды на выходе из водонагревателя нахо-
дим по формуле
т1_/_______2L_41 7_ 1233°0°_____ 41 7- 17-24 7 °С
2 2 Gtotc —41,7 62(5.1116з.10з -41’7 17 —24,7 С.
Температурный напор водонагревателя I ступени равен
Д/1 = = (24,7-2)-(41,7-35) = 13 2
22,7 ’
2’31g-iT
1|— ?
2,3 lg ----.
Теплопроизводительность водонагревателя II ступени определяем
по расчетной часовой нагрузке:
Q*J = dhhr — Q? = 4,569 — 1,233 = 3,336 МВт.
Температура обратной воды на выходе из водонагревателя при
276
условии, что вся сетевая вода проходит через водонагреватель II
ступени, составит
.. Qn 3336000 _
тА1 = Т,-----— =80-------—-----------= 80 — 46,2 = 33,8 42.
2 1 Gfotc 62,5-1,163.10»
Температура нагреваемой воды на входе в водонагреватель 11
ступени при расчетном водоразборе
?----= 60- ^"^- =60 — 42,5 = 17,5 °C.
1 ол, 68.1,163.10»
Температурный напор водонагревателя II ступени
д/и = (^-?)-(т2*-^) = (80 - 60)-(33,9-17,5) =
20 ’
2-3,615У
rj-/1
2,3 18 -7---г;
-II _ Jw
*2 — Z,
В соответствии с табл. 4.3 принимаем двухпоточную водонагрева-
тельную установку с условным диаметром водонагревателей 250 мм.
Техническая характеристика одной секции (ОСТ 34-588-68) следу-
ющая;
Условный диаметр мм • 250
Площадь поверхности нагрева Fe, м2 . . 20,3
Площадь живого сечения трубок /2, м2 . , 0,01679
Площадь сечения межтрубного пространств
ва Л, м2 ............................. 0,03077
Эквивалентный диаметр, di, м . • • « * 0,0195
Результаты расчета водонагревателей сведены в табл, L
Округленно принимаем четыре секции в I ступени и шесть секций
во II ступени.
Потери давления по нагреваемой воде в обеих ступенях водона-
гревателя Н определяем при расчетном секундном расходе горячей
воды;
/7 = 0,75*,10* = 7500.4.0,642.10= 123 000 Па,
О 6
где
<7* 77.6 Л ,
w* =----------=-----------------= 0,64 м/с.
2 3600fa2 3600.2.0,01679
Вариант 2. Расчет водонагревателей горячего водоснабжения,
подключенных по смешанной схеме без ограничения при нормальном
отопительном графике температур воды в тепловой сети.
Температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети при
расчетной наружной температуре Ti==150°C в точке излома графи-
ка при 1ех^2 °C она составит ==70°С.
Температура воды в обратном трубопроводе из систем отопления
для тех же условий соответственно т£=70°С и Т2«42 °C,
277
Таблица 1
Расчет водонагревателей, подключенных по последовательной или
смешанной схеме с ограничением
Элемент расчета Расчетные формулы Расчетные величины
Водонагреватель I сту« пени
Средняя температура греющей воды, °C ’тй=(т2 + т2)/2 33,3
Скорость воды в меж- трубном пространстве, м/с Wt = 0м /(3600/,-2) 0,282
Коэффициент теплоотда- чи от греющей воды к стенкам трубок подогре- вателя, Вт/(м2«°С) at = (1210 + 18imd - 0,038 X ш?-8 X (TTOd)?l — 1,163 dj* 1409
Средняя температура на- греваемой воды, °C 'w = (‘l+d/2 18,5
Расход нагреваемой во- ды, М3/ч ' ?i = «т X 32
Скорость воды в труб- ном пространстве, м/с w2 = 9*/(3600/f2) 0,264
Коэффициент тепловос- приятия от стенки тру-' бок к нагреваемой воде, Вт/(м2-°С) a, = f 1210 + 18^ — 0.038X X(tmd)*]—— 1,163 42 1239
Коэффициент теплопере- дачи с учетом снижения его на 30 %, Вт/(м2*°С) Площадь поверхности на- грева, М2 Число секций = 21Z l/“i+ l/a, Fl = Q?/( Az1 ft1) m = Fl /(2FC) Водонагреватель II сту- пени 458 177 4,3
Средняя температура греющей воды, °C Скорость воды в меж- трубном пространстве/ м/с Tmd=(Ti + x")/2 ш^^ДЗбОО/^) 56,9 0,282
278
Продолжение табл. 1
Элемент расчет*» Расчетные формулы Расчетные 1 величины 1
Коэффициент теплоотда- чи от греющей воды к стенкам трубок подогре- вателя, Вт/(м2-°С) cq = [1210 + 18?md — 0,038х X (rmd)2J — 1,163 * 1685
Средняя температура на- греваемой воды, °C <rod=(^+^)/2 38,8
Скорость воды в трубках, м/с ш2 = ^/(3600f2 2) 0,562
Коэффициент тепловос- приятия от стен трубок к нагреваемой воде, Вт/(м-°С) а, = [1210 + 18/md — 0,038х 48 X(/m<i)?] 1,163 4 2741
Коэффициент теплопе- редачи с учетом сниже- ния на 30 %, Вт/(м2*°С) ,п_ 0,7 722
1/^+1/а,
Площадь поверхности нагрева, м2 220
Число секций m=fn/(2fj 5,4
Температура нагреваемой воды после I ступени водонагревате-
лей горячего водоснабжения
/* = т' —10 °C = 42 — 10 = 32 °C.
Расчетный расход сетевой воды на отопление
Расчетный расход сетевой воды на I ступень горячего водоснаб-
жения при условии, что температура воды после водонагревателя
равна температуре воды из системы отопления,
55 — fi
и = ------------—--г ------- =
(Т1-Г2) с
279
(456Э000 — 348000) + 348 000
~2 = 67,1 м»/ч.
(70 — 42) 1,163-10»
Расчетный расход на ввод воды из тепловой сети
= 0Ле + GW = 62>5 4-67,1 = 12Э.6 м»/ч.
Теплопроизводительность водонагревателя I ступени
<?1=^( с = 68(32 — 2) 1,163-103 = 2,373 МВт.
Температура воды на выходе из водонагревателя I ступени
, . Q? 2 373 000
’2 = т2 — = 42----п . '..а <А1) ' = 42 — 15,7 = 26,3 °C.
2 2 Gtotc 12Э,6-1,163-10» ’ ’
Температурный напор водонагревателя I ступени
Лл (T2-n-(T2-*?) (26,3 — 2) — (42 — 32)
-г-/0 231gJhl
2,3 !g-— 2’3Ig ю
Т2~Ч
Теплопроизводительность водонагревателя II ступени
Qn = Q*r— 0? = 4.56Э- 2,373 = 2,196 МВт.
Температурный напор водонагревателя II ступени определим
как среднеарифметическую разницу температур греющей и нагре-
ваемой воды; так как Tj——rf:
а,п _ т» + т“ /±£ _ 70 + 42 60 + 32
2 2 2 2 ’
Выполним расчет водонагревателей для секций условным диа-
метром 250 мм при двухпоточной установке. Результаты расчета све-
дены в табл. 2. Округленно принимаем четыре секции в I ступени и
шесть секций во II ступени,
Табл. 3 с результатами расчета водонагревателя во всем диапа-
зоне возможных нагрузок ЦТП подтверждает, что суммарное число
секций в установке не превышает принятых 10.
Однако расчет схем во всем диапазоне наружных температур
показал, что при одной и той же суммарной площади поверхности
водонагревателей при смешанной схеме целесообразно иметь боль-
шую поверхность в I ступени. При этом с падением наружной тем-
пературы ниже расчетной для подбора водонагревателей горячего
водоснабжения сокращаются расход воды из тепловой сети и ее тем-
пература на выходе из ЦТП, поэтому в смешанной схеме окончатель-
но принимаем к установке семь секций в I ступени и три секции во
II ступени водонагревателей. В последовательной схеме остаются че-
тыре секции в I ступени и шесть секций во II ступени.
280
Таблица 2
Расчет водонагревателей, подключенных по смешанной схеме без
ограничений
Элемент расчета Расчетные формулы Расчетные вёл&чиаы
Водонагреватель I ступени
Средняя температура греющей воды, °C ттй=(Т2 + тШ2 34
Скорость воды в меж- трубном пространстве, м/с Wi = Gtot/(3600fv2) 0,586
Коэффициент теплоотда- чи от греющей воды к стенке трубок, Вт/(м2*°С) Of = (1210 + ISrmd — 0,038 X <8 X(Tmd)2l— 1,163 d?*2 2940
Средняя температура на- греваемой воды, °C 17
Скорость воды в труб- ном пространстве, м/с 0,562
Коэффициент тепловос- приятия, Вт/(м2«°С) a, = [1210 + 18/^— 0.038X w2°’8 2593
X^)?] — 1.163 4‘2
Коэффициент теплопере- дачи, Вт/(м2*°С) fti=— 1 /«! 4-1 /aa 952
Площадь поверхности нагрева, м2 F1» A1) 161
Число секций m=FiZ(2Fe) 3,9
Водонагреватель II ступени
Средняя греющей е температура юды, °C t} + — 2 55,9
Скорость трубном м/с воды в меж- пространстве, Wi = Gw/(3600/r2) 0,304
281
Продолжение табл. 2
Элемент расчета Расчетные формулы h о Э _£1_
Коэффициент теплоотда- чи, Вт/(м2*°С) а, = [1210+ 18rmd —0.038Х 2064
X(Tmd)*] „,1.163 dp2
Средняя температура на- греваемой воды, °C ^ = ( <Л+^)/2 46
Скорость воды в трубах, м/с ^ = <$/(36004.2) 0,562
Коэффициент тепловос- а2 = [1210+1&т<г-0,038 X 3373
приятия, Вт/(м2 • °C) ^’8 Х(^)?] g, 1,163 4г’
Коэффициент теплопере- *п = — 885
дачи, Вт/(м2*°С) 1 /о&1 4* * /аа
Площадь поверхности нагрева, м2 F" = (&/[ Д/11 Л») 252
Число секций т= F"/(2Fe) 6,3
Табл и ц а 3
Расчет числа секций водонагревателя на всем диапазоне возможных нагрузок ЦТП
Условное число квартир, обслу- живаемых ЦТП Число секций водонагревателя в одном потоке в I и II ступенях для типоразмеров
2X150 2X200 | 2X250 2X300
500 650 3,4+6,7 4+6,1 — — —
650 1200 — 3,5+5,5 4+5,5 — —
1200 1500 2200 3,8+5 4,3+5,5 4,4+5,3
2200 3200 4,2+5 4,4+5,2
282
Приложение 7
РАСЧЕТ СЕКЦИОННОГО УЗЛА 12-ЭТАЖНОГО ЖИЛОГО ДОМА
Секционный узел обслуживает 48 квартир. Каждая квартира
оборудована ваннами, мойками, умывальниками. Общее число при-
боров в узле
#=48-3=144.
Расчетный мгновенный расход по узлу =6014 л/ч (1,67 л/с).
В двух (в плане) квартирах применено функциональное зониро-
вание, т. е. сантехкабины расположены у спальной комнаты, поэтому
на кухне требуется прокладка индивидуального стояка для мойки.
Схема секционного узла приведена на рисунке. В соответствии
с таблицей выбираются диаметры водоразборных стояков и других
Расчетная схема секционного узла
участков трубопроводов секционного узла. Стояки в ванных комнатах
с полотенцесушителями — (/=25 мм, стояки в кухнях — (/=20 мм.
Проверка правильности выбора диаметров стояков
Расчетные расходы воды в стояках (/=25 мм—^=2628 л/ч
(0,73 л/с). При расходе 0,7 qhsi =0,511 л/с скорость движения воды
составляет У= 1,19 м/с, т. е. менее 1,5 м/с; в стояках (/=20 мм qhsi =
283
Тепловой и гидравлический расчет узла
Номера участков Условный диаметр тру- бопровода мм Потери теп- лоты 1 м q, Вт/ч Длина участ- ка lt м Полные поте- ри теплоты участком Q = q • Z, Вт Режим циркуляции
Расход воды в участке q, л/с Удельные по- тери напора i, Пз/м (1 + /ср H = i- IX х (1 4- KJ, Па
I 2 3 4 5 6 7 8 9
1—2 40 24,1 1,7 41.1 0,33 75 1,2 153
2—3 40 24,1 1.7 41,1 0,22 33 1,2 67
3—4 32 21,8 2,0 46,6 0,165 41 1,2 98
4—5 25 19,1 2,8 53,6 0,11 109 1,2 366
2—6 25 19,1 0,8 15,3 0,11 109 1,2 105
6—7 25 19,1 4,3 82,2 0,055 27 1,2 139
6—8 20 18,56 6,9 120 0,055 117 1,2 969
3—9 25 19,1 4,3 82,4 0,055 27 1,2 139
4—10 25 19,1 4,3 82,4 0,055 27 1,2 139
5—11 20 17,4 6,2 107,8 0,055 117 1,2 870
5—12 25 19,1 4,3 82,4 0,055 27 1,2 139
7—13 25 35 59,4 2079,8 0,055 27 1,5 2406
13—19 25 12,76 10,2 130,1 0,055 27 1,2 330
8—14 20 29,6 30,8 911 0,055 117 1,1 3964
14—19 20 11,6 5,0 58 0,055 117 1,2 702
9—15 25 35 59,6 116 0,055 27 1,5 2414
15—22 25 12,76 3,8 47,5 0,055 27 1,2 123
10—16 25 35 59,4 2079,8 0,055 27 1,5 2406
16—21 25 12,76 3,8 48,4 0,055 27 1,2 123
11—17 20 29,6 30,8 911 0,055 117 1,1 3964
17—20 20 11,6 5,0 58 0,055 117 1,2 702
12—18 25 35 59,4 2079,8 0,055 27 1,5 2406
18—20 25 12,76 10,2 130,1 0,055 27 1,2 330
20—21 25 12,76 10,0 127,6 0,11 109 1,2 1308
21—22 25 12,76 2,2 28 0,165 245 1,2 647
22—23 25 12,76 2,5 31,9 0,22 436 1,2 1308
19—23 25 12,76 7,5 97 0,11 109 1,2 981
SQBZ= 1166 С 36 В®
= 1618 л/ч (0,45 л/с); при расходе 0,7 q^t =0,31 л/с скорость движе-
ния воды составляет ц = 1,26 м/с—1,5 м/с. Принятые диаметры удов-
летворяют условию допустимых скоростей.
Трубопроводы водоразборных стояков неизолированы, остальные
трубопроводы в пределах подвала и «теплого» чердака покрыты сло-
ем теплоизоляции. Секционный узел присоединяется к теплосети за-
крытого типа.
Из теплового расчета 11661 Вт.
Циркуляционный расход в узле
qc£ = 10052,9/8,5 = 1182,7 л/ч (0,33 л/с).
Расход воды в стояке
<fs[=<fuzln = И82,7/6 = 197,1 л/ч (0,055 л/с).
Суммарные потери давления в подающей части через стояки
S#i = И х_2 + #2—6 + #6—7 + #7—13 + # 13—19 + # 19—23 ==
= 1533 + 105 + 139 + 2406 + 330 + 981 = 4114 Па;
= #1—2 + Я2—6 + #6—8 + #6-14 + #14—19 + #19—23 =
= 153 + 105 + 969 + 3964 + 702 + 981 = 6874 Па;
2#Ш # 1—2 4“ #2—3 + #3—9 4“ #9—15 4“ #15—22 4“ #22—23
= 153 + 67 4- 139 + 2414 + 123 + 1308 = 4204 Па;
2#1 V = #1-2 + #2—3 4- #3-4 4- #4-10 4- #10-16 + #16-21 +
4- #21-22 4- #22-23 = 153 + 67 + 98 + 139 + 2406 + 123 + 647 +
+ 130? == 4941 Па;
2#V = #1—2 + #'2—3 + #3—4 4“ #4—5 4“ #5—11 4" #11—17 4“ #17—20
4- #20-21 + #21-22 4- #22-23 = 153 + 67 4~ 98 + 366 + 870 +
+ 3964 + 702 4- 1308 + 647 4- 1308 = 9483 Па;
S#VJ = #1—2 + #2—3 4“ #3—4 4“ #4—5 4“ #5—12 4~ #12—18 4“
4- #18—20 4“ #20—21 + #21—22 4“ #22—23 “
= 153 4- 67 + 98 4- 366 4- 139 + 2406 4- 3306 4- 1308 + 647 +
4- 1308 = 6822 Па.
Потери напора в подающей части секционного узла при цирку-
ляции
Нриг = (2Я1 + 4- 2#ш 4“ 2#iv 4“ 2#v 4~ S#Vi)/6=
= (4114 4- 6874 4- 4204 4- 4941 + 9483 4- 6822)/6 = 6073 Па.
Задаемся потерями давления в секционном узле Ямг=60 000Па.
Отсюда расчетные потери давления в циркуляционном стояке состав-
ляют
=в ниг _ нриг = 60 000 — 6073 = 53927 Па.
286
Длина циркуляционного стояка 1С${ =47,2 м.
Hst 53927
~ 47,2 (1 + 0,25) а“
при расходе ?с1г=0,33 л/с, d=25 мм, t=980 Па/м
= И (1 + Ki) = 980.47,2.1,25 = 57820 Па.
Общие потери давления в узле в циркуляционном режиме со-
ставляют
Ниг = + Нр'иг = 57820 + 6073 == 63893 Па.
Ввиду того что превышение сопротивления составляет менее
10 %, принимается диаметр циркуляционного стояка 25 мм. Тепло-
потери циркуляционного стояка Quz = 34,2-47,2-1,16= 1872,5 Вт.
Расчетные потери давления при водоразборе
/ V
ЯЙИ2 = ай Ниг I I
\ Qcir /
где ^=0,4 — коэффициент, учитывающий конструкцию секционного
узла.
(1 67
—4— =62211 На.
0,33 }
По результатам расчета составляется таблица выходных пара-
метров секционного узла, необходимая для ручного или машинного
проектирования квартальных систем горячего водоснабжения.
Выходные параметры узла
1. Этажность здания ....................... • . . . 12
2. Число квартир ................................ 144
3. Расчетные расходы:
на водоразбор:
л/с............................................ 1,67
л/ч........................................... 6014
циркуляционный:
л/с ... ...................................... 0,33
л/ч...........................................1 182,7
4. Теплопотери подающей частью узла, Вт ...... И 661
То же, циркуляционным стояком, Вт..............1 872
5. Расчетные потери напора, Па:
на водоразбор ................................... 62211
при циркуляции................................ 63 893
6. Характеристики гидравлического сопротивления Па/(кг/ч)2
подающей части узла
Нриг 6073 , .Л в
Р“г~ {яиг}2 ~ 1182>73 ~ ’
циркуляционного стояка
Н%г = )2 = 57820/1182,72 = 41,3-10“3
287
Приложение 8
РАСЧЕТ ВНУТРИКВАРТАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Вариант 1
1. Исходные данные
Схема квартальной сети горячего водоснабжения с указанием
длин участков сети и номеров секционных узлов (см. рисунок). Но-
мера участков (в кружочках) обозначаются по номеру узла (или
точки разветвления), располагающегося на конце участка по ходу
движения воды от ЦТП.
Для расчета принимаются величины зарастания трубопроводов
накипью и продуктами коррозии в соответствии с данными СНиПа,
а также коэффициенты опытного увеличения потерь давления в тру-
бопроводах:
для подающей магистрали Кехр=5,0;
288
для циркуляционной магистрали /(дер » 2,5;
для стояков и секционных водоразборных узлов К0хр=1,О.
Для каждой ветви системы определяется максимальный расчет-
ный напор, м, в основании водоразборного узла:
где Hgeod — разность геодезических отметок основания соответствую-
щего секционного узла и оси хозяйственного насоса; — геомет-
рическая высота здания; Ниг — потери напора в узле в режиме водо-
разбора; Hj — потери напора в квартирной подводке и свободный
напор.
Для каждой ветви системы определяются удельные потери на-
пора (табл. 1).
Таблица 1
№ ветви № узла Циркуля- ционный расход ПО узлу л/с 1ребуемый напор в основании сек- ционного узла, PUf м Расстояние QT ЦТП до f-го узла, lf м Удельные по- тери напора по ветке, Л Па/м
10 0,18 124
1 9 0,18 41,9 91 24,3
8 0,18 65
17 0,18 278
16 0,18 252
2 15 0,18 40,1 219 11,9
14 0,18 193
13 0,23 123
3 12 0,23 39,6 101 27,6
23 0,18 266
22 0,18 240
4 21 0,18 42,7 207 10,8
20 0,18 181
19—807
289
Продолжение табл. 1
№ ветви № узла Циркуля* ЦИОННЫЙ расход По узлу gClrt л/о Требуемый напор в основании сек* двойного узла, Puz' м Расстояние от ЦТП до Z-ro узла /, м Удельные потери напора по ветке, Z, Па/м
27 0,23 340
5 26 0,23 45,8 315 6,94
25 0,23 290
30 0,18 212
6 29 0,18 47,8 179 9,59
28 0,18 153
7 0,18 152
6 0,18 39,1 119 22,8
7
5 0,18 93
4 0,18 67
36 0,18 514
35 0,18 488
8 34 0,18 44,1 462 5,15
33 0,18 429
32 0,18 403
9 38 1,08 47,8 212 9,59
10 39 0,18 22,4 90 69,6
11 40 0,18 14,1 84 91,0
12 37 1,08 51,3 393 3,67
ЦТП
290
Из табл. 1 за расчетную ветвь при водоразборе принимается
ветвь с минимальными i (ветвь 12).
1=36,2 Па/м; Я=85260 Па
№ участ- ка Число квартир 47», Л/с а (1 + kl) kexp d, мм 03 к о, м/с со с £ Вт/м
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И
37 72 2,2 16 6 65 188 0,72 18 009 29,5 467
31 251 5,26 ПО 6 125 25 0,43 16 500 44,5 4895
24 427 8,44 126 6 150 26 0,48 19 580 43,38 5 466
19 682 11,42 74 6 150 46 0,65 20 557 43,38 3210
18 1027 16,0 57 6 200 19 0,51 6 559 56,26 3207
1 1495 22,0 10 7,5 200 37 0,7 2 760 56,26 563
1393 | 83965 — 17808
Принимаем к установке водонагреватель 14 ОСТ 588—68 с услов-
ным диаметром 250 мм при двухпоточной схеме обвязки /р~
=0,01679 м2; I ступень — 7 секций; II ступень — 3 секции.
Циркуляционно-повысительный насос К90/20а (4к-18а)
Ветвь 36-31
i = 18009/1376 = 21,9 Па/м; Н = 18 009 Па.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 и
36 36 1,44 26 6 80 28,9 0,32 4509 37,1 965
35 72 2,21 26 6 100 14,9 0,29 2339 43 1118
34 108 2,89 33 6 100 26,1 0,37 5180 43 1419
33 144 3,52 26 6 125 11,17 0,28 1742 50,1 1303
32 180 4,13 26 6 125 14,6 0,32 2271 44,5 1157
137 16 041 | | 5962
Ветвь 27-24
^27-24 == (18 009 + 16 500)/73-6 = 73 Па/м; А Н = 34 509 Па.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 и
27 36 1,44 25 6 65 87 0,49 13 083 33 325
26 72 2,21 25 6 80 66,6 0,49 9 996 37,1 927
25 108 2,89 23 6 90 50,5 0,47 6 964 34,8 800
1 73 1 30143 | 2552
19*
291
Ветвь 30-24
/30.24 = (18 009 + 16 500)/ (94-6) = 61 Па/м; Д Н = =34 509 Па.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
30 36 1,44 33 6 ' 65 82 0,47 16 144 33 1089
29 72 2,21 26 6 80 66,6 0,49 10 395 37,1 965
28 108 2,89 95 6 90 47 0,46 9878 34,8 1218
| 98 1 36417 | 3272
Ветвь 23-19
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
23 36 1,44 26 6 65 81,5 0,47 12719 33 858
22 72 2,21 33 6 80 66,6 0,49 13186 37,1 1224
21 108 2,89 26 6 90 50,5 0,47 7 873 41 1066
20 144 3,52 40 6 90 73,5 0,57 17 640 34,8 1392
I 125 1 I 51407 | 4540
/зэ.19 = (34 509 + 19 580)/(125-6) = 73 Па/м.
Ветвь 38-19
= 54 089/(71 -6) = 127 Па/м; Д Я = 54 089 Па.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
38 245 5,16 71 6 100 83 0,66 36 508 38 2698
Ветвь 39-18
^39-18 = (54 089+20 557)/(6 *23)=74 646/138=541 Па/м; Д Я=74 646 Па
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 п
39 245 5,16 23 6 80 361 1,14 50 397 32,9 759
292
Ветвь 40-18
^40-18 =®74 646/(6-17) =с 732 Па/м; А Н = 74 646 Па.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 п
40 100 2,75 17 6 65 304 0,92 31007 29,2 496
Ветвь 17-3
t17.3 = 81 205/(268-6) = 50 Па/м; А Н « 81 205 Па.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 и
17 36 1,44 26 6 65 80 0,47 12 719 33 858
16 72 2,21 33 6 80 65,6 0,49 13194 37,1 1224
15 108 2,89 26 6 80 115,6 0,69 18 039 37,1 965
14 144 3,5 100 6 100 38 0,45 22 814 38,2 3800
11 216 4,7 75 6 125 17,8 0,36 1323 44,5 3 338
2 468 9,97 8 6 125 91 0,8 4 384 44,5 356
| 268 | 72473 10561
Ветвь 13-11
/13.п = 75 498/(6-30) = 419 Па/м
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
13 36 1,44 22 6 50 315 0,79 41 580 27 594
12 72 2,21 8 6 65 187 0,72 8976 29 232
50556 826
Ветвь 7-2
/7.2 = 76821/(153-6) = 837 Па/м.
1 2 3 4 б 6 7 8 9 10 и
7 36 1,44 33 6 65 81,5 0,47 16144 33 1089
6 72 2,21 26 6 80 66,6 0,49 10 395 37,1 962
5 108 2,89 26 6 80 115,6 0,65 18039 37,1 962
4 144 3,52 33 6 90 68,6 0,55 13 588 41 1353
3 180 5,27 35 6 100 87,5 0,68 18 316 38 1330
76 482 5969
293
Ветвь 10-3
Go-з = 58 505/(71 -6) = 136 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 и
10 36 1,44 33 6 65 81,5 0,47 16144 33 1089
9 72 2,21 26 6 65 188 0,72 29 328 33 858
8 108 2,89 12 6 80 115 0,65 8326 37 444
53 798 2391
Подбор циркуляционной магистрали
Ветвь 36-31
=(62720—503)/(111*3) = 62217/(111 -3) = 187 Па/м
| № уч. । O/ir *ь Q • л/е Z, м D, мм & л 4 Па/м 1 к* vclr. м/с Нс1т, мм nd Вт/м е Qctt Вт
36 1,44 0,18 26 80 70,5 3 48 32 0,23 3 744 17,5 455
35 2,21 0,39 26 100 73 3 219 32 0,51 16 926 17,5 455
34 2,89 0,63 33 100 246 3 285 40 0,35 28 375 19,4 567
33 3,52 0,9 26 125 114 3 135 50 0,51 10530 21,8 567
503 59 576 | 1 2117
Ветвь 27-24
^27-24 = <62 720—929)/(50»3) = 61 791/(50-3) » 412 Па/м.
1 2 3 4 5 б 7 8 ь 10 11 12 13
27 4,44 0,23 25 65 334 3 352 25 0,48 26 400 15,5 386
26 2,21 0,54 25 80 595 3 450 32 0,69 33 750 17,5 438
929 | 60150 | 824
294
Ветвь 30-24
^зо-24 = (62 720—645)/(59• 3) = 62 075/(59-3) =* 350 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
30 1,44 0,18 33 65 252 3 285 25 0,43 28235 15,5 511
29 2,21 0,43 26 80 393 3 302 32 0,57 23619 17,5 455
645 1 | 51 854 966
Ветвь 23-20
<23.20 = <62720—1040)7(3-85) = 61 680/(3-85) = 242 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 п 12 13
22 1,44 0,18 26 65 198 3 28,5 25 0,43 22 230 15,5 403
23 2,21 0,4 33 80 432 3 219 32 0,51 21 681 17,5 578
21 2,89 0,66 26 90 410 3 285 40 0,61 22 230 19,4 504
110401 1 1 | 66141 1485
Ветвь 17-3
i17 3 = (62 720—1548)/(3 - 85) = 61 172/(3-85) = 240 Па/м. ’
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 п 12 13
17 1,44 0,18 26 65 199 3 285 25 0,43 22 230 15,5 403
16 2,21 0,4 33 80 410 3 219 32 0,51 21 681 17,5 578
15 2,89 0,66 26 80 939 3 243 40 0,57 22 230 19,4 504
1548 66 141
Ветвь 13-11
/13.п = (62 720—650)/(22-3) = 62 070/(22-3) = 940 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
13 1,44 0,18 22 50 650 3 285 25 0,43 22 230 15,5 341
295
Ветвь 7-2
= (62 720—1477)/(3-118) = 61 243/(3-118) = 173 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 . 9 10 и 12 13
7 1,44 0,48 33 65 252 3 285 25 0,43 22 230 15,5 511,5
6 2,21 0,4 26 80 430 3 219 32 0,51 17 082 17,5 455
5 2,89 0,66 26 80 885 3 285 40 0,61 22 230 19,4 504
1477 61 542 I 1470,5
Ветвь 10-2
<10-2 = <62 720—683)/(3-59) = 62 037/(3-59) = 350 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
10 1,44 0,18 33 65 252 3 285 25 0,43 28 215 15,5 511
9 2,21 0,43 26 80 431 3 219 32 0,51 17 082 17,5 455
683
45297 966
Подбор головных участков циркуляционной магистрали
i = 95 209/(403' 3) = 79 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
32 4,13 1,17 26 125 182 38 65 0,39 559 4 357 22,8 5928
31 5,26 2,25 ПО 125 3021 3 80 0.5 666 22 638 25,6 2916
24 8,44 3,85 126 150 4073 3 90 0,63 882 33 340 27 3402
19 11,42 5,87 74 150 5431 3 100 0,75 108 24 000 29,6 2190
18 16 6,23 57 200 993 3 125 0,52 386 6 603 34,7 1978
1 22 9,4 10 200 503 4,5 125 0.76 824 3 708 34,7 347
14 203 94 643 16 661
Напор циркуляционно-повысительного насоса в режиме цирку-
ляции Я^=216 Па.
Потери во II ступени водонагревателя
Яп=1000-к-ш./г-У2=1000.4-0,75-3(9,4/2-1000-Др)2 = 6909 Па,
Потери напора на головной циркуляционной магистрали расчет-
ной ветви
= 215 600—6909—14 203-39 200—59 576—503 = 95 209 Па.
296
i=(503+182+59 576+4357—4341)/(3-16)=60 277/(3-16)=1256 Па/м
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
37 2,2 1,08 7 9 65 4341 3 32 40 1,4 1,04 1808 818 37 968 22086 11,7 14,3 82 129
I 60 054 |
211
/=(64 618+3021+22 688—929—60 150—674)/(3-23)=413 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
25 2,89 0,9 16 7 65 677 3 3 548 40 50 0,85 0,49 26 304 2562 14,3 18,7 229 131
/=(90 277—645—51 854—612)/(3-35)=37 166/(3 28 866 •35)=354 | 360 l Па/м.
1 2 3 4 6 6 7 8 9 10 11 12 13
28 2,89 0,72 2 33 90 612 3 732 331 32 40 0,89 0,66 4 392 32 768 П,7 14,3 23 472
/= (902774-4073+33 340—1597)/(3-71)=126 093/( 37161 3-71)=5 92 Па 495 /м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 и 12 13
38 5,16 1,08 46 25 100 1597 3 818 182 40 50 1,04 0,6 11 288 1365 14,3 18,7 658 468
12 653 1126
297
/=(127690—1040—66 141—1258)/(3-40) =59 251/(3-40)=494 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
20 3,52 0,94 30 10 90 1258 3 610 136 40 50 0,9 0,5 5490 408 14,3 18,7 429 187
5898 616
/=(127 690+5431+24 000—61)/(3-23)=157 121/(3-23)=2493 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
39 5,16 0,18 23 80 61 3 285 25 0,43 19 718 15,4 354
Вставка </=15 мм; /=4,8 м.
/=(157 121—133)/(3-17)=156 988/(3-17)=3078 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 п 12 13
40 2,75 0,18 17 65 133 3 285 25 0,43 14 535 15,4 262
Вставка </=15 мм; /=5 м.
/=(157 121+993+6603—1548—66141—2236)/(3-183)=173 Па/м.
1 2 3 4 б 6 7 8 9 10 п 12 13
2 4,47 3,18 8 125 446 3 397 65 1,05 9 528 22,8 182
И 4,7 1,54 75 125 142 3 93 65 0,51 20 947 22,8 1710
84 136 50 0,51 3 427 18,7 1570
14 3,5 0,94 100 1648 3
16 623 40 0,9 2 990 14,3 229
2236 94 652 3691
298
Вариант 2
Расчет боковых ответвлений с использованием разницы
геометрических высот зданий
Исходные данные
Для расчета принимается та же схема квартальной сети, что и в
варианте I, те же величины зарастания трубопроводов Кехр и напо-
ры в основании водоразборных узлов.
За расчетную ветвь принимается ветвь 1-37. Водонагреватель
14 ОСТ 34-585-68 d==250 мм по двухпоточной схеме: I ступень —
7 секций; II ступень — 3 секции; fp«=0,01679 м2.
Циркуляционно-повысительный насос К90/20а (4к-18а).
Ветвь 1-37
| № участка! Число квартир А л/с 1» м а+к,) exp th мм t, Па/м V, м/с Я, па ррг i Вт/м 0*. Вт
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
37 72 2,2 16 6 65 188 0,72 18 009 29,2 467
31 251 5,26 НО 6 125 25 0,43 16500 44,5 4895
24 427 8,44 126 6 150 26 0,48 19586 43,98 5466
19 682 11,42 74 6 150 46 0,65 20557 43,38 3210
18 1027 16,0 57 6 200 19 0,51 6559 56,3 3207
1 1495 22,0 10 7,5 200 37 0,7 2 760 56,3 563
2=83 965 2=17 808
Ветвь 36-11
/зб.ц=(18 009+502 740—432 180)/(137-6)=107,8 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
36 36 1,44 26 6 65 81,5 0,47 12 720 33 858
35 72 2,21 26 6 80 66,6 0,49 10 395 37 962
34 108 2,89 33 6 80 115,6 0,65 22 897 37 1221
33 144 3,52 26 6 80 168,6 0,78 26 295 37 962
32 180 4,13 26 6 90 100,8 0,67 15 731 34,8 905
2=88 038
Ветвь 27-24
509+502 740—448 840)/(73• 6)=202 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 п
27 36 1,44 25 6 65 81,5 0,47 12 225 33 825
26 72 2,21 25 6 65 187,7 0,72 28 150 33 825
25 108 2,89 23 6 65 326 0,95 44 994 29,2 672
2=85 369 2=2322
299
Ветвь 30-24
*зо-24==(34509+502740—468440)/(94-6) =68 809/(94-6)=122 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 п
30 36 1,44 33 6 65 81,5 0,47 16 144 33 1089
29 72 2,21 26 6 65 187,7 0,72 29 277 33 858
28 108 2,89 35 6 80 115,6 0,65 24 284 38 1155
2=69 705 2=3102
Ветвь 23-19
<23-19= <54 089+502 740—418 460)/(125-6)=138 369/(125-6)=184 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 в
23 36 1,44 26 6 65 81,5 0,47 12714 33 858
22 72 2,21 33 6 65 187,7 0,72 37165 33 1089
21 108 2,89 26 6 65 326 0,95 30 863 33 858
20 144 3,52 40 6 80 168,6 0,78 40 454 33 1320
2=141 196 2=4125
Ветвь 38-19
f38.19=(54 089+502 740—468 440)/(71 6) =88 389/(71 -6)=207 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 и
38 1 245 5,16 71 6 90 162,2 0,85 69092 1 34,8 2471
Ветвь 39-18
i зэ.18*=(74 646+502 740—219 520)/(6-23)=357 866/(6.23)=2593 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 н
39 245 5,16 j 23 1 1 6 65 1048 I 1 1,7 144 666 29,2 672
300
Ветвь 40-18
/^.^=(74 646+502 740—138 180)/(6• 17)=439 206/(6• 17)=4306 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 и
40 100 2,751 17 6 50 1178 | 1,52 120 132 1 1 24 408
Ветвь 1-17
205+502 740—392 980)/(268-6)=190 965/(268.6)=! 19 Па/м ,
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 П
17 36 1,44 26 6 65 81,5 0,47 12714 33 85,8
16 72 2,21 33 6 65 187,7 0,72 37165 33 1089
15 108 2,89 26 6 80 115,6 0,65 18040 37,1 965
14 144 3,5 100 6 80 168,6 0,78 101 160 33 3300
11 216 4,7 75 6 100 68,6 0,6 30870 38,2 2865
2 468 9,97 8 6 150 35,08 0,56 1684 43,4 347
2=201633 2=9424
Ветвь 13-11
in3.n=(48 651+502 740—388 080)/(6-30)=163 311 /(6-30)=907 Па/м.
1 2 3 4 б 6 7 8 9 10 11
13 36 1,44 22 6 50 3158 0,79 41693 27,1 596
12 72 2,21 8 6 50 727 1,19 34904 24 192
2=76597 2=788
301
Ветвь 7-2
i7_2=(795214-502 740—383 180)/(6 d 33) =217 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
7 36 1,44 33 6 65 81,5 0,47 16 137 33 1089
6 72 2,21 26 6 65 187,7 0,72 29 281 33 858
5 108 2,89 26 6 65 326 0,95 50 863 33 858
4 144 3,52 33 6 80 168,6 0,78 33 382 37 1221
3 180 5,27 35 6 80 386 1,18 81 085 37 1295
2=210 748 2=5321
Ветвь 10-3
/1О.3=9055С/(6-71)=212 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 и
10 36 1,44 33 6 65 81,5 0,47 16 137 33 1089
9 72 2,21 26 6 65 187,7 0,72 29 281 33 858
8 108 2,89 12 6 65 326,0 0,95 23 472 33 306
2=68 890 2=2343
Подбор циркуляционной магистрали
Ветвь 36-31
^36-31=(62720—3327)/(111-3)=178,4 Па.
№ участка г. л/с г/г Q • л/с 2 ИИ *р | /А па | ^ехр 1 if Пам 2 2 ТЗ Vе » м/с Hcir, Па qct 1 QCt^ Вт
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
36 1,44 0,18 26 65 198,7 3 48 32 0,23 3 744 17,5 455
35 2,21 0,39 26 80 323 3 219 32 0,51 16 926 17,5 455
34 2,89 0,63 33 80 1088 3 285 40 0,35 28 375 21,8 640
33 3,52 0,9 26 80 1718 3 135 50 0,51 10 530 21,8 567
2=3327
2=59 576 2=2117
302
Ветвь 27-24
Z27.24=(62 720—1991)/(50-3)=404 Па.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
27 1,44 0,23 25 65 311 3 352 25 0,48 26 400 15,5 386
26 2,21 0,54 25 65 1680 3 450 32 0,69 33 750 17,5 438
2=1991 2=60150 2=824
’ Ветвь 30-24
«30.24=(62 720—1360)7(59-3)=346 Па; ДЯ=61 360.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
30 1,44 0,18 33 65 252 3 285 25 0,43 28 235 15,5 511
29 2,21 0,43 26 65 1108 3 302 32 0,57 23619 17,5 455
2=59 2=1360 2=51854 2=966
Ветвь 23-20
f23-20 = (62720—4067)7(3.85) = 230 Па; ДЯ = 58653
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 и 12 13
23 1,44 0,18 26 65 198 3 285 25 0,43 22230 15,5 403
22 2,21 0,4 33 65 1217 3 219 32 0,51 21681 17,5 578
21 2,89 0,66 26 65 2652 3 63,5 50 0,35 4953 21,8 567
2=85 2=4067 2=48864 2=1548
ДЯ=9789
303
Ветвь 17-3
(62720—2356)/(3-85) = 60364/(3-85) = 237 Па.
1 2 3 4 б 6 7 8 9 10 11 12 13
17 1,44 0,18 26 65 199 3 285 25. 0,43 22230 15,5 403
16 2,21 0,4 33 80 1218 3 219 32 0,51 21681 17,5 578
15 2,89 0,66 26 80 939 3 285 40 0,61 22230 19,4 504
2=2356
2=66141
2=1485
Ветвь 13-11
Z13,п =(62720—650)/(22 «3) = 62070/(22 «3) = 940 Па.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 п 12 13
13 1,44 0,18 22 50 650 3 285 25 0,43 22230 15,5 341
Ветвь 7-2
i7 2 == (62730—3859)/(3-118) = 58861/(3-118) = 166 Па.
1 2 3 4 б 6 7 8 9 10 и 12 13
7 1,44 0,18 33 65 252 3 285 25 0,43 22230 15,5 511,5
6 2,21 0,4 26 65 959 3 219 32 0,51 17082 17,5 455
5 2,89 0,66 26 65 2648 3 285 40 0,61 22230 19,4 504
2 = 3859 2 = 61542 2 = 1470
Ветвь 10-2
*10-2 = (62720—1211)/(3• 59) = 61509/(3-59) = 347 Па.
1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 п 12 13
10 1,44 0,18 33 65 252 3 285 25 0,43 28215 14,5 511
9 2,21 0,43 26 65 959 3 219 32 0,51 17082 17,5 455
2= 1211
2 = 45297 2 = 966
304
Подбор головных участков циркуляционной магистрали
Потери напора по головной циркуляционной магистрали расчет-
ной ветви
Hcir = 215600—6909—15282—39200—59576—3327 = 91306 Па,
Ч.32 = 91306/(3-403) = 75,5 Па.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
32 4,13 1,17 26 90 1261 3 55,9 65 0,39 4357 22,8 5928
31 5,26 2,25 НО 125 3021 3 68,6 80 0,5 22638 25,6 2816
24 8,44 3,85 126 150 4073 3 88,2 90 0,63 33340 27 3402
19 1,42 5,27 74 150 5431 3 108 100 0,75 24000 29,6 2190
18 16,0 6,23 57 200 993 3 38,6 125 0,52 6603 34,7 1978
1 22,0 9,4 10 200 503 3 31,6 150 0,53 1424
S = 15282
Е = 92362
I = (3327 + 59576 + 1261 + 4357 — 4341) /(3 • 16) = 1387 Па.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 п 12 13
37 1,2 1,08 7 9 65 4341 3 180,8 81,8 32 40 1,4 1,04 37968 22086 11,7 14,3 82 129
2 = 60054
25^ 2t89 0,9.
16
7
65
4358
54 9
12*2 50 0,'49
40 0,85
26304
2562
14,3
18,7
229
131
3
2 = 2887 2 = 360
20—807
305
i= (94180— 1506 — 1360 — 51854) / (35-3) = 39460/(35- 3) = 375,8 Па.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 п 12 13
28 2,89 0,72 2,0 33 80 1506 3 73,2 331 32 40 0,89 0,66 4392 3276 11,7 14,3 23 472
2 = 495
i = (94180 + 4073 + 33340 — 3022)/(71 -3) = 604 Па.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
38 5,16 1,08 46 25 90 3022 3 81,8 182 40 50 1,04 0,6 11288 1365 14,3 18,7 658 468
2= 12653 2= 1126
ЛЯ = 128511 ДЯ = 89790
I = (131593 — 2884 — 4067 — 48864)/(40-3) = 631 Па.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13
20 3,52 0,94 i = ( 40 1315S 80 >3 + ^ 2884 5431 4 3 -241 610 ООО — 40 176); 0,9 '(3-23): 73253 =2331 1 16,6 Па. 664
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13
39 5,16 0,18 23 65 176 3 285 25 0,43 19718 15,4 354
Вставка d = 15 мм; I = 4,8 м
i= (161024—515)/(3-17) = 160509/(3-17) = 3147 Па.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13
40 2,75 0,18 17 50 515 3 285 25 0,43 14535 15,4 262
Вставка d = 15 мм; I = 5 м.
306
t = (1610244-9934-8603— 10770—2356—66141)7(183-3) = 163 Па.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
2 9,47 3,18 8 150 171 3 397 65 1,05 95287 22,8 1820
11 4,7 1,54 75 100 3318 3 93 65 0,51 20947 22,8 1710
14 3,5 0,94 84 16 80 7281 3 136 623 50 40 0,51 0,9 34270 2990 18,7 14,3 1570 229
S = 183 S = 10770 .
S = 94052 S = 3691
ДЯ = 18182
/= (168620—3489—30475—2568—22880)/(8-3) = 4550 Па.
1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 П 12 13
12 2,21 0,6 8 50 2568 3 3175 25 1,43 76205 15,4 123
Диафрагма d — 12 мм.
Z= (168620—9699—10228—65401)/(68-3) = 408 Па.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
4 3,52 0,94 33 80 2380 3 135,6 50 0,51 13427 18,7 617
3 5,27 1,64 28 7 80 7848 3 409 187,9 50 40 0,9 3436 3946 18,7 14,3 524 100
2 = 68 2 = 10228
2 = 8725 2 = 1241
/= (158921—50798—1376—44086)7(12-3) = 1740 Па.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 и 12 13
8 2,89 0,7 9 3 65 1376 3 74,7 417 32 25 0,89 2017 3753 15,4 46
2 = 5770
20*
307
Вариант 3
Расчет внутриквартальной системы горячего
водоснабжения с обработкой воды
вакуумной деаэрацией
Схема квартальной сети принимается по варианту 1. Для рас-
чета принимается величина зарастания трубопроводов Кв*р и вели-
чина напора в основании водопроводных узлов по варианту 1.
Гарантийный напор на вводе водопровода в ЦТП Я—400 кПа.
По тепловому расчету выбран водоподогреватель с?=250мм
(f2=0,01679 м2) с числом секций в I ступени — 7, во II ступени —3,
принята двухпоточная установка водоподогревателей.
Потери давления в арматуре и регуляторах 100 кПа. Потери
давления в охладителе выпара — 40 кПа. Высота деаэратора — 14 м,
вакуум в деаэраторе — 70 кПа.
Потери напора в водонагревателе в режиме водоразбора
Л == 40-0,75-10У2 = 40.0,75* 10 (0,66)?= 130 кПа;
у = ^/(/а-2.1000) = 0,66 м/с;
2Я = 130+ 100 + 140 + 40 — 70 = 340 кПа.
Потери напора в водонагревателе в режиме циркуляции
/7= (40.0,75.3-9,4)/(2.1000-0,01679) = 25 кПа.
Потери напора в арматуре и регуляторах в режиме циркуляции
Hcir = 100 (9,4/2,2)? = 18 кПа.
Потери напора на главных участках подающей магистрали в ре-
жиме циркуляции
Н = 15,3 кПа.
Потери напора по распределительной части системы 33-36, вклю-
чая и секционный узел в режиме циркуляции,
Я= 104 кПа.
Общие потери напора в режиме циркуляции, исключая головной
участок циркуляционной магистрали,
Я= 104+ 15,5+18 + 25= 163 кПа.
Требуемый напор циркуляционно-повысительного насоса при водо-
разборе на выходе из ЦТП равен 600 кПа (условия ограничения).
Требуемый напор циркуляционного насоса в режиме циркуляции
Hcir = Hgeom + Hgeom + 2H + Ht + Hcir.
Разница в напоре насоса в режиме водоразбора и циркуляции
составляет 50 кПа. Выбирается установка из двух параллельных на-
сосов К 45/55 (ЗК=9) с производительностью 12,5 л/с и напором
550 кПа. Ночью работает один насос, днем — два насоса. Напор на-
соса, создаваемый ночью, при расходе 9,4 л/ равен 600 кПа.
Hfy = 600— 163 = 437 кПа.
Выбор расчетной ветви, расчет подающих трубопроводов и расчет
распределительных трубопроводов циркуляционных магистралей ана-
логичен расчету варианта 2.
Подбор головных участков циркуляционной магистрали
308
Продолжение
N. кв ^/С’ м acir м ^л/с*м /,м d, мм Hh* Па ^ехр Па/м d, мм vcir^ л/сек Па QCtf Т Вт
i 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13
32 4,13 1,17 26 90 1261 3 210 50 0,61 16380 18,7 486
31 5,26 2,25 ПО 125 3021 3 20,5 65 0,75 67650 22,8 2508
24 8,44 3,85 126 150 4073 3 210 80 0,87 79380 25,6 3226
19 14,2 5,87 74 150 5431 3 489 80 1,32 108560 25,6 1894
18 16,0 6,23 57 200 993 3 540 80 1,38 92340 25,6 1459
1 22,0 9,4 10 200 503 3 1240 80 2,09 37200 25,6 256
2 = 15282
2 = 401510 2 = 9829
0-32 = 437000/(403.3)= 361 Па/м.
1ц, = (345650—510)/(3-17) = 6760 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
40 2,75 0,18 17 50 510 3 291,6 25 0,43 14870 15,4 262
Участок трубопровода d—15 мм; 1=11 м.
I = (345650—990—92340—10770—1550—66140) /(3« 183) =
= 360520/(3.183) = 687 Па/м.
1 2 3 4 5 ь 7 8 9 ю 11 12 13
2 9,97 3,18 8 150 171 3 1570 50 1,73 37680 18,7 150
11 1,54 75 100 3318 3 368 50 0,84 110400 18.7 1403
14 3,5 0,94 100 80 7281 3 623 40 0,9 186900 14,3 1430
2=183 2=10770 2=334980 2=2983
309
i =(438980-2570—650—22230—7280—186400)7(8.3) =
» 219350/(8.3) = 9140 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
12 221 0,6 8 50 2568 3 3240 25 0,43 77760 15,4 123
I = 327900/(68. 3) = i 1657 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
4 3 3,52 5,27 0,94 1,64 33 35 80 80 2380 7848 3 3 1376 1880 32 40 1.2 1,56 136220 197400 11,7 14,3 386 500
£ = 10228 2 = 333620 2 = 887
i = 186370/(12.3) - 5180 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 - 8 9 10 и 12 13
8 2,89 0,7 12 65 1376 3 4172 25 1,67 150120 15,4 185
i = (77720—4340)/(3-16) = 15,30 Па/м. AW = 73380 Па.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13
37 1,2 1,08 11 5 65 4341 3 1820 837 32 40 1,39 1,04 60060 12530 П.7 14,3 12,9 72
2=72590 2 = 201
310
1= (77720+30204-67660—4360—929—60150)/(23-3) »
=82 950/(23-3) = 1200 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
25 2,89 0,9 23 65 4358 3 1235 32 1,14 82510 П,7 269
i = (148390—1510—645—51850)/(35-3) = 94385/(3-35) = 898,0 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
28 2,83 0,72 35 80 1506 3 810 32 0,92 85080 11,7 410
1= (148390+4070+79380—3020) /(71-3) = (231840—3020)/(71-3) =
= 1070 Па/м.
1 2 3 4 б 6 7 8 9 10 11 12 13
38 5,61 1,08 21,5 49,5 90 3022 3 1700 800 32 40 1,39 1,04 109650 118800 11,7 14,9 252 708
2 = 228450 2 = 960
311
i= (231840—2880—1040—66140)/(3-40) = 161780(3-40)
= 1350 Па/м.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
20 3,52 0,94 40 80 2884 3 1370 32 1,2 164400 11,7 468
»= (2318404-54304-108560—176)/(3-23) = 345650/(3-23) =
= 5010 Па/м.
1 2 3 4 б 6 7 8 9 10 11 12 1?
39 5,16 0,18 23 65 17,6 3 291,6 25 0,43 20120 15,4 354
ДД = 325530.
Участок трубопровода 15 мм; 1= 11 м.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие • %
Глава 1. Схемы систем горячего водоснабжения . « 5
1.1. Устройство систем............................... 5
1.2. Присоединение систем к тепловым сетям . » » 15
Глава 2. Расходы воды и теплоты в системах горячего во-
доснабжения ............................................ 25
2.1. Расчетные расходы воды ........ 25
2.2. Графики водопотребления....................28
2.3. Сезонная неравномерность потребления воды . • 36
2.4. Расчетные расходы теплоты. Изоляция стояков . 38
Глава 3. Нагрев воды для систем горячего водоснабжения 46
f 3.1. Оборудование для нагрева воды......................46
3.2. Тепловой и гидравлический расчет водонагревате-
лей .................................................58
3.3. Определение теплопроизводительности водонагре-
вателей в нерасчетных условиях.......................63
3.4. Соотношение фактических и расчетных коэффици-
ентов теплопередачи водонагревателей .... 68
3.5. Изменение сопротивления водонагревателей по на-
греваемой воде.......................................73
3.6. Определение расчетных параметров при выборе во-
донагревателей в зависимости от схемы их присое-
динения к тепловым сетям.............................78
3.7. Автоматическое регулирование нагрева горячей во-
ды в водонагревателях........................ 101
Глава 4. Тепловые пункты............................... 109
4.1. Схемы насосных установок систем водоснабжения 109
4.2. Автоматизация управления работой насосов . . 116
4.3. Экономическая оценка схем насосных установок и
их автоматизация....................................122
4.4. Выбор оборудования тепловых пунктов в зависи-
мости от нагрузки обслуживаемых зданий ... 124
Глава 5. Потокораспределение в системах горячего водо-
снабжения ..........................................129
5.1. Основные зависимости для расчета гидравлических
режимов в водоразборных стояках.....................131
5.2. Основные зависимости для расчета гидравлических
режимов в секционных узлах..........................136
5.3. Потокораспределение в распределительных сетях.
Режим циркуляции................................143
5.4. Расчетная схема загрузки системы водоразбором 152
5.5. Режим водоразбора..............................155
5.6. Потокораспределение в системах с автономным
циркуляционным контуром.............................165
Глава 6. Охлаждение воды в системах горячего водоснаб-
жения ..............................................173
6.1. Охлаждение воды в системах с общим циркуляци-
онным контуром........................... • • • 175
313
6.2. Охлаждение воды в системах с автономным цирку-
ляционным контуром ..............................
Глава 7. Проектирование систем горячего водоснабжения
7.1. Конструирование и расчет квартальных сетей горя-
чего водоснабжения.................................
7.2. Особенности проектирования систем с вакуумной
деаэрацией.........................................
7.3. Двухзонные системы горячего водоснабжения
7.4. Явление «сбоя» температуры смешанной воды в
жилых зданиях .....................................
7.5. Гидравлическое сопротивление трубопроводов
7.6. Проектирование секционных узлов..............
7.7. Конструирование и расчет квартальных систем го-
рячего водоснабжения . . ................
Глава 8. Усовершенствование действующих систем горячего
водоснабжения........................................ .
8.1. Основные причины нарушений в работе систем
8.2. Рекомендации по повышению давления в системах
8.3. Рекомендации по улучшению температурной обес-
печенности
8.4. Улучшение потокораспределения в системах
8.5. Усовершенствование систем горячего водоснабже-
ния путем применения замыкающих перемычек на
водонагревателях..............................
Приложение 1. Нормы расхода горячей воды водораз-
борными приборами .....................................
Приложение 2. Зависимость N?4 от и .
Приложение 3. Теплопотери трубопроводов секционных
узлов и квартальных сетей ....
Приложение 4. Технические характеристики водонагре-
вателей ...............................................
Приложение 5. Гидравлический расчет стальных труб
систем горячего водоснабжения
Приложение 6. Пример расчета водонагревателей горя-
чего водоснабжения.....................................
Приложение 7. Расчет секционного узла 12-этажного
жилого дома............................................
Приложение 8. Расчет внутриквартальной системы го-
рячего водоснабжения...................................
Производственное издание
Николай Николаевич Чистяков
Марк Моисеевич Грудзинский
Вадим Иосифович Ливчак
Ирина Борисовна Покровская
Евгений Иванович Прохоров
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СИСТЕМ
ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Редакция литературы по инженерному обо-
рудованию
Зав. редакцией И. В. Соболева
Редактор Л. Д. Д у т к о
Младший редактор И. В. Баранова
Технический редактор Н. Н. Удалова
Корректор М. Е. Шабалина
ИБ № 3713
Сдано в набор 10.03.87 Подписано в печать 16.11.87
Т — 21735 Формат 84ХЮ8,/з2 Бумага тип. № 2
Гарнитура литературная Печать высокая Усл. печ. л.
16,8 Усл. кр-отт. 17,01 Уч.-изд. л. 16,81 Тираж 16.700
Изд. № А У I-10G0 Заказ № 807 Цена 90 к.
Стройиздат. 101442, Москва, Каляевская, 23а
Владимирская типография Союзполиграфпрома при Го-
сударственном комитете СССР по делам издательств,
полиграфии и книжной торговли
600000, г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7