Схемы сетей. Способы обеспечения циркуляции воды в системе. Конструктивные особенности сети. Определение расходов горячей воды. Горячее водоснабжение от ЦТП. Основы расчета систем горячего водоснабжения.

ОСОБЕННОСТИ СЕТЕЙ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

§ 45. СХЕМЫ СЕТЕЙ

Системы централизованного горячего водоснабжения являются частью внутреннего водопровода. Сети горячего водоснабжения имеют много общего с сетями холодного водоснабжения.

Сеть горячего водоснабжения также, как сеть холодного водопровода, бывает с нижней и с верхней разводками. Сеть горячего водоснабжения бывает тупиковой и закольцованной, но, в отличие от сетей холодного водопровода, кольцевание сети необходимо для выполнения важной функциональной задачи - сохранения высокой температуры воды.

Простые (тупиковые) сети горячего водоснабжения с подающими трубопроводами применяют в небольших малоэтажных зданиях с короткими стояками, а также в бытовых помещениях промышленных зданий и в зда ниях с длительным и более или менее стабильным потреблением горячей воды "(бани, прачечные).

Схемы сетей горячего водоснабжения с циркуляционным трубопроводом следует применять в жилых зданиях, гостиницах, общежитиях, лечебных учреждениях, санаториях и домах отдыха, в детских дошкольных учреждениях, а также во всех случаях, когда возможен неравномерный и кратковременный отбор воды.

Обычно сеть горячего водоснабжения состоит из горизонтальных подающих магистралей и вертикальных распределительных трубопроводов-стояков, от которых устраивают поквартирные разводки. Стояки горячего водоснабжения прокладывают как можно ближе к приборам.

Кроме того, сети горячего водоснабжения подразделяются на двухтрубные (с закольцованными стояками) и однотрубные (с тупиковыми стояками).

При увеличении радиуса действия систем горячего водоснабжения и разнообразии условий жилой застройки требовалось совершенствование схем централизованных систем горячего водоснабжения. Были созданы принципиально новые схемы с самостоятельными независимыми циркуляционными контурами, ограниченными пределами одной секции здания или пределами одной группы стояков. Небольшой радиус действия этих контуров позволяет поддерживать в них циркуляцию за счет гравитационного напора, в то время как обмен воды в магистральных трубах происходит или за счет водоразбора, или с помощью циркуляционного насоса.

Рассмотрим некоторые из большого числа возможных схем сетей горячего водоснабжения.

При верхней разводке магистралей (рисунок 1) сборный циркуляционный трубопровод замыкается в виде кольца. Циркуляция воды в трубопроводном кольце при отсутствии водоразбора осуществляется под действием гравитационного напора, возникающего в системе из-за разницы плотности охлажденной и горячей воды. Охлажденная в стояках вода опускается вниз в водонагреватель и вытесняет из него воду с более высокой температурой. Таким образом происходит непрерывный водообмен в системе.

Рисунок 1. Схема с верхней разводкой подающей магистрали

1 - водонагреватель; 2 - подающий стояк; 3 - распределительные стояки; 4 - циркуляционная сеть

Тупиковая схема сети (рисунок 2) имеет наименьшую металлоемкость, но из-за значительного остывания и нерационального сброса остывшей воды применяется в жилых зданиях высотой до четырех этажей, если на стояках не предусмотрены полотенцесушители и протяженность магистральных труб мала. Если же протяженность магистральных труб велика, а высота стояков ограничена, то применяют схему с закольцованными подающей и циркуляционной магистралями с установкой на них циркуляционного насоса (Рисунок 3). В этой схеме тоже следует ожидать остывания, но меньшего объема воды. Подобная схема позволяет увеличить протяженность сети.

Рисунок 2 - Тупиковая схема

горячего водоснабжения

1 - водонагреватель;

2 - распределительные стояки

Рисунок 3. Схема с закольцованными магистральными трубопроводами

1 - водонагреватель;

2 - распределительные стояки;

3 - диафрагма (дополнительное гидравлическое сопротивление);

4 - циркуляционный насос;

5 - обратный клапан

Наибольшее распространение получила двухтрубная схема (Рисунок 4), в которой циркуляция по стоякам и магистралям осуществляется с помощью насоса, забирающего воду из обратной магистрали и подающего ее в водонагреватель. Система с односторонним присоединением водоразборных точек к подающему стояку и с установкой полотенцесушителей на обратном стояке представляет собой наиболее распространенный вариант подобной схемы. Двухтрубная схема оказалась надежной в эксплуатации и удобной для потребителей, но для нее характерна высокая металлоемкость.

Рисунок 4. Двухтрубная схема горячего водоснабжения

1 - водонагреватель; 2 - подающая магистраль; 3 - циркуляционная магистраль; 4 - циркуляционный насос; 5 - подающий стояк;

6 - циркуляционный стояк; 7 - водоразбор; 8 – полотенцесушители

Для снижения металлоемкости в последние годы стали использовать схему (Рисунок 5), в которой несколько подающих стояков объединяются перемычкой с одним циркуляционным стояком. Такое решение схемы горячего водоснабжения чаще всего используется для общественных зданий, где не предусматривается установка полотенцесушителей. Схема отличается низкими эксплуатационными показателями, так как верхняя перемычка выполняется из труб того же диаметра, что и подающие стояки; сопротивление ее превышает сопротивление магистралей, поэтому вода движется только в стояках, близких к циркуляционному.

Рисунок 5. Схема с одним объединяющим циркуляционным стояком

1 - водонагреватель; 2 - подающая магистраль; 3 - циркуляционная магистраль; 4 - циркуляционный насос; 5 - водоразборные стояки; 6 - циркуляционный стояк; 7 - обратный клапан

Недавно появились схемы однотрубной системы горячего водоснабжения, предложенные МНИИТЭП, с одним холостым подающим стояком на группу водоразборных стояков (Рисунок 6). Холостой стояк изолирован и устанавливается в паре с одним водоразборным или в секционном узле, состоящем из 2-8 закольцованных водоразборных стояков. Основное назначение холостого стояка - транспортирование горячей воды из магистрали в верхнюю перемычку и далее в водоразборные стояки. В каждом стояке происходит самостоятельная, дополнительная циркуляция за счет гравитационного напора, возникающего в контуре секционного узла из-за остывания воды в водоразборных стояках с полотенцесушителями. Холостой стояк помогает правильному распределению потоков в пределах секционного узла. Как показывает опыт эксплуатации, в зданиях высотой 9 и более этажей гравитационный напор, возникающий в стояках при остывании воды, как правило, достаточен для обеспечения необходимой циркуляции.

Рисунок 6. Секционная однотрубная схема горячего водоснабжения

1 - подающая магистраль;

2 - циркуляционная магистраль;

3 - холостой подающий стояк;

4 - водоразборный стояк;

5 - кольцующая перемычка;

6 - запорная арматура;

7 - полотенцесушитель

СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЦИРКУЛЯЦИИ ВОДЫ В СИСТЕМЕ. ПРЕДЕЛЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ

Циркуляционные трубопроводы служат для предотвращения остывания горячей воды у точек водоразбора при незначительном водопотреблении или при полном его отсутствии.

Водообмен и следом за ним возобновление теплоты в системе можно достичь тремя путями:

естественная циркуляция;

искусственный путь, с использованием циркуляционных насосов;

использование комбинированной насосно-естественной системы циркуляции, при которой протяженный горизонтально расположенный трубопровод имеет свой циркуляционный контур, в котором циркулирует вода под напором центробежного насоса, а присоединяемые к магистрали самостоятельные контуры обладают обособленной (часто естественной) циркуляцией воды.

Естественная циркуляция обусловлена неоднородным распределением плотности воды в стояке, который представляет собой один из составных элементов циркуляционного контура.

Величина естественного (гравитационного) напора определяется разностью плотностей остывшей и нагретой воды:

ΔH cir =gh(ρ 0 -ρ h) , (1)

где h – расстояние по вертикали от центра тяжести водонагревателя до кольцующей перемычки; р 0 и p h – плотность при средней температуре охлажденной воды в обратном стояке и горячей (нагретой) воды в подающем стояке.

Из формулы (1) следует, что чем выше стояк горячей воды (и наверное, чем выше здание) и больше разница в плотности остывшей и горячей воды, тем больше величина гидростатического напора.

Естественная циркуляция возможна в случае, когда

ΔH cir ≥∑H+∑H l ,

где ∑H - сумма потерь напора по длине трубопроводов; ∑H l - то же, на местные сопротивления.

Циркуляционный напор по своей величине невелик, поэтому диаметры циркуляционных труб подбирают на малые скорости движения воды.

Практический опыт показывает, что системы с естественной циркуляцией могут применяться для сети протяженностью не более 50 м при верхней разводке и не более 35 м при нижней разводке, но в случае расположения водонагревателя ниже самого нижнего водоразборного крана.

В таблице 1 приведены условия возможной работы системы горячего водоснабжения при естественной циркуляции.

Таблица 1

В комбинированных системах естественная циркуляция должна рассчитываться по отношению к точкам присоединения их к магистралям, находящимся под воздействием циркуляционного насоса.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СЕТИ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Трубопроводная сеть горячего водоснабжения выполняется так же, как и трубопроводы холодного водопровода, из стальных оцинкованных нефтеводогазопроводных труб.

К задачам сети горячего водоснабжения следует отнести:

предотвращение поступления горячей воды в водопроводную сеть холодного водоснабжения и наоборот (предотвращение так называемых «перетоков»);

уменьшение теплопотерь в трубопроводах;

необходимость компенсации температурных удлинений в стальных трубопроводах;

необходимость в установке специфических санитарно-технических приборов.

Для предотвращения поступления горячей воды в сеть холодного водоснабжения и наоборот обязательна установка обратных клапанов на подводках холодной воды к водонагревателям и групповым смесителям, на циркуляционном трубопроводе перед присоединением его к водонагревателям, в обвязке циркуляционного насоса.

Специфическим санитарно-техническим прибором горячего водоснабжения кроме смесительной арматуры является полотенцесушитель, который изготовляют из стальных оцинкованных труб диаметром 32 мм. Кроме того, отечественная промышленность выпускает латунные, никелированные или хромированные полотенцесушители типа ПО-30 (Рисунок 7, а) и ПО-20 (Рисунок 7,б) для отопления ванных и душевых комнат; их устанавливают согласно принятой схеме горячего водоснабжения на подающих стояках либо на циркуляционных стояках.

Рисунок 7. Полотенцесушители типа ПО-30 (а) и ПО-20 (б)

Трубопроводы горячего водоснабжения при повышении температуры удлиняются, и это удлинение необходимо компенсировать, если при наличии поворотов нельзя рассчитывать на естественную компенсацию («самокомпенсацию»). Каждый поворот трубопровода в зависимости от диаметра и толщины стенки может удлиниться на величину от 10 до 20 мм. В противном случае при удлинениях прямых участков до 50 мм необходима установка специальных компенсаторов.

В системах горячего водоснабжения чаще всего применяются гнутые компенсаторы (П-образные или лирообразные).

Компенсаторы устанавливают на прямых трубопроводах, разделенных на участки неподвижными опорами, которые распределяют таким образом общее удлинение трубопровода в соответствии с компенсирующей способностью принятого компенсатора.

Гибкие компенсаторы из труб применяют для компенсации тепловых удлинений трубопроводов независимо От параметров теплоносителя, способа прокладки и диаметров труб. В основном используются П-образные компенсаторы (Рисунок 8).

Рисунок 8. П-образный гнутый компенсатор

Расчетное тепловое удлинение трубопроводов, мм, для определения размеров гибких компенсаторов определяют по формуле:

Δх=ξ Δl (12.2)

где Δl = αΔtL - полное тепловое удлинение расчетного участка трубопровода, мм; L - расстояние между неподвижными опорами трубопровода, м; α =0,000012 - средний коэффициент линейного расширения стали при нагревании от 0 до 1 °С; Δt - расчетный перепад температуры, характерный для системы; ξ - коэффициент, учитывающий релаксацию, т. е. понижение временного сопротивления металла в результате продолжительного действия нагрузки и предварительного растяжения компенсатора.

Трубопроводы жестко защемляются на неподвижных опорах.

Теплоизоляцию трубопроводов и оборудования применяют во избежание потерь теплоты на всех подающих и циркуляционных (за исключением, прокладываемых скрытно в шахтах или каналах) трубах, кроме подводок к водоразборной арматуре.

В верхних точках сети горячего водоснабжения предусматривается установка устройств для выпуска воздуха из системы, если в системе невозможен выпуск воздуха через водоразборную арматуру.

РАСЧЕТ СИСТЕМ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

РАСЧЕТ СИСТЕМ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ В РЕЖИМЕ ВОДОРАЗБОРА

Расчет горячего водоснабжения в режиме водоразбора является продолжением гидравлического расчета холодного водопровода, но только по ответвлению одной и той же гидравлической системы, имеющей общий источник питания (общее обеспечение расхода воды) и общий источник энергии (общий источник напора). Различия в расчете заключаются в следующем.

1). Гидравлический расчет систем горячего водоснабжения производится на расчетный расход горячей воды q h , cir с учетом циркуляционного расхода л/с, определяемого по формуле:

q h , cir =q h ·(1+K cir),

где k cir - коэффициент, принимаемый для водонагревателей и начальных участков системы до первого водоразборного стояка:

q h /q cir . . . 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1

r cir . . . 0,57 0,43 0,43 0,40 0,38 0,36 0,33 0,25 0,12 0,00

для остальных участков - равным 0.

2). Расчетные расходы воды на участке сети горячего водоснабжения определяются по формуле (7.9), но с той разницей, что q 0 принимается по потреблению воды приборами горячей воды, т.е. q o =q 0 h .

3). Потери напора в трубопроводах горячего водоснабжения определяются с учетом зарастания внутреннего сечения из-за коррозии. Для этого используется формула, аналогичная формуле (7.2) определения дополнительных потерь на местные сопротивления

H l = i ·(l + r l) ·r э к, (13.2)

где k l - коэффициент, учитывающий потери на местные сопротивления; r эк - коэффициент увеличения потерь напора из-за зарастания сечения труб в процессе эксплуатации, определяемый на основе практического опыта в зависимости от состава и свойств воды: 0,2 - для подающих и циркуляционных распределительных трубопроводов; 0,5 - для трубопроводов в пределах ЦТП, а также для трубопроводов водоразборных стояков с полотенцесушителями; 0,1 - для трубопроводов водоразборных стояков без полотенцесушителей и для циркуляционных стояков.

4). Дополнительным членом в формуле (7.1) должен быть член, отображающий потери напора в водонагревателе. В емкостных водонагревателях они очень малы и поэтому их принимают с известным запасом - не более 0,5 м. В скоростных водонагревателях потери "напора весьма значительны и вычисляются по формуле в зависимости от длины теплообменных трубок и числа секций водонагревателя.

5). Расчет сети горячего водоснабжения производится с помощью различных таблиц (для холодной и горячей воды раздельно).

6). От точки ответвления холодного водопровода к водонагревателю расчетный расход воды определяется по подаче смешанной воды, т.е. q o =q о tot .

Для нормальной работы смесительной арматуры и стабильного регулирования температуры смешанной воды во время процедуры напоры в подводящих трубопроводах холодного и горячего водоснабжения должны быть примерно равными. Если разница напоров в сетях холодного и горячего водоснабжения будет более 10 м, то необходимо предусмотреть установку дополнительного насоса в сети горячего водоснабжения (перед водонагревателем).

При расчете сети горячего водоснабжения необходимо следить за гидравлической устойчивостью сети, для чего необходимо избегать возможных резких колебаний расходов воды. Для устранения колебаний наибольшие потери напора должны допускаться в конечных участках системы. Эти требования в особой степени относятся к системам с большим числом душевых установок (бытовые помещения промышленных зданий, бани, гостиницы).

РАСЧЕТ СИСТЕМ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ В РЕЖИМЕ ЦИРКУЛЯЦИИ

Циркуляция в системе горячего водоснабжения предусматривается с целью сохранения постоянства температуры у наиболее удаленного водоразборного крана. В противном случае возможен сброс остывшей воды и значительное возрастание нерационального потребления воды. Очевидно, что наиболее неблагоприятным режимом при этом является полное отсутствие водоразбора из системы горячего водоснабжения, за исключением начальных участков до первого водоразборного стояка.

Циркуляционный расход горячего водоснабжения определяется по формуле:

(13.3)

где Q ht - теплопотери в трубопроводах горячего водоснабжения, кВт;

Δt – разность температур в подающих трубопроводах системы от водонагревателя до наиболее удаленной водоразборной точки, °С;

β - коэффициент разрегулировки циркуляции.

Значения Q ht и β в зависимости от схемы горячего водоснабжения следует принимать следующими:

для систем, в которых предусматривается циркуляция воды по водоразборным стоякам, Q ht следует определять по подающим и разводящим трубопроводам при Δt =10°С и β =1;

для систем, в которых предусматривается циркуляция воды по водоразборным стоякам с переменным сопротивлением циркуляционных стояков, Q ht следует определять по подающим, разводящим трубопроводам и водоразборным стоякам при Δt =10°С и β =1;

при одинаковых сопротивлениях секционных узлов или стояков Q ht следует определять по водоразборным стоякам при Δt =8,5°С и β =1,3;

для водоразборного стояка или секционного узла теплопотери определяются по подающим трубопроводам, включая Кольцующую перемычку при Δt =8,5°С и β = 1,0.

Разница между потерями напора и подающих и циркуляционных трубопроводах от водонагревателя до наиболее удаленных водоразборных или циркуляционных стояков каждой ветви системы для разных ветвей Должна быть не более 10 %.

При невозможности гидравлической увязки давлений в сети трубопроводов системы горячего водоснабжения путем соответствующего подбора диаметров труб прибегают к установке диафрагм на циркуляционном трубопроводе системы. Диаметр отверстий регулирующих диафрагм определяется по формуле:

(13.4)

где H ep - избыточный напор, м, который необходимо погасить диафрагмой.

В системах с одинаковым сопротивлением секционных узлов или стояков суммарные потери давления по подающему и циркуляционному трубопроводам в пределах между первым и последним стояками при циркуляционных расходах должны в 1,6 раза превышать потери давления в секционном узле или стояке при разрегулировке циркуляции β =1,3.

Диаметры трубопроводов циркуляционных стояков определяют при условии, чтобы при циркуляционных расходах в стояках или секционных узлах потери давления между точками присоединения их к распределительному подающему и сборному циркуляционному трубопроводам не отличались более чем на 10%.

В системах горячего водоснабжения, присоединяемых к закрытым тепловым сетям, потери давления в секционных узлах при расчетном циркуляционном расходе следует допускать в пределах 0,03-0,06 МПа.

Величина теплопотерь определяется по формуле:

где – коэффициент теплопередачи неизолированной трубы, принимаемый равным 11,63 Вт/(м 2 ·град); d i - наружный диаметр трубопроводов на расчетном участке, м; l i - расчетная длина участка, м; η - коэффициент эффективности теплоизоляции (η ≈ 0,6); - разность температур между средней температурой на расчетном участке и температурой окружающего воздуха помещения; Q hr y д - удельные теплопотери 1 м трубопровода при заданном Δt m , Вт/м (табл. 13.1).

Таблица 13.1

Расчет циркуляционного режима с насосным побуждением несложных (неразветвленных) сетей горячего водоснабжения можно производить по методу заданной кратности обмена воды в системе. По этому методу принято, что все теплопотери могут быть возмещены, если в системе в течение одного часа произойдет 2-4 – кратный обмен воды в циркуляционном контуре. Исходя из этих посылок вначале задаются кратностью обмена воды в контуре. Тогда объем воды, который должен быть заменен, будет равен вместимости подающего и циркуляционного трубопроводов. Производительность циркуляционного насоса, л/ч, будет равна:

q = m·V cir (13.6)

где m - кратность обмена воды в циркуляционном контуре системы.

Рабочий напор циркуляционного насоса определяется по приближенной формуле:

H r cir =2∑R i ·l i , (13.7)

где R i - удельные потери напора на 1 м длины трубопроводов сети горячего водоснабжения (при υ≈0,5 м/с) в зависимости от условного диаметра:

d...................... 15 20 25 32 40 50 70 80 100

R i ................................... 80 50 32 24 17 13 9 6,5 5

Удвоение потерь напора на трение произведено в счет местных сопротивлений.

В заключение расчета необходимо вычислить возможное остывание в циркуляционном контуре по формуле:

Δ t = Q ht / (m·V cir) (13.8)

Если будет выполнено условие: для лечебных учреждений Δt ≤ 8,5°С, а для жилых зданий Δt ≤ 10°С, то расчет циркуляции на этом заканчивается. В противном случае кратность обмена воды в циркуляционном контуре должна быть увеличена (в десятых долях кратности) с точностью до одного знака после запятой и расчет должен быть повторен.

Архитектура, проектирование и строительство

В современных системах теплоснабжения наибольшее распространение получило приготовление горячей воды в местных или центральных тепловых пунктах. Системы ГВС могут работать: под давлением холодного водопровода; под давлением тепловой сети; под давлением создаваемым насосом установленным на холодном хозяйственно-повысительный насос или горячем водопроводе циркуляционно-повысительный насос; под статическим давлением создаваемым баком холодной или горячей воды....

Лекция 6

Системы централизованного горячего водоснабжения зданий

В современных системах теплоснабжения наибольшее распространение получило приготовление горячей воды в местных или центральных тепловых пунктах.

Системы ГВС могут работать: под давлением холодного водопровода; под давлением тепловой сети; под давлением, создаваемым насосом, установленным на холодном (хозяйственно-повысительный насос) или горячем водопроводе (циркуляционно-повысительный насос); под статическим давлением, создаваемым баком холодной или горячей воды.

Системы ГВС зданий бывают тупиковые и с циркуляцией. Непрерывная циркуляция используется для предотвращения остывания воды в системе при отсутствии водоразбора. По способу обеспечения циркуляции различают системы ГВС: с естественной циркуляцией; с насосной циркуляцией. Естественная циркуляция наиболее эффективна в системах с верхней разводкой, так как с устройством замкнутого контура непрерывно действующая циркуляция возникает естественным путем за счет разной плотности горячей и остывшей воды. Обычно разность плотностей воды в системе бывает небольшой, поэтому необходимое циркуляционное давление обеспечивается тщательной тепловой изоляцией стояка и прокладкой разводящих трубопроводов без тепловой изоляции. В этом случае разность температур воды в контуре достигает максимального значения. В жилых домах до пяти этажей без полотенцесушителей циркуляция воды может предусматриваться только в подающих трубопроводах (с установкой циркуляционных перемычек в подвалах). В зданиях большей и любой этажности, но с полотенцесушителями на трубопроводах горячего водоснабжения, циркуляция должна предусматриваться в подающих трубопроводах и разводящих стояках одновременно.

Разводящие и циркуляционные магистральные трубопроводы, расположенные в подвалах или на чердаках в зависимости от конструкции системы ГВС. По расположению подающей (разводящей) магистрали внутри дома различают системы с верхней и нижней разводкой. При наличии подвалов предпочтительнее нижняя разводка как более удобная для эксплуатационного обслуживания системы. Циркуляционную магистраль в этом случае прокладывают либо по техническому этажу (чердаку), либо под потолком верхнего этажа. Верхнюю разводку применяют при наличии в здании верхнего технического этажа или чердака. Циркуляционную магистраль прокладывают в этом случае в подвалах, а при их отсутствии в подпольных каналах.

Системы ГВС могут оборудоваться баками-аккумуляторами горячей воды. По наличию и месту расположения баков-аккумуляторов горячей воды различают системы ГВС: без аккумулятора; с нижним баком; с верхним баком.

водоразборный узел.

В ванных комнатах устанавливаться полотенцесушители, которые являются одновременно нагревательными приборами. Присоединяются полотенцесушители к циркуляционным или подающим стоякам.

Конструкция водоразборных узлов систем ГВС зданий

Основными элементами системы ГВС зданий являются:

• разводящие магистральные трубопроводы,
• циркуляционные магистральные трубопроводы,
• водоразборные стояки,
• циркуляционные стояки,
• полотенцесушители,
• подводные линии к водоразборным приборам (от водоразборного стояка до водоразборных приборов),
• водоразборные приборы,
• воздушники (в системах с циркуляцией),
• запорно-регулирующая арматура (задвижки, вентили, краны, обратные клапаны),
• счетчики горячей воды,
• баки аккумуляторы. В зданиях с длиной разводящих трубопроводов, превышающей допустимые пределы, применяется принудительная циркуляция с помощью насосов. Она используется преимущественно в системах с нижней разводкой трубопроводов.

Подающий стояк с ответвлениями (подводками) к водоразборным приборам каждой квартиры в тупиковых системах и сочетание подающего и циркуляционного стояков, включая полотенцесушители и подводки в квартиры, в циркуляционных системах образуют водоразборный узел .

По конструкции системы ГВС зданий бывают:

• тупиковой,
• с циркуляцией,
• с секционными узлами,
• с непосредственным водоразбором из тепловых сетей.

Тупиковая система горячего водоснабжения является наиболее простой по устройству и дешевой по первоначальной стоимости.

Тупиковые система бывают:

• с верхней разводкой (рис. 1, а ),
• с нижней разводкой (рис. 1, б ).

Основной недостаток таких систем состоит в остывании воды в трубопроводах при перерывах в водоразборе или при малом водоразборе. Воду с пониженной температурой приходится сливать в канализацию.

Циркуляционные системы горячего водоснабжения устраиваются для непрерывного обеспечения потребителей горячей водой . В таких системах при отсутствии водоразбора находящаяся в трубах вода не останавливается, а непрерывно перемещается, проходя через подогреватель, чем обеспечивается заданная температура воды вблизи точек водоразбора.

На рис. 1, в приведена схема водоразборного узла с верхней разводкой.

Циркуляция обеспечивается объединением водоразборных стояков в нижней части и подачей воды на водоподогреватель.

Наиболее простой является система с общим циркуляционным контуром, представляющим собой одно магистральное кольцо, последовательно проходящее по техническому подполью здания (рис. 1, г ). От кольца в виде тупиковых ответвлений отходят водоразборные стояки. При такой схеме в основании водоразборных стояков постоянно находится горячая вода и потребителю необходимо слить остывшую воду только из стояка, а не из всей системы как в случае отсутствия циркуляции.

На рис. 1, д приведена схема водоразборного узла с парными (подающим и циркуляционным) стояками. «Классическая» схема с циркуляционным стояком на каждый подающий стояк отличается наибольшей металлоемкостью. С целью уменьшения металлоемкости применяется схема с парнозакольцованными стояками (рис. 1, е ). По такой схеме в часы максимального водоразбора оба стояка являются подающими, в остальное время один из стояков выполняет функции циркуляционного. Циркуляционный стояк состоит из двух частей: водоразборная часть, диаметры которой такие же, как и основного водоразборного стояка и чисто циркуляционная часть. Протяженность чисто циркуляционной части второго стояка очень мала и равна участку трубы от конечного (нижнего) ответвления к прибору до циркуляционной магистрали. Недостатком этой схемы является пониженная температура водоразбора из циркуляционного стояка при циркуляционном режиме работы.

Более экономичны по металлозатратам является схема с разгруженным циркуляционным стояком (рис. 1, ж ), в которой к одному циркуляционному стояку присоединяют несколько подающих стояков. Пропорционально числу подающих стояков увеличивается скорость воды в циркуляционном стояке, что снижает скорость зарастания стояка. Недостатком такой системы является необходимость установки полотенцесушителей на водоразборных стояках.

Присоединение полотенцесушителей

Способы присоединения полотенцесушителей к стоякам показаны на рис. 2.

Применяют три способа:

• на водоразборном стояке (рис. 2, а );
• на циркуляционном стояке (рис. 2, б );
• параллельное присоединение к стоякам (рис. 2, в ).

В случае установки полотенцесушителей на водоразборном стояке для достижения одинаковой температуры воды у верхнего прибора (при одинаковой температуре воды у основания стояков) потребуется пропускать больше циркуляционной воды, так как остывание воды при прохождении ее по стояку с полотенцесушителями будет больше, чем остывание воды при прохождении ее по стояку без полотенцесушителей.

Схема с полотенцесушителями на циркуляционном стояке (рис. 2, б ) экономичнее схемы с полотенцесушителями на подающем стояке. Из-за пониженной температуры и небольшой скоростью циркуляции полотенцесушителями на циркуляционном стояке быстро зарастаю накипью, поэтому рекомендуется выбирать диаметр полотенцесушителя на 1-2 размера больше, чем диаметр трубы стояка.

Общим недостатком схем (рис. 2, а ) и (рис. 2, б ) является небольшая скорость циркуляции воды, способствующая ускоренной коррозии полотенцесушителей.

Параллельное присоединение полотенцесушителей к стоякам (рис. 2, в ) сложно в монтаже и приводит к образованию множества циркуляционных колец, при котором распределить без превышения расчетный циркуляционный расход воды между отдельными приборами не удается даже при наличии перед каждым полотенцесушителем регулировочных кранов.

Система горячего водоснабжения в зданиях повышенной этажности

В зданиях повышенной этажности возникают трудности регулирования одинакового давления в водоразборных приборах различных этажей. Кроме того, водоразборная арматура в обычном исполнении выдерживает давление до 0,6 МПа (максимальное давление испытывает прибор нижнего этажа). Поэтому в зданиях высотой более 50 м (более 16 этажей) систему горячего водоснабжения разделяют на зоны (рис. 3, а). Возможны два варианта конструктивного решения: раздельная система ГВС зон; совместная система.

В раздельной схеме (рис. 3, а ) каждая зона обеспечивается горячей водой от своего комплекта оборудования в ИТП или ЦТП, которое обеспечивает необходимое давление в системе.

В совместной схеме горячая вода в обе зоны подается по общему подающему трубопроводу (рис. 3, б ). Давление в нижней зоне регулируется регулятором давления «после себя» на подающем стояке, а в нижней зоне – регулятором давления «до себя» на циркуляционном стояке. Если давление в подающем трубопроводе меньше необходимого, то оно регулируется подкачивающим насосом на подающем стояке верхней зоны.

Недостатком такой схемы является сложность наладки режимов циркуляции при большой разнице давлений воды в зонах.

Наиболее перспективна в зданиях повышенной этажности является схема горячего водоснабжения с подогревом воды каждой зоны в небольших подогревателях, установленных на подающих стояках. В этом случае горячая вода должна подаваться из ЦТП по тупиковой схеме. Подобные схемы надежны, но имеют высокую начальную стоимость и большие эксплуатационные затраты.

Система горячего водоснабжения с секционными узлами

Система ГВС с парными циркуляционными стояками образуют гидравлическую систему трубопроводов, состоящую из большого количества параллельных колец. Такая система имеет удовлетворительные качественные показатели, только при малом количестве циркуляционных колец. В удаленных кольцах (паре стояков) циркуляция недостаточно интенсивна, что приводит к снижению температуры воды ниже допустимого: так в 10-12 паре закольцованных стояков циркуляционный расход в 2,5-3 раза меньше, чем в первой паре. Наладка этих систем производится увеличением гидравлического сопротивления ближних к вводу колец за счет вставок меньшего диаметра («катушек» или «шпулек»), диафрагм или регулировочных кранов.

Применение систем с разгруженным циркуляционным стояком (рис. 1, ж ) повышает гидравлическое сопротивление системы циркуляции, но не снимает проблемы неравномерности циркуляционного расхода в протяженных системах.

В современных конструктивных решениях водоразборных узлов (рис. 4) повышение их гидравлического сопротивления в циркуляционном режиме достигается устройством секционных узлов (как правило, для одной секции здания). Секционные узлы выполняют либо кольцеванием поверху и понизу нескольких подающих стояков и превращением одного стояка из группы закольцованных стояков в циркуляционно-водоразборный стояк (рис. 4, а ), либо устройством для группы закольцованных по верху и низу стояков дополнительного чисто циркуляционного стояка (рис. 4, б ). Последнее решение позволяет наиболее просто осуществить увеличение гидравлического сопротивления узла.

Секционные узлы для секции здания имеет одинаковые конструктивные размеры, (стандартные санитарно-технических кабины), что позволяет внедрять индустриальные методы производства монтажных работ и большинство деталей изготавливать на заводе, а не на месте.

Гидравлическая наладка системы всего здания достигается подбором диаметров трубопроводов соединяющих секционные узлы.

Система горячего водоснабжения баками-аккумуляторами

В закрытых системах теплоснабжения аккумуляторы устанавливаются в ЦТП или ИТП, в открытых системах теплоснабжения:

• у источника теплоты;
• в ИТП.

В местных системах горячего водоснабжения аккумуляторы могут располагаться:

• в верхней,
• в нижней точке системы.

По давлению находящейся в них воды аккумуляторы различают:

• открытые – сообщающиеся с атмосферой;
• закрытые – находящиеся под давлением.

Система горячего водоснабжения с верхним баком-аккумулятором

Схема установки верхнего открытого бака-аккумулятора в тупиковой системе ГВС показана на рис. 5, а , а в системе ГВС с циркуляцией на рис. 5, б . При среднем водоразборе уровень воды в баке не изменяется: сколько воды уходит из бака на водоразбор и циркуляцию, столько же поступает в бак от подогревателя. При водоразборе более среднего объем воды в баке уменьшается. При водоразборе менее среднего объем воды в баке увеличивается. При отсутствии водоразбора через подогреватель и бак проходит только циркуляционный расход.

В тупиковой системе уровень воды в баке регулируется поплавковым краном 2 . В системах с циркуляцией уровень воды в верхнем атмосферном баке поддерживается регулятором уровня 3 , управляемого датчиком уровня 5 .

Система горячего водоснабжения с нижним баком-аккумулятором

Существенным недостатком схемы с низкорасположенным напорным баком-аккумулятором является периодическая работа циркуляции, которая осуществляется только при водоразборах меньше среднечасового.

Резкие колебания нагрузки горячего водоснабжения вызывают непрерывные смены процессов зарядки и разрядки, поэтому схемы с нижним расположением аккумуляторов должны быть полностью автоматизированы

При установке баков аккумуляторов в ЦТП применяют открытый нижний бак-аккумулятор (рис. 5, в ). Недостаток схемы с открытым нижним баком-аккумулятором состоит в потере давления исходной воды (разрыв сети) и необходимости установки специального насоса для подкачки воды в систему. Схема применяется при малом давлении воды перед подогревателем или при использовании термальных вод с малым давлением воды на выходе из скважины.

Схема с низкорасположенным напорным баком-аккумулятором показана на рис. 5, д . Нижние баки находятся под статическим давлением воды самой высокой точки водоразбора, поэтому в них деаэрация воды не происходит. Запас тепла в баках создается при уменьшении или прекращении водоразбора, когда производительность насоса и подогревателя превышает нагрузку горячего водоснабжения.

Первоначально весь объем бака-аккумулятора заполняется холодной водой. Насос и диаметр трубопровода 8 подбираются так, чтобы при среднечасовом расходе воды потери давления на участке А-Б-8-А , включая потери давления в подогревателе, были равны разности давлений, создаваемой насосом, т. е. чтобы при среднечасовом расходе воды разность давлений в точке А и в точке Б была равна нулю. Следовательно, при среднем водоразборе движение воды через аккумулятор и по циркуляционным трубопроводам отсутствует.

Если водоразбор становиться меньше среднечасового, то потери давления на участке А-Б-8-А станут меньше разности давлений, создаваемой насосом, и давление в точке Б станет больше, чем давление в точке А ; начнется движение воды и по циркуляционным трубам, и через аккумулятор. Холодная вода из нижней части аккумулятора будет уходить и смешиваться с поступающей водопроводной водой, а верхняя часть аккумулятора будет заполняться горячей водой. Аккумулятор заряжается. Так как плотность горячей воды меньше плотности холодной воды, то перемешивания воды в аккумуляторе не произойдет. Вытесняемая из бака холодная вода смешивается с остывшей циркуляционной водой и вновь через подогреватель нагнетается в бак и в систему.

При увеличении водоразбора больше среднечасового, потери давления на участке А-Б-8-А начинают превышать разность давлений, создаваемую насосом, и давление в точке Б становится меньше давления в точке А. В нижнюю часть аккумулятора начинает поступать холодная вода, а горячая вода из верхней части аккумулятора уходит в систему. Во избежание проникания холодной воды в циркуляционные трубопроводы (так называемого «опрокидывания» циркуляции) на циркуляционном трубопроводе устанавливается обратный клапан. Когда разбор горячей воды становится равным производительности зарядочного насоса, зарядка аккумулятора прекращается, и из-за падения давления в циркуляционном трубопроводе обратный клапан закрывается, прекращая циркуляцию воды.

Схемы горячего водоснабжения с непосредственным водоразбором из тепловых сетей

Схемы горячего водоснабжения с непосредственным водоразбором из тепловых сетей приведены на рис. 6.

В тепловых пунктах вместо подогревателей устанавливаются групповые смесители 2 . Смесители предназначены для понижения температуры сетевой воды из подающего трубопровода подмешиванием более холодной воды, поступающей из обратного трубопровода системы отопления. Необходимая температура горячего водоразбора устанавливается с помощью регулятора температуры. Для устранения перетоков воды из подающего трубопровода в обратный на трубопроводе 3 устанавливается обратный клапан.

Для нормальной работы систем горячего водоснабжения необходимо, чтобы давление после смесителей было достаточным для поступления воды к самым высоким и удаленным точкам водоразбора.

В схеме с баком-аккумулятором (рис. 6, б ) при водоразборе меньше расчетного вода насосом подается к смесителю и, смешиваясь с горячей водой из тепловой сети, идет на заполнение горячей водой бака-аккумулятора.

В схеме с нижним баком-аккумулятором зарядка производится непосредственно из тепловой сети. Управление зарядкой и разрядкой осуществляется с помощью регулятора расхода и пускового устройства для включения зарядочного насоса. При снижении водоразбора клапан регулятора расхода открывается, и часть воды из стояка сливается в аккумулятор. С возобновлением расчетного водоразбора регулятор расхода закрывается прекращая зарядку аккумулятора. В период максимального водоразбора аккумулятор автоматически переключается на разрядку. Импульсом разрядки служит падение давления после смесителя, в результате которого пусковое устройство 8 включает насос.

Рис. 6. Схемы непосредственным водоразбором из тепловых сетей:

1 – регулятор температуры; 2 – смеситель; 3 – линия подачи воды из обратного трубопровода к смесителю; 4 – циркуляционный насос; 5 – атмосферный бак-аккумулятор; 6 – регулятор расхода; 7 – разрядочный насос; 8 – привод разрядочного насоса; 9 – нижний бак-аккумулятор

Регулирующий клапан 9 поддерживает в стояке 2 постоянное давление, которое должно быть на 5 м больше высоты расположения самого высокого водоразборного крана. Это давление контролируется датчиком давления 5, установленным выше сужающего устройства 7. При недостаточной разности давлений, измеряемой датчиками 5, установленными до и после сужающего устройства, свидетельствующей о том, что расход по стояку стал меньше расчетного циркуляционного расхода, контроллер 6 дает команду на открытие регулирующего клапана 8. В результате вода с расходом, соответствующим расчетному циркуляционному для рассматриваемого стояка, начнет поступать в теплоизолированный мембранный бак 4 и постепенно накапливаться там. Таким образом, при всех закрытых водоразборных кранах движение горячей воды по стояку не прекратится и при открытии любого крана из него тотчас же потечет горячая вода.

После того, как разбор горячей воды возобновится в объеме, превышающем расчетный циркуляционный расход, что будет зафиксировано увеличившейся разностью давлений до и после сужающегося устройства, регулирующий клапан 9 должен закрыться, чтобы накопившаяся в мембранном баке горячая вода под давлением мембраны вылилась в стояк. После этого во время водоразбора клапан 8 будет находиться в полностью закрытом положении, а клапан 9 станет выполнять свое основное назначение - поддерживать в стояке постоянное давление.

Схема (в несколько упрощенном виде) однажды уже была опубликована (Гершкович В. Ф. Система горячего водоснабжения. Авт. свид. СССР № 1174679), но в то время ее практическая реализация вряд ли могла бы состояться. Теперь задача запрограммировать контроллер (поз. 6 на рис. 1), работающий по непростому алгоритму, по силам любому грамотному программисту.

Но для начала оценим физические размеры мембранного бака, необходимого для эффективной работы схемы.

Рассмотрим стояк горячего водоснабжения 10-этажного жилого дома. На нем не должно быть полотенцесушителей (рационально использовать электрические), потому что они не должны потреблять энергию круглосуточно, как это было раньше, а включаться потребителем только тогда, когда ему это нужно. При среднем диаметре стояка 20 мм и качественно выполненной тепловой изоляции с КПД около 80 % потери тепловой энергии оцениваются величиной около 725 Вт. Если допустить падение температуры по длине стояка при отсутствии водоразбора на 10 °C, то в этом режиме в мембранный бак должно проходить около 65 л/ч горячей воды. Вероятно, максимальная (в течение суток) продолжительность работы стояка системы ГВС при полном отсутствии водоразбора будет не более 6 ночных часов. За это время в мембранный бак попадет около 400 л горячей воды. Чтобы вместить такое количество, потребуется бак общей емкостью около 600 л. Его нетрудно установить в объеме верхнего технического этажа 10-этажного жилого дома.

Выходит, система ГВС без циркуляционных трубопроводов и насоса могла бы быть установлена в жилом доме, но выгодна ли она?

Рассмотрим условный 10-этажный жилой дом, в котором расположены ИТП с водоподогревателями горячего водоснабжения и четыре стояка, выполненные по схеме рис. 1, и оценим сопоставимые затраты на установку и эксплуатацию систем ГВС такого дома, по предложенной (схема А) и традиционной (схема Б) схемам (табл. 1).

УТВЕРЖДАЮ

Заместитель Министра здравоохранения СССР

Главный государственный санитарный врач СССР

А. И. Кондрусев

№ 4723-88 г.

Санитарные правила устройства и эксплуатации систем централизованного горячего водоснабжения

1. Общие положения

2. Требования к проектированию, строительству и вводу в эксплуатацию систем централизованного горячего водоснабжения

Баки-аккумуляторы, расположенные вне территории нахождения теплоисточника, должны быть ограждены. Высота ограждения - не менее 2,5 м. Расстояние его от стен резервуаров - не менее 10 м. Доступ посторонних лиц к бакам запрещен.

Внутренняя поверхность баков-аккумуляторов должна быть защищена от коррозии путем нанесения покрытий, согласованных с санитарно-эпидемиологической службой.

Прокладка тепловых сетей горячего водоснабжения в каналах совместно с сетями бытовой и производственной канализации не допускается.

Расстояние в свету (поперечном разрезе) от тепловых сетей до источников возможного загрязнения должно приниматься в соответствии с .

Таблица 1

Скорость водовоздушной смеси при промывке должна превышать расчетную не менее, чем на 0,5 м/сек на каждом промываемом участке.

Сброс промывных вод, содержащих остаточный хлор, осуществляется в соответствии с "Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения" № 4630-88.

Промывка и дезинфекция считается законченной при соответствии результатов бактериологических и физико-химических анализов требованиям настоящих Правил.

Количество проб воды должно быть не менее 2, взятых последовательно из одной точки.

Объем анализа: коли-индекс, число микроорганизмов в 1 см 3 , мутность, железо, цветность, запах, привкус.

Результаты промывки и дезинфекции оформляются актом и представляются в санитарно-эпидемиологическую станцию вместе с результатами лабораторных исследований.

3. Требования к водоподготовке

При химических методах обработки воды допускается известкование или содоизвесткование (при необходимости с коагуляцией), подкисление, катионирование.

Химические методы обработки воды могут применяться только на теплоисточниках.

К физическим методам относится магнитная обработка воды.

Магнитная обработка воды может применяться при напряженности магнитного поля не более 2000 эрстед.

Силикатная обработка проводится путем введения жидкого натриевого стекла (силиката натрия) в водопроводную воду; при этом суммарная концентрация силиката в пересчете на SiO 2 в обработанной воде должна быть не менее 40 мг/л. Остаточное количество комплексоната цинка не должно превышать 5,0 мг/л.

4. Требования к эксплуатации и порядок контроля качества воды

Периодичность очистки баков-аккумуляторов, защищенных герметиком, устанавливается по согласованию с органами государственного санитарного надзора, но не реже одного раза в 2-5 лет.

а) в закрытых системах теплоснабжения:

после водонагревателей;

б) в открытых системах теплоснабжения:

в местах поступления исходной воды (водопроводной или воды источника;

после водоподготовки (подпиточная вода);

перед поступлением в сеть горячего водоснабжения;

в) в системах теплоснабжения с отдельными сетями горячего водоснабжения:

в местах поступления исходной воды (водопроводной);

после водонагревателей,

Кроме того, при любой из вышеуказанных систем теплоснабжения лабораторный производственный контроль за качеством горячей воды должен осуществляться в распределительной сети в точках, согласованных с органами государственного санитарного надзора.

В зависимости от системы горячего водоснабжения, ее санитарной надежности, количества населения, эпидемической ситуации и конкретных местных условий допускается по согласованию с санитарно-эпидемиологической станцией изменять количество (увеличивать или уменьшать) кратность лабораторно-производственных исследований.

Таблица 2

Администрация Арсеньевского городского округа сообщает, что в связи с увеличением числа обращений потребителей по поводу неудовлетворительного качества горячей воды возник вопрос о проведении масштабных работ по улучшению качества горячего водоснабжения.

Специалисты научно-технического центра ДВГТУ провели анализ качества горячей воды и установили причины несоответствия качества воды требованиям санитарных норм и правил.

По результатам проведенной работы разработаны рекомендации и предложения по улучшению качества воды. Одно из самых важных мероприятий в этом направлении – промывка и обязательная дезинфекция системы отопления, горячего водоснабжения, тепловых сетей. Эта работа требует достаточно длительного времени и должна проводиться в межотопительный сезон. Напоминаем, что промывка систем должна проводиться ежегодно после окончания отопительного сезона, при этом должно быть достигнуто полное осветление воды. Дезинфекция систем теплопотребления проводится в соответствии с требованиями, установленными санитарными нормами и правилами. После дезинфекции будет проведена окончательная промывка одновременно всех систем.

По мнению специалистов, только масштабная промывка систем всех объектов города – многоквартирных домов, зданий и сооружений всех форм собственности даст ощутимый результат и значительно улучшит качество горячей воды.

Администрацией города и КГУП «Примтеплоэнерго» совместно разработан график промывки указанных систем. Эти работы будут осуществляться в течение июня-июля. На проведение запланированного комплекса мероприятий, при активном участии всех собственников зданий и сооружений, управляющих компаний, ТСЖ, потребуется около двух месяцев.

Жителям города необходимо следить за объявлениями на домах и подъездах с указанием сроков проведения работ в данном доме. Во время проведения работ необходимо держать зарытым кран горячей воды или даже перекрыть кран горячего водоснабжения при входе в квартиру, чтобы избежать несчастных случаев при проведении дезинфекции с повышенным содержанием хлора. Предупредите детей, чтобы они в этот период не открывали краны горячего водоснабжения, особенно в тех домах, где горячее водоснабжение осуществляется из системы отопления.

Работы в домах по промывке системы будут осуществлять управляющие компании, товарищества собственников жилья совместно с КГУП «Примтеплоэнерго». При проведении работ возможны дополнительные затраты со стороны жильцов многоквартирных домов – в том случае, если договором на управление, содержание и ремонт дома не предусмотрена оплата промывки и дезинфекции системы горячего водоснабжения. В таком случае оплата этих работ (стоимость воды для промывки и хлорирование) может быть включена дополнительно в квитанцию «Содержание и ремонт». В любом случае эта сумма будет незначительной.

Еще раз напоминаем, что промывка системы горячего водоснабжения — обязательная составляющая подготовки к отопительному сезону согласно Правилам технической эксплуатации тепловых энергоустановок, установленным Министерством энергетики РФ. В Приказе № 92 от 21.04.2000г. Государственного комитета РФ по строительству и жилищно-коммунальному комплексу «Об утверждении организационно-методических рекомендаций по пользованию системами теплоснабжения в городах и населенных пунктах Российской Федерации» сказано, что «длительность подачи горячей воды соответствует длительности года с уменьшением на летний (ремонтный) период, количество дней которого устанавливается органом местного самоуправления».