Лекция 8. Системы горячего водоснабжения
8.1. Общие положения
Горячим водоснабжением называется система трубопроводов и устройств, предназначенных для подогрева воды и распределения её потребителям.
Качество горячей воды на хозяйственно-питьевые нужды должно отвечать требованиям ГОСТ 2874-82* «Вода питьевая», а - на производственные нужды – технологическим требованиям.
Температуру воды в местах водоразбора следует предусматривать:
а) не ниже 60 0С для систем централизованного горячего водоснабжения (ЦГВ), присоединяемых к открытым системам теплоснабжения;
б) не ниже 50 0С для ЦГВ, присоединяемых к закрытым системам теплоснабжения;
в) не выше 75 0С в обеих системах по п.п. а) и б).
Для санитарно-гигиенических процедур горячая вода должна иметь t = 25-40 0C, а для мытья посуды, стирки и т.д. t = 40 – 60 0C. Поэтому наименьшая температура у водоразорной арматуры должна быть 50 0С.
Ограничение температуры «сверху» 75 0С связано с угрозой ожогов и усиления процесса накипеобразования. Более высокая температура воды достигается местными водонагревателями.
В детских дошкольных учреждениях температура горячей воды у водоразборной арматуры не должна быть более 37 0С.
8.2. Классификация систем горячего водоснабжения
Системы горячего водоснабжения отличаются по ряду признаков.
1. По радиусу и сфере действия они делятся на местные (децентрализованные) и централизованные. Местные системы служат для приготовления горячей воды непосредственно у точек водоразбора. Централизованные системы готовят воду для одного и более зданий.
2. Системы централизованного горячего водоснабжения (ЦГВ) делятся в зависимости от источников теплоты: перегретый пар или перегретая вода. Перегретый (сбросной) пар чаще используется на промпредприятии.
3. По использованию теплоносителя ЦГВ бывают закрытые или открытые. В закрытых системах нагрев воды происходит через поверхности обмена тепла, где теплоноситель (пар или вода) и нагреваемая вода не соприкасаются. В открытых системах происходит непосредственное смешение теплоносителя (перегретой воды) и нагреваемой воды. Поэтому подобные системы встречаются редко, в основном – на промпредприятиях.
4. В зависимости от способа аккумуляции теплоты различают ЦГВ с дополнительными аккумуляторами теплоты и без них. Аккумуляторы теплоты применяют как регулирующие ёмкости для сглаживания колебаний потребления горячей воды. Они обеспечивают равномерную работу водонагревателей и устраняют резкие колебания температуры нагреваемой воды. Аккумуляторы теплоты бывают с переменным количеством теплоты и постоянным объёмом горячей воды и с постоянной температурой и переменным объёмом горячей воды.
5. В зависимости от способа присоединения к тепловой сети водонагреватели бывают: одноступенчатые параллельные; одноступенчатые с предвключением водонагревателя; двухступенчатые со смешенным включением водонагревателей; двухступенчатые с последовательным включением водонагревателей и др.
5.1. Одноступенчатая параллельная схема включения водонагревателей
Рис.
Такая схема применялась в начальный период развития теплофикации. Преимущество: почти полная независимость расхода теплоты на отопление от расхода теплоты на горячее водоснабжение. Недостаток: не экономичная по теплозатратам.
5.2. Одноступенчатая схема с предвключёнными водонагревателями.
Рис.
Эта схема не получила большого распространения, т.к. система горячего водоснабжения оказывает влияние на систему отопления. В час максимального горячего водопротребления требуется большое количество теплоностителя. При этом система отопления недополучает тепла – в помещениях холодно. В час минимального горячего водопотребления – наоборот.
5.3. Двухступенчатая схема со смешанным включением водогнагревателей.
Рис.
Преимущество. Независимая работа систем горячего водоснабжения и отопления. Для подогрева первой ступени используется обратная вода отопительной системы. Вторая ступень включается по мере необходимости. Она также мало влияет на работу системы отопления. Получается заметная экономия теплозатрат. Эта система достаточно распространённая.
5.4. Двухступенчатая схема с последовательным включением водонагревателей.
Рис.
Схема получила наибольшее применение. Она более экономична с точки зрения тепловых затрат, но несколько превышена поверхность нагрева. Работа водонагревателя невозможна без системы автоматического регулирования температуры горячей воды и расхода теплоносителя. Эта схема работает аналогично предыдущей схеме.
8.3. Схемы прокладки сетей горячего водоснабжения
Схемы прокладки сетей горячего водоснабжения аналогичны схемам холодного водоснабжения.
Они могут быть с нижней и верхней разводкой магистральных трубопроводов, могут быть тупиковыми и кольцевыми. Кольцевыми сети получаются за счёт добавления к подающей сети циркуляционного трубопровода для поддержания нормативной температуры у водоразборной арматуры.
1. Тупиковая схема
Рис.
Тупиковая схема применяется в зданиях с числом этажей до четырёх и в зданиях с регламентированным по времени потреблением горячей воды, например, в банях, прачечных и т.д. В таких учреждениях потребление горячей воды осуществляется постоянно в течение всего рабочего дня.
Тупиковые сети применяют с относительно небольшой длиной подающего трубопровода.
Недостаток: перерасход воды вследствие понижения температуры в стояке в часы минимального водопотребления.
2. Кольцевая схема с верхней разводкой
Рис.
Кольцевые схемы применяют наиболее часто. Вода по циркуляционному трубопроводу движется под действием или гравитационного напора, или с помощью циркуляционного насоса. Таким образом, в сети всегда в любое время суток поддерживается необходимая температура воды.
3. Схема с закольцованными магистральными трубами
Рис.
Схема с закольцованными магистральными трубами применяется при большой длине подающего трубопровода в зданиях малой этажности с обязательной установкой циркуляционного насоса. Преимущество - уменьшается сброс воды в канализацию.
4. Схема с естественной циркуляцией воды
Рис.
Естественная циркуляция возникает за счёт разности плотностей горячей и охлаждённой воды. Нагретая вода поднимается вверх. Остывшая - опускается вниз. При этом возникает гравитационный напор.
,
где g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения;
h – геометрическая высота подъёма от центра водонагревателя до верхнего магистрального трубопровода;
- плотность охлаждённой воды в обратном стояке;
- плотность горячей воды в подающем стояке.
Естественная циркуляция возможна, если
,
где - потери напора по длине и на местные сопротивления.
При этом протяжённость сети с верхней разводкой должна быть не более 50 м, с нижней разводкой – не более 35 м, а водонагреватель должен располагаться ниже самого нижнего водоразборного крана.
Наибольшее распространение получили схемы с циркуляционными насосами.
1).
Рис.
Схема применяется при достаточном давлении в наружном водопроводе. Циркуляционный насос работает в ночные часы. Такую схему называю циркуляционно-понизительной.
2).
Рис.
Схема применяется при недостаточном давлении в наружном водопроводе, когда требуется создать дополнительное давление для подачи воды в диктующую точку. Такая схема называется циркуляционно-повысительной.
3).
Рис.
Схема отличается от предыдущей наличием перемычки для подачи воды в подающую магистраль после водонагревателя. Эта схема применяется при необходимости поддержания достаточно большого циркулирующего расхода. Без перемычки этот расход перекачивался бы через водонагреватель, у которого большое гидравлическое сопротивление, а значит были бы большие затраты на более мощные циркуляционные насосы.
Системы ЦГВ могут быть использованы для отопления ванных комнат полотенцесушителями, установленными на подающем или циркуляционном стояке.
Сети ЦГВ могут быть двухтрубными (с закольцованными стояками) и однотрубными (с тупиковыми или секционными стояками).