ПРИСОЕДИНЕНИЕ СИСТЕМ К ТЕПЛОВЫМ СЕТЯМ

В зависимости от способа присоединения систем горячего водоснабжения к тепловым сетям различают закрытые и открытые системы теплоснабжения. В закрытых системах трубопроводы горячего водоснабжения присоединяют к тепловым сетям через водоводяные теплообменники, в которых происходит нагрев воды для горячего водоснабжения. В открытых системах теплоснабжения вода для горячего водоснабжения отбирается непосредственно из тепловой сети, поэтому требуется оборудовать тепловые станции мощными источниками 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. 1.7). В качестве терморегулятора обычно используют приборы ТРЖ или ТРД конструкции ОРГРЭС. В результате смешивания обоих потоков давление воды за терморегулятором близко к давлению воды в обратном трубопроводе, поэтому для осуществления циркуляции в в системе горячего водоснабжения циркуляционный трубопровод подключается (рис. 1.7, а) к обратному трубопроводу тепловой сети за местом отбора воды и после дроссельной шайбы. Диаметр шайбы выбирается из расчета создания на ней сопротивления, соответствующего потерям давления в системе горячего водоснабжения.

При давлении в обратном трубопроводе тепловой сети, недостаточном для подачи воды в систему горячего водоснабжения, на трубопроводе горячей воды после терморегулятора устанавливают повысительно-циркуляционный насос (рис. 1.7,6), который выполняет функции подпиточного насоса системы отопления с независимым присоединением.

При недостаточной мощности источника водоснабжения на тепловой станции и для снижения температуры воды, возвращаемой на станцию, в г. Свердловске, применяют комбинированную схему присоединения систем горячего водоснабжения (рис. 1.8,а), при которой на тепловых пунктах часть воды забирается из городской водопроводной сети. Эту воду сначала нагревают в водонагревателе теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления, а затем смешивают с водой из подающего трубопровода теплосети. Строительство теплового пункта для такой схемы требует больших капитальных затрат, чем для схемы с непосредственным водоразбором, но меньших, чем для закрытой схемы. По данным Теплосети «Свердловэнерго» внедрение комбинированной схемы позволяет уменьшить объем водоподготовки на станции на 35—40 %, а также снизить расход электроэнергии на перекачку теплоносителя на 20%.

При значительных отборах воды на горячее водоснабжение из подающего трубопровода, как правило, сокращается расход сетевой воды, поступающей в систему отопления, что приводит к разрегулировке последней и непрогревам отдельных помещений. Для устранения этого недостатка Теплосетью «Волгоградэнерго» предложено на тепловых пунктах устанавливать предвключенные водонагреватели горячего водоснабжения (см. рис. 1.8,б). Воду на горячее водоснабжение в течение всего отопительного периода отбирают только из обратного трубопровода и при необходимости догревают до заданной температуры в водонагревателях сетевой воды из подающего трубопровода. При этом неблагоприятное влияние водоразбора из тепловых сетей на работу систем отопления сводится к минумуму, так как с возрастанием нагрузки расход сетевой воды, циркулирующей в системе 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 позволяет создать принципиально новую однотрубную систему теплоснабжения, в которой вся вода, прошедшая систему отопления, используется для горячего водоснабжения 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 равнить расходы воды на отопление и горячее водоснабжение. При расчетной температуре сетевой воды 150 °С 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 водоснабжение 105—130 л), поэтому применение однотрубной системы теплоснабжения требует повышения расчетной температуры сетевой воды до 180—200 °С и наличия баков-аккумуляторов горячей воды. При этом расхождение баланса по расходу воды будет незначительным и слив минимальным.

По данным МИСИ им. В. В. Куйбышева, стоимость открытой системы теплоснабжения составляет 76,5, однотрубной— 45,8% стоимости закрытой системы теплоснабжения. Однако, несмотря на перспективность и экономичность однотрубной системы теплоснабжения, она не нашла широкого применения из-за расхождения расходов воды на отопление и горячее водоснабжение. Особенно эффективно ее применение при сверхдальней транспортировке тепла и в южных районах, где отопительная нагрузка сравнительно невелика и для исключения слива не требуется завышенных параметров теплоносителя.

В Москве была выполнена опытная проверка так называемой «полуторной» системы: однотрубная система в котельной до ДТП и двухтрубная система с непосредственным водоразбором в квартале. Для выравнивания нагрузки горячего водоснабжения в ДТП был установлен бак-аккумулятор. Проверка показала, что при расчетной температуре теплоносителя 200 °С слив начинается только при температуре наружного воздуха tex<—12°С.

Схемы присоединения водонагревателей горячего водоснабжения в закрытой системе теплоснабжения показаны на рис. 1.9—1.12. В связи с резко переменным графиком водопотребления обязательным условием подключения водонагревателей горячего водоснабжения является оборудование их регуляторами температуры горячей воды. Параллельную (рис. 1.19) и двухступенчатую смешанную (см. рис. 1.10) схемы применяют при независимом регулировании нагрузок отопления и горячего водоснабжения. Расчетный расход сетевой воды для нужд горячего водоснабжения определяют (при отсутствии аккумуляторов горячей воды) по максимальной часовой нагрузке. При работе по этим схемам наблюдаются значительные колебания расхода сетевой воды на горячее водоснабжение из-за неравномерности потребления горячей воды в течение суток (при отсутствии на вводе баков-аккумуляторов) и сезонной неравномерности расхода сетевой воды на горячее водоснабжение (с понижением наружной температуры растет температура воды в тепловой сети, а следовательно, и расход сетевой воды на горячее водоснабжение сокращается). Для сохранения стабильного расхода воды в системе отопления перед элеватором устанавливают регулятор. Параллельную схему применяют, если расход теплоты на горячее водоснабжение значительно превышает расход теплоты на отопление. Смешанную схему применяют при нагрузке горячего водоснабжения соизмеримой с расходом тепла на отопление с целью использования теплоты воды, прошедшей систему отопления, и одновременного снижения ее температуры.

Для предвключенной и последовательной двухступенчатой схем (см. рис. 1.9 и 1.11) присоединения водонагревателей расчетный расход сетевой воды на абонентский ввод определяют по среднему, а не максимальному расходу теплоты на горячее водоснабжение.

Неравномерность потребления теплоты системой горячего водоснабжения вызывает изменение температуры воды, поступающей в системы отопления, поскольку регулятор расхода, установленный на перемычке вокруг предвключенного системе отопления водонагревателя, поддерживает постоянный расход сетевой воды на вводе. В часы максимального водоразбора система отопления недополучает теплоты, а в часы водоразбора ниже среднего уровня она, наоборот, получает теплоты больше необходимого. В делом за сутки система отопления получает свою норму расхода теплоты, и, как показали выполненные во Всесоюзном теплотехническом институте (ВТИ) и МНИИТЭПе исследования, колебания температуры в отапливаемых помещениях не превышают 1 °С. Это объясняется аккумулирующей способностью здания и системы отопления, а также тем, что в часы максимального водоразбора в квартирах имеются наибольшие бытовые тепловыделения.

При соотношении среднего расхода теплоты на горячее водоснабжение к расчетному на отопление 0,3 (а по максимальным величинам 0,7—0,9) расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжение при двухступенчатой последовательной схеме будет меньше, чем при смешанной схеме, в 2 раза и в 3,2 раза, чем при параллельной схеме (предвключенная схема применяется при меньшей доле нагрузки горячего водоснабжения).

Однако при применении последовательных схем в условиях центрального регулирования отпуска теплоты по отопительному графику нарушается необходимое соответствие. между подачей теплоты на отопление и тепло- потерями зданий, что вызывается сезонной неравномерностью расхода сетевой воды на горячее водоснабжение (отмеченной при описании смешанной схемы). Поскольку расход сетевой воды на абонентский ввод поддерживается постоянным, избыток его с понижением наружной температуры поступает в систему отопления, вызывая перегрев отапливаемых помещений. Поэтому в районах, в которых кроме отопления имеется горячее водоснабжение, следует использовать повышенный график, при котором расход теплоты на горячее водоснабжение компенсируется не расходом сетевой воды, а повышением температуры воды в подающем трубопроводе по сравнению с предусмотренной отопительным графиком (см. в гл. 3). При этом обеспечивается расход на горячее водоснабжение без дополнительного (или с незначительным увеличением) расхода воды в тепловой сети по сравнению с расчетным расходом на отопление и устраняется сезонный перерасход теплоты. Таким образом применение икледовательной двухступенчатой схемы присоединении водонагревателей горячего водоснабжения при теплоты по повышенному температурному графику позволяет значительно увеличить пропускную способность существующих тепловых сетей или снизить удельную стоимость проектируемых наружных сетей.

В последнее время находит все большее применение смешанная схема с ограничением максимального расходы сетевой воды, также дающая возможность использовать теплоаккумулирующую способность отапливаемых зданий и систем отопления для устранения влияния неравномерности потребления теплоты системами горячего водоснабжения на работу тепловой сети. В отличие от обычной смешанной схемы в этой схеме регулятор расхода устанавливают не перед системой отопления, а на иноде до места отбора сетевой воды на II ступень водонагревателя горячего водоснабжения (см. рис. 1.12). Регулятор поддерживает расход воды не выше заданного. С ростом водоразбора регулятор температуры раскроется, увеличивая расход сетевой воды через II ступень. 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 отопление, что делает эту схему равноценной с последовательной по расчетному расходу сетевой воды. Постоянный расход воды в системах отопления обеспечивается работой 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 водонагревателей горячего водоснабжения, а при параллельной и смешанной схемах значительно сократить расход сетевой воды. Возможно использование либо открытых (рис. 1.13,а), либо закрытых (рис. 1.13,6) баков-аккумуляторов горячей воды. При открытых базах кроме уменьшения площади поверхности нагрева водонагревателей снижается пиковое водопотребление из городской водопроводной сети. Верхнее расположение бака предпочтительнее из-за частичной деаэрации воды, что ослабляет процессы внутренней коррозии в системах горячего водоснабжения. Для обеспечения постоянного расхода воды через водонагреватель при верхнем расположении 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, поддерживающего постоянный расход местной воды через водонагреватель, в этой схеме выполняет циркуляционный насос. Если сумма расхода воды из водопровода и циркуляционной линии меньше установленной подачи насоса, то недостающая часть воды забирается из аккумулятора (зарядка), если больше, то излишняя часть, наоборот, вытесняет воду из аккумулятора (разрядка). Объем бака для жилого дома должен в 4—6 раз превышать средний часовой расход горячей воды.

Уменьшить площадь поверхности нагрева водонагревателей возможно, если сократить хотя бы пиковый расход теплоты в часы максимального водоразбора. Это достигается применением емких теплообменников водоснабжения, позволяющих одновременно осуществлять естественную циркуляцию в местной системе. Причем в I ступени следует сохранить скоростные водонагреватели (рис. 1.13,в), так как в случае объединения I и II ступени ночью при отсутствии водоразбора вода и I системы отопления будет охлаждать воду в водонагревателе горячего водоснабжения.

Как работают открытая и закрытая системы горячего водоснабжения?

Система горячего водоснабжения состоит из арматуры и трубопроводов, а также устройств, подающих подогретую воду или обеспечивающих ее подогрев.

Открытая и закрытая система горячего водоснабжения — это две системы, противоположные по действию, которые имеют свои положительные и отрицательные стороны.

В открытой схеме теплоснабжения горячая вода нагревается в котельной, ТЭЦ или ГРЭС. К отопительным приборам она отбирается из труб, по которым течет вода – радиаторам, конвекторам и стальным регистрам.

В закрытой сети горячая вода появляется из холодной воды путем нагрева пластинчатых теплообменников на самом объекте теплопотребления (в многоквартирном доме, производственном помещении или бизнес-центре).

Виды систем теплоснабжения

Системы теплоснабжения классифицируются по:

температурному режиму (высокопотенциальные, среднепотенциальные и низкопотенциальные);

типу теплоносителя (паровые и водяные);

числу трубопроводов (однотрубные, многотрубные);

способу подключения (одноступенчатые и многоступенчатые);

способу подачи воды на ГВС (открытые и закрытые).

Открытая и закрытая система – это принцип организации систем теплоснабжения, а не ГВС.

Схемы подачи горячей воды можно разделить на две группы в зависимости от размещения источника тепла:

1. Децентрализованная. Обслуживает один объект.
2. Централизованная (ЦСГВ). Подогрев воды обеспечивает ТЭЦ или котельные. Могут использоваться закрытые или открытые системы водоснабжения.

На промышленных предприятиях зачастую применят вторичный пар. Для населения и организаций используется сильно перегретая одна и та же вода.

Отличие и схожесть двух систем

Многих интересует вопрос, чем отличается открытая система горячего водоснабжения от закрытой?

В открытых или тупиковых системах перед подачей потребителю кипяток разбавляется холодной водой до нужной температуры. Вода для подогрева должна контактировать с теплоносителем. В закрытых системах подогрев производится за счет теплообмена, чем и отличается от открытой схемы.

Проще всего получить горячую воду открытым способом, но вода быстрее остывает и теряет в качестве. Для более длительного сохранения высокой температуры, схему следует закольцевать. Отличительным признаком закрытых систем как раз является кольцевая циркуляция воды.

Достоинства есть у обеих систем, например, у открытой схемы ниже стоимость. Открытая и закрытая сеть дает воду разного качества. Чтобы соответствовать питьевому качеству, должна проводиться деаэрация воды в постоянном режиме.

Схожесть двух систем заключается в максимальной передаче тепла, что сказывается на эффективности этих сетей. Повысить эти показатели можно, установив тепловой насос на любую из систем.

Открытая система

Что такое открытая система горячего водоснабжения? Тупиковая сеть относится к удобным вариантам для малоэтажных домов с короткими стояками. Она проектируется для хозяйственных и бытовых водопроводов, где требуется длительный расход горячей воды. Кроме жилых домов, это могут быть бани, предприятия общепита, оздоровительные организации.

Открытая система более выгодна из-за металлоемкости, но из-за быстрого остывания приходится сливать остывшую воду и какое-то время дожидаться в кране горячей воды.

Поэтому водный ресурс используется нерационально, из-за чего в многоэтажных домах такую систему не применяют.

Структура открытой схемы

Как работает открытая система? Она состоит из подающей и обратной тубы, которые соединяются в тепловом пункте или элеваторном узле, где вода доводится до 60°С. После чего она подается во внутренний трубопровод дома.

Принцип работы тупиковой сети достаточно прост. В схеме присутствует нагревательный прибор, циркуляционный насос, обеспечивающий транспортировку, и трубопровод, ведущий к точкам раздачи.

Открытая система состоит из:

• труб различного сечения (с диметром 20 — 200 мм);
• термометров;
• тепловой изоляцией;
• обратных клапанов;
• манометров;
• шаровых кранов;
• задвижек;
• регуляторов температуры (с контроллером и без).

Варианты монтажа отличаются, они бывают:

1. С верхней разводкой. Реализуется на подкровельных технических этажах в зданиях с возможностью установки водонагревательных баков.
2. С нижней разводкой. Оборудование устанавливается в подвале, что обеспечивает более простое обслуживание. Однако при таком способе давление для всех этажей не бывает одинаковым, поэтому для его поддержания обычно устанавливаются повысительные насосы.

На скорость движения воды оказывает влияние:

• высота, на которую подается вода;
• динамическое давление;
• неизбежные потери.

Поэтому на трубах устанавливаются реле давления, а в резервуарах – поплавковые датчики. Чтобы не приходилось сливать воду из всей системы для осуществления ремонта, ветви трубопровода оснащаются запорной арматурой, чтобы можно было временно отсечь участок от сети.

Плюсы и минусы

Стабильность напора в открытой системе поддерживается гидравлическим способом, то есть горячая вода выдавливает остывающую. Тепловая энергия выдается по максимуму, не требуя высоких затрат на теплоноситель.

Эксплуатацию облегчает минимум оборудования и простота монтажа, что делает ее экономичной. Для обслуживания открытой сети достаточно одного слесаря-сантехника.

Минусы:

по качеству вода не является питьевой;

наличие вредных химических примесей, которые могут вызывать раздражения и сушить кожу;

наличие оранжевого цвета из-за ржавчины;

неприятный запах от горячей воды;

в централизованных условиях вода имеет высокую стоимость;

требуется оплата более дорогой обессоленной воды;

из-за неправильной эксплуатации системы возможно появление воды более 100°С, что приводит к ожогам.

Основным минусом открытой сети является быстрое остывание горячей воды. Многие жильцы по утрам включают кран и долго ждут, пока сольется холодная вода и пойдет горячая. Квартиры, в которых установлены счетчики, страдают больше всего.

К недостатку можно отнести не слишком стабильную температуру в отопительных радиаторах из-за быстро остывающей воды. Выгода также теряется из-за затрат на очистку воды.

Большинство старых застроек получают воду по тупиковой схеме. В новостройках применяется новая закрытая система, где установлено специальное оборудование, которое подогревает воду. В соответствии с ФЗ №190, с 2022 года все объекты строительства в обязательном порядке перейдут на закрытые схемы.

Закрытая система

Что такое закрытая система горячего водоснабжения? В отличие от открытой схемы, в закрытой или кольцевой схеме вода нагревается от воды из тепловой сети, не смешиваясь с теплоносителем, из-за чего возникает теплообмен. То есть, пользователь забирает из водопровода питьевую холодную воду и нагревает ее в дополнительном теплообменнике за счет сетевой воды.

Кроме оборудования, которое используется в тупиковой схеме, здесь установлены:

• контроллеры;
• насосы;
• пластинчатые теплообменники для ГВС;
• щиты управления.

Обслуживание открытой сети проводится в комплексе персоналом различной квалификации. Так, бригада слесарей или слесарь-сантехник проводит обслуживание тепловой изоляции, труб различного сечения, задвижек, термометров, манометров, кранов регуляторов температуры, клапанов.

Электрик необходим для обслуживания электрических узлов, а сотрудники специализированной организации отвечают за тепловую автоматику и контроллеры.

Положительные характеристики закрытой системы:

• хорошее качество горячей воды, приближенной к питьевой;
• отсутствие неприятного запаха;
• постоянная температура, начиная от +60°С, но не выше 100°С, как в открытой схеме;
• более простой контроль системы;
• более низкая стоимость приготовления воды, нет необходимости переплачивать за химически-обессоленную воду.

Недостатки системы

Такие неоспоримые преимущества влекут за собой удорожание сети, что относится к существенным минусам закольцованной системы. Более сложная в техническом плане схема ведет к удорожанию за счет внедрения в них индивидуальных водонагревателей с богатым арсеналом коммуникаций. Поэтому к минусам системы относится использование дорогого оборудования, что ведет к высоким капитальным затратам и более дорогое обслуживание.

При подключении данной сети применяются недешевые латунные трубки, так как полимерные не выдерживают интенсивный подогрев. Но латунь не подвержена коррозии, позволяет обойтись без компенсаторов и упрощает конструкцию.

Также сюда можно отнести сложность регулирования расхода воды. Технически не всегда возможно установить возле каждого котла аккумулирующую емкость. Также возрастают расходы и на электроэнергию, так как оборудование работает от электричества.

Теплосети в закрытой схеме даже при правильной эксплуатации несут 0,5% потери воды, из-за чего их необходимо регулярно подпитывать насосом подкачки. Качество воды обеспечивается вакуумными деаэраторами, установленными в ЦТП.

Итак, между открытой и закрытой системами существуют отличия, имеются свои преимущества и минусы. Открытая схема дешевле и проще, но качество горячей воды ниже, чем в закрытой. Закольцованная сеть хоть и требует к себе большего внимания и дороже, однако, вода в ней лучшего качества.

Специалисты рекомендуют устанавливать кольцованную схему, когда водоснабжение централизованное. Для тех, кто пользуется подземным водозабором, дешевле и проще установить тупиковую сеть, сэкономив немало средств. Не забывайте, что в 2021 году ею еще можно будет пользоваться, но только до 2022 года.