IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2017

ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЕ ГОРЯЧЕЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ

Горячее водоснабжение (ГВС) – система, предназначенная для удовлетворения гигиенических (умывание, купание) и бытовых (стирка, мойка) нужд населения. Температура воды в данной системе во избежание ожога не должна превышать 75 °С. Такой водой снабжаются здания с проживанием людей (жилые здания, общежития, отели), профилактические (больницы, поликлиники, санэпидстанции), здания санитарно-гигиенического и коммунального обслуживания (бани, прачечные, ателье, мастерские), учебные здания (школы, техникумы, университеты), детские учреждения, здания общественного питания и торговли, здания культурно-просветительные (кинотеатры, цирки, клубы), а также промышленные здания и сооружения.

Системы снабжения горячей водой делятся на два вида: автономная (децентрализованная) и централизованная.

Автономная (децентрализованная) система представляет приготовление горячей воды на месте потребления и выполняется подобная процедура с помощью небольших тепловых генераторов: газовые нагреватели, дровяные печи, газовые и прочие установки.

Централизованная система горячего водоснабжения – это определенный комплекс сооружений, который обеспечивает горячей водой от одного здания до нескольких зданий, микрорайона или города. Рассмотрим такую систему более подробно, ведь она имеет преимущественное применение в современном строительстве, так как наиболее массовыми потребителями горячей воды являются многоэтажные жилые здания, которые получают теплоту от котельных или центральных тепловых пунктов.

Системы централизованного горячего водоснабжения следует проектировать, предусматривая размещение пунктов подогрева воды, как правило, в центре района потребления горячей воды [1]. Централизованная система горячего водоснабжения для нагрева воды использует теплообменник (водонагреватель), циркуляционную сеть и насосы, обеспечивающие циркуляцию горячей воды, которая необходима для восполнения теплопотерь и поддержания требуемой температуры воды у всех потребителей. В зависимости от источников теплоты централизованные системы горячего водоснабжения могут использовать: закрытые или открытые тепловые сети (сети ТЭЦ или районных котельных).

При проектировании систем централизованного горячего водоснабжения следует предусматривать присоединение их к двухтрубным водяным тепловым сетям открытых систем теплоснабжения непосредственно к обратному трубопроводу, а при закрытых системах теплоснабжения – через водонагреватели [1].

В открытых системах теплоснабжения горячая вода поступает в здания из подающего трубопровода тепловой сети, то есть горячая вода одновременно идет на отопление и на горячее водоснабжение.

В закрытой системе теплоснабжения холодная вода из наружной водопроводной сети подается в водонагреватель, в котором нагревается теплоносителем из тепловой сети до необходимой температуры и по распределительной сети транспортируется к потребителям. Остывшая вода возвращается в теплообменник для подогрева. Водонагреватели могут устанавливаться в районных котельных или ТЭЦ, а могут размещаться непосредственно в тепловых пунктах зданий.

Для предотвращения остывания воды в системе горячего водоснабжения в часы отсутствия водоразбора устраивают циркуляцию горячей воды. По циркуляционным трубопроводам вода возвращается в пункт обогрева воды, в котором подогревается. Таким образом, обеспечивается постоянная температура воды в системе ГВС. На циркуляционном стояке могут размещаться полотенцесушители (рис.1).

Рис. 1 Система ГВС с циркуляцией

Различают системы горячего водоснабжения еще и по наличию или отсутствию в них баков-аккумуляторов горячей воды. Баки-аккумуляторы в системах горячего водоснабжения следует предусматривать:

а) для повышения эффективности действия установок по противокоррозионной и противонакипной обработке холодной воды (при необходимости такой обработки);

б) для выравнивания потребления горячей воды при ограниченной мощности источника теплоснабжения и неравномерном потреблении горячей воды в здании, сооружении или в группе зданий и сооружений;

в) для ограничения и выравнивания давления в трубопроводах сетей горячего и холодного водоснабжения, а также повышения устойчивости их работы [1].

Баки-аккумуляторы подлежат периодической очистке от осадков и обрастаний. Периодичность очистки определяется местными условиями эксплуатации, но должна проводиться не реже одного раза в два года [3].

В закрытых системах теплоснабжения баки-аккумуляторы устанавливаются в ЦТП (Центральный тепловой пункт) или в источниках теплоты (котельных или ТЭЦ). Баки-аккумуляторы систем горячего водоснабжения следует проектировать, как правило, из металла.

В заключение следует сказать, что система горячего водоснабжения – это целый комплекс трубопроводов, технических и технологических устройств, который необходим для жизнеобеспечения населения и благоустройства зданий и городов.

Список использованных источников

СП 30.13330.2012 Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85* : утв. Приказом Минрегион России от 29.12.2011 г. № 626 : дата введ. 01.01.2013. — 65 с.

СанПиН 2.1.4.1074-01 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения : утв. Пост. главного государственного санитарного врача РФ, 26.09.2001 №24 : дата введ. 01.01.2002. — 62 с.

Ионин А. А. и др. Теплоснабжение: учеб. для студентов вузов по спец. «Теплогазоснабжение и вентиляция». — М.: ЭКОЛИТ, 2011.

ЖКХ в России

Централизованное горячее водоснабжение жилого дома

Централизованное горячее водоснабжение (горячее центральное водоснабжение).

В жилых зданиях используют централизованные системы горячего водоснабжения, которые получают теплоту от котельных или центральных тепловых пунктов. Централизованный горячий водопровод для нагрева воды использует теплообменник (водонагреватель), циркуляционную сеть и насосы, обеспечивающие циркуляцию горячей воды, которая необходима для восполнения теплопотерь и поддержания требуемой температуры воды у всех потребителей. Схема горячего водопровода зависти от режима водопотребления, схемы теплоснабжения населенного пункта, района города и т.д. Различают открытые и закрытые схемы.

Отличия открытой и закрытой схем централизованного горячего водоснабжения

1. В открытой схеме централизованного горячего водоснабжения с непосредственным водоразбором (рис.2) горячая вода поступает в дом из подающего трубопровода тепловой сети. Иными словами, по одной и той же трубе подается горячая вода, которая одновременно идет на отопление и на горячее водоснабжение.

В крупных городах такая схема горячего водоснабжения применяется практически на всех многоквартирных домах. Подключение внутридомового трубопровода горячего водоснабжения к отопительной системе осуществляется непосредственно в тепловом узле ввода дома (элеваторном узле).

2. В закрытой схеме горячего центрального водоснабжения холодная вода из наружной водопроводной сети подается в теплообменник (водонагреватель), в котором за счет перегретой воды из котла нагревается до необходимой температуры и при помощи циркуляционных насосов по распределительной сети транспортируется к потребителям. Остывшая вода возвращается на догрев в водонагреватель. Теплообменники могут устанавливаться в районных котельных или ТЭЦ, а могут размещаться непосредственно в технических подвалах домов. Если теплообменник установлен в подвале дома то циркуляционный насос и сопутствующее оборудование может быть установлено там же.

Водопроводные сети дома.

Водонапорные сети горячего водопровода разделяют на распределительные, циркуляционные и состоят они из магистралей, стояков и подводок. Как правило, в домах получили распространение сети с нижней разводкой. Магистрали проходят в подвале дома, стояки проходят через все этажи.

ЖКХ в России

Централизованное горячее водоснабжение жилого дома

Централизованное горячее водоснабжение (горячее центральное водоснабжение).

В жилых зданиях используют централизованные системы горячего водоснабжения, которые получают теплоту от котельных или центральных тепловых пунктов. Централизованный горячий водопровод для нагрева воды использует теплообменник (водонагреватель), циркуляционную сеть и насосы, обеспечивающие циркуляцию горячей воды, которая необходима для восполнения теплопотерь и поддержания требуемой температуры воды у всех потребителей. Схема горячего водопровода зависти от режима водопотребления, схемы теплоснабжения населенного пункта, района города и т.д. Различают открытые и закрытые схемы.

Отличия открытой и закрытой схем централизованного горячего водоснабжения

1. В открытой схеме централизованного горячего водоснабжения с непосредственным водоразбором (рис.2) горячая вода поступает в дом из подающего трубопровода тепловой сети. Иными словами, по одной и той же трубе подается горячая вода, которая одновременно идет на отопление и на горячее водоснабжение.

В крупных городах такая схема горячего водоснабжения применяется практически на всех многоквартирных домах. Подключение внутридомового трубопровода горячего водоснабжения к отопительной системе осуществляется непосредственно в тепловом узле ввода дома (элеваторном узле).

2. В закрытой схеме горячего центрального водоснабжения холодная вода из наружной водопроводной сети подается в теплообменник (водонагреватель), в котором за счет перегретой воды из котла нагревается до необходимой температуры и при помощи циркуляционных насосов по распределительной сети транспортируется к потребителям. Остывшая вода возвращается на догрев в водонагреватель. Теплообменники могут устанавливаться в районных котельных или ТЭЦ, а могут размещаться непосредственно в технических подвалах домов. Если теплообменник установлен в подвале дома то циркуляционный насос и сопутствующее оборудование может быть установлено там же.

Водопроводные сети дома.

Водонапорные сети горячего водопровода разделяют на распределительные, циркуляционные и состоят они из магистралей, стояков и подводок. Как правило, в домах получили распространение сети с нижней разводкой. Магистрали проходят в подвале дома, стояки проходят через все этажи.

Централизованные системы горячего водоснабжения

Отличительной чертой централизованного горячего водоснабжения является непрерывное поступление горячей воды к водоразборным приборам. В современных системах теплоснабжения набольшее распространение получило приготовление горячей воды в местных или центральных тепловых пунктах, из которых вода поступает в системы горячего водоснабжения.

Рис. 3.1. Тупиковая схема горячего водоснабжения с верхней разводкой и баком-аккумулятором: 1 – водопроводная вода; 2 – секционный водонагреватель; 3 – верхний бак-аккумулятор с поплавковым краном; 4 – к водоразборным приборам; РТ – регулятор температуры;
t₁, t₂, t_х – соответственно температура воды в подающем и обратном трубопроводах и холодной водопроводной

Горячее водоснабжение от МТП организуется главным образом при районном или квартальном теплоснабжении.

На предприятиях с постоянным и большим водоразбором, а также в небольших малоэтажных жилых домах с периодическим водоразбором распространены простые и дешевые тупиковые схемы с верхней разводкой и аккумулятором (рис. 3.1). Горячая вода в таких системах подготавливается заранее до начала водоразборов. Большой запас воды в аккумуляторе позволяет сохранять высокую температуру даже при продолжительных перерывах потребления воды.

В больших жилых зданиях с неравномерным потреблением горячей воды и без аккумулирования тупиковая разводка недопустима, так как продолжительное прекращение водоразбора может привести к недопустимому остыванию воды и необходимости ее слива. Остывание воды в разводящих трубопроводах предупреждается непрерывной или кратковременной естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя в местной системе.

Естественная циркуляция наиболее эффективна в системах с верхней разводкой, так как с устройством замкнутого контура (рис. 3.2) непрерывно действующая циркуляция возникает естественным путем. Естественное движение воды происходит 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 1 и прокладкой разводящих трубопроводов 3, 4, 5 без тепловой изоляции. В результате разность температур воды в контуре (на выходе из подогревателя и на входе в него) достигает максимального значения.

В зданиях с большими чердачными помещениями вместо воздухосборников целесообразно устанавливать баки-аккумуляторы.

Ввиду сравнительно малой величины естественного циркуляционного давления пределы применения естественной циркуляции ограничены. В зданиях с длиной разводящих трубопроводов, превышающей допустимые пределы, применяется принудительная циркуляция с помощью насосов. Она допускается в системах с нижней разводкой трубопроводов (рис. 3.3).

Системы горячего водоснабжения с непрерывной циркуляцией работают с постоянным подогревом воды, что является необходимым условием применения полотенцесушителей. Поэтому в жилых домах горячее водоснабжение должно проектироваться с циркуляцией и полотенцесушителями. Полотенцесушители размещаются в ванных комнатах и душевых помещениях на трубопроводах, в которых обеспечивается постоянное протекание горячей воды. Часто полотенцесушители присоединяются к циркуляционным стоякам.

Необходимость применения циркуляции определяется из условия обеспечения минимально допустимой температуры воды в наиболее удаленной и высокорасположенной точке водоразбора. При этом в жилых домах до пяти этажей без полотенцесушителей циркуляция воды должна предусматриваться только в подающих трубопроводах. В зданиях большей и любой этажности, но с полотенцесушителями на трубопроводах горячего водоснабжения, циркуляция должна предусматриваться в подающих трубопроводах и разводящих стояках одновременно.

Рис. 3.3. Схема горячего водоснабжения с нижней разводкой и принудительной циркуляцией: 1 – полотенцесушитель; 2, 3 – подающая и циркуляционная линии; 4 – секционный водонагреватель; 5 – водопровод; 6 – циркуляционный насос; В – водомер

Системы горячего водоснабжения с нижней разводкой и аккумулированием могут иметь только нижнее расположение баков-аккумуляторов (рис. 3.4). Нижние баки находятся под статическим давлением воды самой высокой точки водоразбора. Запас теплоты в баках создается при уменьшении или прекращении водоразбора, когда производительность насоса и подогревателя превышает нагрузку горячего водоснабжения. В такие периоды поступление холодной воды из водопровода в замкнутую систему уменьшается или полностью прекращается, а непрерывная работа подогревателя используется на накопление тепловой энергии в системе.

При отсутствии водоразбора вся горячая вода из подогревателя поступает в систему (на циркуляцию) и в бак, вытесняя из него холодную воду сверху вниз. Вытесняемая из бака вода смешивается с остывшей циркуляционной водой и вновь через подогреватель нагнетается в бак и в систему. При частичном водоразборе убыль воды в системе пополняется из водопровода, а поступление горячей воды в бак уменьшается на величину установившегося водоразбора. Такой процесс постепенного заполнения аккумулятора горячей водой называется зарядкой. Когда разбор горячей воды становится равным производительности зарядочного насоса и подогревателя, зарядка аккумулятора прекращается, и ввиду падения давления в циркуляционном трубопроводе обратный клапан закрывается, прекращая циркуляцию воды. При максимальном водоразборе, превышающем производительность установки, давление в разводящих трубопроводах становится меньше давления в водопроводе. Тогда под давлением холодной водопроводной воды недостающее количество горячей воды будет вытесняться в систему из бака снизу вверх, аккумулятор при этом разряжается.

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

Схемы горячего водоснабжения с непосредственным водоразбором из тепловых сетей отличаются от рассмотренных тем, что в тепловых пунктах вместо подогревателей устанавливаются групповые смесители (рис. 3.5 и 3.6). Смесители предназначены для понижения температуры сетевой воды из подающего трубопровода подмешиванием более холодной воды, поступающей из системы отопления. Необходимая температура горячего водоразбора регулируется изменением подачи воды из подающего трубопровода с помощью регулятора температуры. Для устранения перетоков воды из подающего трубопровода в обратный на обратном трубопроводе 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 теплое время года при водоразборе из подающей линии это давление должно быть обеспечено в точках а (рис. 3.5) при открытом вентиле 5, при водоразборе из обратной линии – в точках б при закрытом вентиле 5. В схеме на рис. 3.5 необходимое давление в точках а и б подбирается из условия свободного заполнения горячей водой бака-аккумулятора.

В схеме на рис. 3.6 циркуляция в летний и зимний периоды создается различным образом. Летом при водоразборе из подающей линии вентиль а закрывается. Так как большая разность давлений между подающей и обратной линиями вызывает излишнюю циркуляцию воды, то для поглощения избыточного циркуляционного давления поток воды направляется через летнюю шайбу путем закрытия вентиля б. В зимний период водоразбор производится одновременно из обоих трубопроводов или только из обратного, для этого вентиль а должен быть открытым. Для циркуляции воды в системе горячего водоснабжения необходимо, чтобы давление в точке в было меньше давления в точке г, что достигается установкой зимней шайбы. Для уменьшения гидравлического сопротивления циркуляционного трубопровода летняя шайба отключается и вся циркуляционная вода протекает по линии с открытым вентилем б.

Горячее водоснабжение по схеме на рис. 3.5 применяется в домах с большим и периодическим водоразбором, а без циркуляции используется там же, где и схема, показанная на рис. 3.1.

Подогреватели горячего водоснабжения в закрытых системах теплоснабжения обходятся значительно дороже смесителей. Но при непосредственном большом водоразборе из тепловых сетей затраты на подготовку подпиточной воды на тепловой станции и перекачку теплоносителя в сетях иногда превышает экономию, получаемую от замены подогревателей в тепловых пунктах смесительными приборами. Использование комбинированной схемы, показанной на рис. 3.7, дает ощутимую экономию расхода сетевой воды за счет добавки в местную систему водопроводной воды, нагреваемой в подогревателе обратной водой из системы отопления. Когда температура сетевой воды в обратном трубопроводе повышается до 70 о С, водоразбор из подающего трубопровода может быть полностью прекращен. В этом случае горячее водоснабжение целиком обеспечивается водопроводной водой, нагреваемой в теплообменнике. Эта схема по капитальным затратам дороже схем с непосредственным водоразбором, но позволяет сократить объем водоподготовки на 35 – 40% и расход электроэнергии на циркуляцию сетевой воды – на 20%.

Существуют различные схемы подключения стояков горячего водоснабжения. «Классическая» схема с циркуляционным стояком на каждый подающий стояк (рис. 3.8, а) отличается наибольшей металлоемкостью. В схеме с парнозакольцованными стояками (рис. 3.8, б) водоразрные приборы и полотенцесушители присоединяются к подающим и циркуляционным стоякам. По такой схеме в часы максимального водоразбора обa стояка являются подающими, в остальное время один из стояков выполняет функции циркуляционного. Переключение стояка с режима подачи на режим циркуляции осуществляется автоматическим устройством в тепловом пункте. Схема не получила распространения из-за плохого прогрева полотенцесушителей и пониженной температуры водоразбора из циркуляционного стояка при циркуляционном режиме работы. Общим недостатком схем а и б является небольшая скорость циркуляции воды, способствующая ускоренной коррозии полотенцесушителей.

В жилых домах к циркуляционному стояку можно присоединять несколько подающих стояков (рис. 3.8, в, г), пропорционально их числу увеличивается скорость воды в циркуляционном стояке. Схемы по металлозатратам более экономичны и при загрузке циркуляционных стояков полотенцесушителями коррозия полотенцесушителей несколько уменьшается.

В зданиях высотой более 50 м системы горячего водоснабжения должны быть разделены на зоны, так как при сохранении традиционных для зданий средней этажности схем циркуляции возникают трудности регулирования одинакового давления в водоразборных приборах различных этажей. Высота зон определяется по нормам проектирования внутреннего водопровода. В наиболее часто встречающихся схемах (рис. 3.9, а) каждая зона обеспечивается горячей водой от своего комплекта оборудования в МТП или ЦТП. Подобные схемы надежны, но имеют высокую начальную стоимость и большие эксплуатационные затраты.

При подаче горячей воды по общему подающему трубопроводу (рис. 3.9, б) давление в верхней зоне регулируется регулятором давления на циркуляционном стояке или подкачивающим насосом на подающем стояке. В нижней зоне необходимое давление контролируется установкой регулятора давления на подающем стояке. Недостатком такой схемы является сложность наладки режимов циркуляции при большой разнице давлений воды в зонах.

Наиболее перспективна схема горячего водоснабжения с естественной циркуляцией в пределах каждой зоны и подогревом воды в небольших подогревателях, установленных на подающих стояках. В этом случае горячая вода должна подаваться из ЦТП по тупиковой схеме.

ГВС от ЦТП рассчитывается для обслуживания 2 – 20 зданий. Групповые подогреватели (в закрытых системах теплоснабжения) и смесительные устройства (в открытых системах теплоснабжения) в ЦТП присоединяются к теплосетям по таким же схемам, как и в МТП. Из ЦТП горячая вода по квартальным сетям подается в МТП каждого здания в квартале. В МТП системы горячего водоснабжения зданий подающими и циркуляционными стояками врезаются в соответствующие трубопроводы, проложенные от ЦТП обычно в подвалах домов.

Рис. 3.9. Схема горячего водоснабжения зданий повышенной этажности:
а – раздельная; б – совместная

Наиболее серьезные недостатки группового приготовления горячей воды в ЦТП связаны с непосредственным присоединением стояков местных систем горячего водоснабжения к квартальным трубопроводам от ЦТП. Непосредственное присоединение создает большое число перемычек между подающим и циркуляционным трубопроводами, которое затрудняет равномерное распределение горячей воды по стоякам в здании и между зданиями. Ввиду неравенства гидравлического сопротивления ближних и дальних перемычек расходы воды по мере удаления зданий от ЦТП по перемычкам уменьшаются и иногда значительно. Для восстановления расчетных расходов горячей воды в каждом здании требуется установка в МТП дополнительной регулирующей арматуры, например, регуляторов расхода, шайб. Это, в свою очередь, усложняет наладку системы и ее обслуживание.

Стремление увеличить число обслуживаемых зданий и радиус действия ЦТП приводит также к существенному снижению температуры горячей воды у наиболее удаленных потребителей. Низкая температура воды способствует росту ее потребления за счет слива остывшей воды и сокращения расхода холодной воды на подмешивание к горячей воде. Для предупреждения значительного охлаждения и слива воды из системы наиболее удаленных зданий рекомендуется предусматривать в них дополнительную автономную циркуляцию воды с помощью местных циркуляционных насосов, которая одновременно повышает гидравлическую устойчивость горячего водоснабжения.

Исходя из отмеченных явлений, выбор группового приготовления горячей воды в каждом конкретном случае необходимо подтверждать технико-экономическим расчетом.

Централизованное горячее водоснабжение в системах с паровым теплоносителем применяется в основном в рабочих поселках, сельских населенных пунктах, имеющих собственные паровые котельные или получающих теплоту от ближайших производственных комплексов. Приготовление горячей воды производится либо на месте потребления, либо непосредственно в котельных. Водопроводная вода нагревается в секционных или емкостных пароводяных подогревателях поверхностного типа.