Системы отопления. 
Оптимизация систем отопления и водоснабжения

отопление горячий водоснабжение Системы отопления присоединяются к водяным тепловым сетям по одной из следующих принципиальных схем:

• а) по зависимой схеме — с элеватором (рис. 1); с насосным подмешиванием, (рис. 2−4) и непосредственно без подмешивания обратной воды (рис. 5);
• б) по независимой схеме — через водяные подогреватели (рис. 6).

Системы отопления жилых и общественных зданий, школ и детских учреждений, а также помещения промышленных предприятий можно присоединять к тепловым сетям по зависимой схеме, если избыточное давление в обратном трубопроводе сети при нормальном или аварийном режимах не превышает 0,6 МПа.

Системы отопления зданий, на тепловом вводе которых разность напоров достаточна для нормальной работы элеватора (с учетом сопротивления системы отопления здания), подсоединяют к тепловой сети по элеваторной схеме.

Рис. 1. Схема узла элеваторного присоединения системы отопления к тепловым сетям: FE — теплосчётчик, РР — регулятор расхода прямого действия, М — манометр, ТС — термометр сопротивления, Т — термометр, Э — элеватор

Равномерность прогрева системы отопления зависит главным образом от расхода воды в системе. Для равномерного прогрева всех нагревательных приборов абонентской сети необходимо обеспечить в системе расчетную циркуляцию теплоносителя (воды), что возможно лишь при нормальной работе подмешивающих устройств на тепловых пунктах (элеваторов или насосов). В двухтрубной системе отопления (отопительные приборы включены параллельно), присоединенной к тепловой сети через элеваторный узел, для этого необходимо, во-первых, снизить до минимума сопротивление самой системы и, во-вторых, использовать весь располагаемый напор на тепловом пункте в сопле для получения максимального коэффициента смешения, равного отношению количества подмешиваемой воды из обратного трубопровода к расходу воды из подающего трубопровода тепловой сети.

Рис. 3. Схема узла насосного присоединения системы отопления со статическим давлением, превышающем давление в подающем трубопроводе: FE — теплосчётчик, РР — регулятор расхода прямого действия, РН — регулятор напора прямого действия, РДН — регулятор давления непрямого действия, М — манометр, ТС — термометр сопротивления, Т — термометр, Н — насос

Равномерность прогрева нагревательных приборов однотрубных отопительных систем (отопительные приборы включены последовательно) достигается созданием гидравлического режима, не допускающего значительного отклонения расхода воды в системе от расчетного. Рекомендуемое для двухтрубных отопительных систем использование избыточного напора на повышение коэффициента смешения элеватора в однотрубных системах недопустимо, так как повышение расхода воды в однотрубной системе сверх расчетного приводит к поэтажной тепловой разрегулировке.

Фактический коэффициент смешения a определяется по показаниям термометров Т1, Т2 и Т3 (см. рис. 1) на тепловом пункте по формуле:

(1).

Расход сетевой воды через отопительную систему должен регулироваться таким образом, чтобы температура воды после системы не превышала заданного значения.

Рис. 4. Схема узла присоединения системы отопления к тепловой сети с подмешивающим насосом на обратном трубопроводе: FE — теплосчётчик, РН — регулятор напора прямого действия, М — манометр, ТС — термометр сопротивления, Т — термометр

Это достигается соответствующей настройкой регулятора расхода, при которой обеспечивается заданный перепад давлений до и после системы, как это показано на рис. 1. или до и после специальной дроссельной диафрагмы, установленной на подающем или обратном трубопроводах.

В случаях, когда на подающем трубопроводе теплового пункта установлен регулятор давления (рис. 2, 3, 5) расход воды через систему теплопотребления регулируется настройкой указанных регуляторов на соответствующий перепад давлений в подающем и обратном трубопроводах.

Температура смешанной воды, поступающей в систему отопления, должна выдерживаться на требуемом уровне в соответствии с температурой наружного воздуха при расчетном расходе сетевой воды. Отклонение этой температуры от нормативной величины при расчетных температуре и расходе сетевой воды свидетельствует о несоответствии коэффициента смешения заданному значению.

При заданном коэффициенте смешения a температура смешанной воды T3 должна быть равна:

3=(T1+aT2)/(1+a), °С (2).

где T1 и T2 — температура воды соответственно в подающем и обратном трубопроводах, °С.

При элеваторных присоединениях величина коэффициента смешения зависит от размеров камеры смешения (горловины) элеватора и диаметра выходного отверстия сопла.

Примерное значение оптимального диаметра камеры смешения определяется формулой.

мм, (3).

где G1 — расчетный расход сетевой воды, т/ч;

ap —расчетный коэффициент смешения, определяемый по формуле (1) путем подстановки значений расчетных температур;

h — потери напора в системе отопления, м, при расчетном расходе смешанной воды.

Диаметр выходного сечения сопла элеватора при расчетном располагаемом напоре перед ним с достаточной степенью точности может быть определен по формуле.

мм, (4).

Диаметр камеры смешения элеватора не должен превышать расчетной величины, определяемой по формуле (3), так как завышенный диаметр приводит к резкому снижению к. п. д. элеватора, вызывает необходимость в больших напорах перед элеватором и обычно приводит к снижению коэффициента смешения.

Присоединение систем отопления по схемам с насосным подмешиванием производится в следующих случаях:

• а) с насосом на перемычке между обратным и подающим трубопроводами (рис. 2) — при недостаточном для работы элеватора располагаемом напоре на тепловом вводе и давлении в подающем трубопроводе, превышающем статическое давление отопительной системы не менее чем на 0,5—1,0 кгс/см2, но не выше допустимого для этой системы предела;
• б) с насосом на подающем трубопроводе после подмешивающей перемычки между подающим и обратным трубопроводами (pис. 3) — при статическом давлении системы, равном или превышающем давление в подающем трубопроводе тепловой сети, или при необходимости увеличения располагаемого напора;
• в) с насосом на обратном трубопроводе от системы отопления до (по ходу обратной воды) подмешивающей перемычки (рис. 4) — при давлении в обратном трубопроводе, превышающем допустимый предел для данной системы.

При отсутствии автоматических регуляторов на тепловых пунктах с насосным подмешиванием расчетные расходы сетевой воды в системах обеспечивают установкой дроссельных диафрагм после головной задвижки 1 на подающем трубопроводе (для схем на рис. 2 и 4) или задвижки 2 на обратном трубопроводе (для схемы на рис. 3). При необходимости расчетные коэффициенты смешения достигаются установкой соответствующих дроссельных диафрагм после задвижки 6, если насос установлен на перемычке между подающим и обратным трубопроводами, или после задвижки 7, если насос установлен на одном из этих трубопроводов.

Рис. 5. Схема узла непосредственного присоединения системы отопления со статическим давлением, превышающем статическое давление в тепловой сети: FE — теплосчётчик, РН — регулятор напора прямого действия, РДН — регулятор давления непрямого действия, М — манометр, ТС — термометр сопротивления, Т — термометр

Присоединение систем отопления по независимой схеме (рис. 6) производится при необходимости гидравлической изоляции системы от тепловой сети при динамическом или статическом режимах.

Рис. 6. Схема узла теплового пункта с независимым присоединением системы отопления: М — манометр, ТС — термометр сопротивления, Т — термометр, FE — теплосчётчик, РН — регулятор напора прямого действия

Такая необходимость, в частности, возникает в случае, когда давление в тепловой сети превышает допустимый для данной системы предел или, наоборот, когда статическое давление в системе превышает предел, допустимый для тепловой сети или других присоединенных к ней систем.

По независимой схеме можно присоединять также системы уникальных зданий, требующих особого режима работы систем теплопотребления. Подпитка независимых систем теплопотребления должна производиться сетевой водой. Давление на стороне всасывания циркуляционного насоса поддерживается постоянным за счет регулятора подпитки или расширительного сосуда.

Присоединение систем отопления к тепловой сети по непосредственной схеме, т. е. без подмешивания воды из обратного трубопровода (рис. 5), производится в случаях, когда расчетная температура воды в подающем трубопроводе сети не выше расчетной температуры воды в присоединяемой системе. Избыточные напоры перед каждой системой теплопотребления гасятся дроссельными диафрагмами или авторегуляторами.

Для обеспечения гарантированного заполнения системы теплопотребления водой и исключения возможного подсоса воздуха в систему через неплотности в ее верхних точках давление в обратном трубопроводе теплового пункта, определяемое по манометру М2 (для систем, присоединенных по независимой схеме, — по манометру М3), должно быть выше статического давления системы на 0,5 кгс/см2, но не превышать максимально допустимое рабочее давление для нагревательных приборов, установленных в данной системе. Максимальное и минимальное давления, допустимые для данной системы, должны быть отмечены на манометрах красными рисками.

В водяных системах теплопотреблення, температура теплоносителя которых выше 100 °C, давление в верхних точках должно быть выше давления, необходимого для предотвращения вскипания воды при расчетной температуре теплоносителя, не менее чем на 0,5 кгс/см2. Это давление следует контролировать по манометру М2, показания которого должны превышать давление насыщения водяных паров при расчетной температуре на величину статического давления системы.