Двозонні системи гарячого водопостачання

Двозонний СИСТЕМИ ГАРЯЧОГО ВОДОПОСТАЧАННЯ

У вітчизняній практиці прийнято в будівлях заввишки більше 16 поверхів системи гарячого водопостачання розділяти на зони по вертикалі. Це обумовлено тим, що при більшій поверховості будівлі статичний тиск води на нижніх поверхах перевищує допустимі межі (максимальним робочим тиском для водорозбірної арматури вважається тиск 600 кПа). Двозонні системи конструктивно трохи складніше однозонних, тому, коли в Москві з`явилися будівлі висотою 17 поверхів (на базі 16-поверхових), проектувальники, виходячи з величини допустимого робочого тиску, запроектували систему гарячого водопостачання. Таке конструктивне рішення, яке змушує працювати систему на межі допустимого тиску, не можна вважати раціональним. Це тим більш справедливо, що в СНиП 2.04.01-85 «Внутрішній водопровід і каналізація будівель» холодний водопровід необхідно зонувати в будівлях 12 поверхів і вище.

Кожна зона двухзонной системи гарячого водопостачання, як правило, являє собою самостійну систему зі своїми водонагрівальними установками і насосами. При будівництві висотних будівель в Москві в 50-і роки кожна зона обладнувалася також і своїм баком-акумулятором. Надалі відмовилися від баків-акумуляторів, і системи гарячого водопостачання стали проектувати з постійно працюючими насосами верхньої зони (рис. 7.4, а). Деяким удосконаленням цієї схеми стало пристрій загального підсилювального насоса (2 на рис. 7.4,6), який є підвищувальні для нижньої зони і першою сходинкою для другої зони. Це дозволило повисітельний насос 3 верхньої зони проектувати зі значно меншим напором, ніж в схемі рис. 7.4, а.

У двозонних системах гарячого водопостачання типу представленої на рис. 7.4 виникають труднощі в підборі циркуляційних насосів верхніх зон, коли в циркуляційної лінії підтримується високий тиск, який вимагає застосування в насосному обладнанні спеціальних сальникових ущільнювачів. Більш досконалою є схема двухзонной системи гарячого водопостачання, в якій приготування гарячої води проводиться в загальній водонагрівальної установки, а повисітельний насос верхньої зони одночасно виконує і функції циркуляційного (рис. 7.5). В цьому випадку циркуляційний стояк верхньої зони 9 вибирають такого діаметру, щоб при розрахунковому циркуляційному витраті верхньої зони втрати напору в ньому були приблизно рівні різниці геометричних висот верхньої і нижньої зон системи. Це запобігає перекидання циркуляції в нижній зоні системи, так як тиск води в циркуляційних трубопроводах верхньої і нижньої зон в точці їх з`єднання (точка А) стають рівними. Перевагами цієї схеми перед попередньої є також порівняно низький тиск води у водонагрівачі, менше число одиниць тепломеханічного обладнання і більш високий коефіцієнт його використання. Циркуляційної-повисітельний насос верхньої зони 5 системи вибирається на розрахунковий миттєвий водоразбор верхньої зони і натиск, який дорівнює сумі втрат напору в головному стояку верхньої зони і різниці геометричних висот верхньої і нижньої зон системи. Циркуляційний насос нижньої зони 6 підбирається по продуктивності, яка дорівнює сумі розрахункових циркуляційних витрат верхньої і нижньої зон і мінімальний натиск.

Для двозонних систем гарячого водопостачання можуть бути застосовані схеми з природною циркуляцією води у верхній зони (рис. 7.6), в яких для забезпечення циркуляційного режиму використовуються догрівачі теплообмінники (7, 9 на рис. 7.6, а) або баки-акумулятори тепла (13 на рис. 7.6,6). Застосування останньої схеми дозволяє виробляти приєднання двозонних систем до Однозонна квартальним мереж гарячого водопостачання. При цьому повисітельний насос 2 (рис. 7.6, 6) встановлюється в підвалі будівлі або в окремій будівлі насосної. Ця схема дозволяє в приміщенні насосної станції не встановлювати водонагрівачі і не підводити до них тепломережа.

Бак-акумулятор в цій схемі необхідно проектувати в підвалі будівлі, так як при природній циркуляції слід прагнути до максимального зменшення опорів в циркуляційному кільці. Ємність бака-акумулятора вибирається з розрахунку створення в ньому запасу тепла, необхідного для відшкодування тепловтрат в стояках під час нічної перерви в водорозборі. Акумуляція тепла відбувається в період активного водорозбору. Бак розраховують таким чином, щоб до моменту початку водорозбору в ньому залишався приблизно 10% -ний запас води з нормативної температурою (близько 60 ° С). При перших водорозборах, поки використовується існуючий в баку запас води з високою температурою, в ємність надходить гаряча вода безпосередньо від водонагрівача, за рахунок чого температура води в ньому відновлюється до необхідного рівня.

Недоліком цієї схеми є необхідність постійної роботи підсилювального насоса 2, так як наявність найменших витоків води в контурі не дозволяє зупинити насос навіть в нічний час.

Крім того, бак-акумулятор, що встановлюється в підвалі будівлі, незручний при необхідності його заміни, так як великих отворів в стінах підвалу, як правило, не роблять, а зварювати бак-акумулятор на підвищений тиск води в підвалі нераціонально. Тому більш привабливими представляються схеми з водонагрівачами, які використовують воду, яка циркулює в одній зоні, в якості гріючого для води, що циркулює в іншій зоні. Варіанти застосування таких систем показані на рис. 7.7.

Якщо ЦТП і квартальна мережа обслуговує тільки висотні будівлі, може бути застосована система, показана на рис. 7.7, а До Постачання гарячої води верхньої і нижньої зон проводиться від одного подає 1 і одного циркуляційного 2 трубопроводів квартальної мережі. Подача води в нижню зону проводиться по головному стояку 3 через регулятор тиску 4, що знижує тиск води до необхідного для нижньої зони. Подача гарячої води в верхню зону проводиться по головному стояку 5, причому вода спочатку проходить через теплообмінник 9 (швидкісний водонагрівач). При відсутності водорозбору вода циркулює через верхню зону і надходить в циркуляційних магістраль 2 квартальної мережі. У нижній зоні під дією гравітаційного напору вода з водорозбірних стояків 6 по циркуляційного трубопроводу 8 надходить у водонагрівач 9, де підігрівається водою, що циркулює у верхній зоні.

Ця схема була здійснена в системі гарячого водопостачання одного з 22-поверхових житлових будинків в Москві. У первинному варіанті нижня зона системи мала бак-акумулятор гарячої води. Однак через низьку якість теплової ізоляції водорозбірних стояків запас тепла в баку спрацьовує значно швидше і в ранкові години жителям доводилося до отримання гарячої води зливати весь обсяг остигнула води в баку (ємність бака 1250 л). Після установки водонагрівача за схемою (рис. 7.7, а) скарги на низьку температуру гарячої води припинилися. Однак ця схема має істотний недолік - при відсутності водорозбору регулятор тиску 4 може пропускати повний тиск верхньої зони в нижню. У моменти активного водорозбору теплообміну у водонагрівачі не відбувається.

Недоліком цієї схеми є також порівняно невеликий гравітаційний напір, під дією якого відбувається циркуляція води в нижній зоні. Через це монтаж системи слід проводити особливо ретельно, так як наявність будь-яких неврахованих опорів в трубопроводах скорочує циркуляцію в системі і може привести до великого охолодження води.

Більш раціональна для застосування схема системи, показана на рис. 7.7,6. У ній використаний той же принцип нагріву циркулюючої води, але гравітаційна циркуляція здійснюється через верхню зону. У нижній зоні вода циркулює під дією циркуляційного насоса, в ЦТП або ІТП. У цій схемі необхідна прокладка двох подають трубопроводів від ЦТП (ІТП) до будівель, так як установка підсилювального насоса 10 в кожному будинку нераціональна.

Найбільш досконалою представляється система цього типу, показана на рис. 7.7, в До Ця система призначена для застосування в будівлях з ІТП. Повисітельний насос верхньої зони 10 є одночасно і циркуляційним. Для скорочення обсягу циркуляції на циркуляційному трубопроводі 7 встановлюється ділянку підвищеного опору або діафрагма. У нічні періоди циркуляционно-повисітельний насос 10 може бути виключений і у верхній зоні буде здійснюватися природна циркуляція, причому циркуляційний витрата з теплообмінника 9 буде проходити по обвідному трубопроводу 13 через зворотний клапан-обмежувач витрати 12.

Зазвичай підйомний зворотний клапан встановлюється таким чином, щоб потік води надходив під золотник, піднімаючи його (рис. 7.8). Але для системи з природною циркуляцією води такий зворотний клапан є великим опором. Щоб уникнути цього, зворотний клапан треба встановити «вниз головою», т. Е. Щоб золотник його був не зверху, а знизу (рис. 7.8, б, в). При виключенні циркуляционно-підсилювального насоса 10 (див. Рис. 7.7, в) золотник обмежувача під власною вагою впаде вниз і повністю відкриє прохід циркуляційного витраті (рис. 7.7,6). При включенні насоса 10 через трубопровід 13 і обмежувач в перший же момент піде значна витрата води в зворотному напрямку. Цей потік (qHас на рис. 7.8, в) має велику підйомну силу, і золотник під дією цієї сили закриється, перекривши отвір. Поки буде працювати насос 10, обмежувач 12 буде закрито, і циркуляція у верхній зоні буде проходити через трубопровід 7 і опір 11 (див. Рис. 7.7, в).

Для того щоб компенсувати деякі витоку води в нічний період, на горищі будівлі встановлюється ємність 13, яка може бути виконана у вигляді похилого трубопроводу діаметром 200-300 мм. До верхньої частини ємності 13 приварюється повітряна трубка з таким же зворотним клапаном-обмежувачем витрати 12. Якщо в результаті витоків тиск води в системі впаде, обмежувач 12 відкриється, пропускаючи в ємність повітря. Пристрій 12 на ємності 13 може бути діаметром 15 мм, що цілком достатньо для пропуску повітря.

Спрацювання обмежувача (т. Е. Закриттю зворотного клапана) діаметром 15 мм відбувається при витраті менше 0,2 л / с. При цьому через зворотний клапан встигне пройти менше 0,5 л води. Включення насоса 10 може здійснюватися по команді сигналізатора тиску СДУ, що застосовується в системах пожежогасіння, або реле рівня 15, встановленого в нижній частині ємності 13.

Обмежувачі витрати - зворотні клапани, перевернуті «вниз головою», мають за даними натурних вимірів такі величини критичних витрат, при яких відбувається їх спрацьовування:

Слід зауважити, що при діаметрах 40, 50 мм спрацьовування обмежувачів відбувається з сильним гідравлічним ударом, тому вибирати для роботи в якості обмежувачів зворотні клапани діаметром більше, ніж 32 мм, не слід.

Цікаво вирішена система гарячого водопостачання 22-поверхового готелю «Салют» в Москві, яка обслуговує 2020 номерів.

У цій системі (рис. 7.9) обидві зони обслуговуються загальної водонагрівальної установкою. На виході з водонагрівача подає трубопровід розділяється на три гілки:

гілка А обслуговує так звану нульову зону, в яку входять ресторан, кафе, басейн, лазні, адміністративні та інші приміщення-гілку А - тупикова, так як при великих зосереджених витратах допустимо не проектувати циркуляцію води;

гілка, яка обслуговує нижню зону системи (напрям 3-7 на рис. 7.9),

гілка, яка обслуговує верхню зону системи, на якій встановлено підвищувальні-циркуляційний насос 4.

Циркуляційні стояки обох зон системи приєднані до елеватору наступним чином: до сопла приєднується стояк верхньої, а до розширювальної камері - нижньої зони сістеми.1 За рахунок гасіння надлишкового напору верхньої зони елеватор створює в нижній зоні системи перепад тисків, під дією якого в ній відбувається циркуляція води. Цей перепад по величині порівняно невеликий, тому для підтримки циркуляції води і при водорозборі, коли у водонагрівачі і подає трубопроводі нижньої зони збільшуються втрати напору, що подає і циркуляційний трубопроводи системи з`єднуються трубопроводом-перемичкою. В системі гарячого водопостачання готелю був встановлений один загальний елеватор в тепловому пункті, що обслуговує одночасно чотири секційних вузла. Значний обсяг системи зажадав установки елеватора № 5 з соплом діаметром dc = 15 мм.

Результати виміру витрат води в циркуляційних трубопроводах верхньої і нижньої зон показані на рис. 7.10, а, б-з них видно, що циркуляційний витрата у верхній зоні порівняно мало змінюється по годинах доби, т. Е. Водорозбірний витрата надає на нього незначний вплив. У нижній зоні циркуляційний витрата коливається в дуже широкому діапазоні. За даними - вимірювання температур ці коливання не впливають на якість гарячого водопостачання в нижній зоні.

У цьому, мабуть, позначається значна теплова інерційність системи.

При відкритті перемички на водонагрівачі (трубопровід на рис. 7.9) циркуляційний витрата в нижній зоні збільшується в середньому на 26% (рис. 7.10, а) у порівнянні з витратою при закритій перемичці (рис. 7.10,6). Для зручності порівняння на графіках проведені середні лінії витрати в нижній зоні. Кілька збільшується при цьому і циркуляція по верхній зоні системи. Система за наведеною схемою експлуатується з 1983 року без будь-яких ускладнень, що показало її експлуатаційну надійність.

У висотних житлових і громадських будівлях найбільш раціонально встановлювати індивідуальні елеватори в кожній секції. Це дозволить застосовувати елеватори малих номерів і значно поліпшити циркуляцію води в нижніх зонах систем. Головний стояк нижньої і циркуляційний верхньої зони слід приєднувати до відповідного кільця перемичках таким чином, щоб по обидва боки від точок приєднання розташовувалося приблизно рівне число водорозбірних стояків. При цьому допускається на поверсі розриву системи на зони встановлювати запірну арматуру, що дозволяє відключати групи водорозбірних стояків, розташованих по одну сторону від точки приєднання головного або циркуляційного стояка. На водорозбірних стояках запірна арматура на поверсі розриву на зони не встановлюється.

Розрахунок елеватора для системи гарячого водопостачання проводиться на циркуляційний режим з умови підтримки в системі розрахункових циркуляційних витрат в нижній q ir і верхньої qc2ir зонах.

Діаметр горловини елеватора визначається з виразу

Величина А визначається за графіком на рис. 7.11 в залежності від номера елеватора і величини м = -qfr / qf - відносини розрахункових циркуляційних витрат в нижній і верхній зонах системи гарячого водопостачання. Одночасно з цим же графіком визначається величина Аре / АРР, за допомогою якої за формулою (7.10) обчислюється оптимальне опір секційного вузла верхньої зони: