№ 4. Рассмотрение практических задач. Гидравлический расчет трубопроводов СГВ

Ефремов Герман Иванович, профессор, д.т.н.

Контакты: efremov_german@mail.ru

Москва – 2017

Теплогазоснабжение с
основами теплотехники

воды.
Температура горячей воды.
Источники теплоты для горячего водоснабжения
Оборудование для

нагрева воды в больших
системах горячего водоснабжения (СГВ).
Схемы СГВ от наружных тепловых сетей.
Объем бака-аккумулятора.
Гидравлический расчет трубопроводов СГВ зданий.

Содержание семинара

и производственных зданий и сооружений. Тепло необходимо для отопления, вентиляции,

кондиционирования воздуха в помещениях любого назначения. Назначение теплоснабжения заключается в создании возможности широкого и экономичного использования тепла для обеспечения нормальных микроклиматических условий в помещениях, а также на рабочих местах в производственных помещениях. Жизнь и значительная часть трудовой деятельности человека протекает по большей части в помещениях. Благодаря теплоснабжению уменьшаются колебания температуры в помещениях.
Теплоснабжение в своем развитии прошло путь от первого очага, предназначенного для приготовления пищи и обогрева помещения, до крупных систем, предназначенных для обеспечения тепловой энергией городов и промышленных районов. Историю развития теплоснабжения делят на три этапа:
1.От первого очага до индивидуальных систем отопления.
2. От индивидуальных систем отопления до централизованных систем теплоснабжения.
3. От централизованных систем теплоснабжения до создания крупных энергоцентров - ТЭЦ.
Под системой теплоснабжения понимают совокупность устройств для производства тепловой энергии, ее транспортирования, распределения и использования. В общем случае система теплоснабжения состоит из следующих основных элементов:
1.Источник тепла, вырабатывающий тепловую энергию.
2.Тепловые сети, соединяющие источники тепла с тепловыми пунктами.
3.Тепловые пункты, служащие для распределения тепла по отдельным потребителям.
4.Теплопотребляющие установки, размещенные в зданиях.
Тепловые сети в зависимости от разбора теплоносителя делят на закрытые и открытые. Закрытыми сетями называют сети, из которых не производится разбор теплоносителя. Открытыми сетями называют сети, из которых теплоноситель полностью или частично разбирается на хозяйственные или производственные нужды - ГВС.

Введение

(стирка, мойка посуды и т. п.) нужд населения в воде

с повышенной (до 75оC) температурой. Такой водой, называемой «бытовой», снабжаются жилые здания, большинство общественно-коммунальных зданий (больницы, поликлиники, бани, прачечные, детские учреждения, предприятия питания и т. п.), а также промышленные здания и сооружения с технологическим и гигиеническим (в бытовках) потреблением горячей воды.
В наиболее простом виде местная система горячего водоснабжения состоит из водоподогревательной установки и трубопроводов для транспортирования горячей воды к водоразборным приборам. Различают системы централизованные и децентрализованные. В централизованных системах одна подогревательная установка обслуживает как минимум одно здание, а во многих случаях даже несколько зданий в пределах одного квартала (микрорайона) или поселка. В децентрализованных системах приготовление горячей воды происходит вблизи водоразборных приборов (на месте потребления) и осуществляется мелкими генераторами тепла: газовыми нагревателями, колонками и т. п.
Централизованные системы горячего водоснабжения наиболее сложные, более экономичные и имеют преимущественное применение в современном строительстве.
Основное внимание обычно уделяется системам горячего водоснабжения многоэтажных жилых зданий, как наиболее массовым потребителям горячей воды.

Введение

Р 51232-98. Вода питьевая. Общие требования к организации и методам

контроля качества (взамен ГОСТ 2874-82). Температура воды после подогревателей обусловливается санитарно-гигиеническими требованиями. За нижний предел принимается так называемая «температура пастеризации», равная 600C, при которой погибает большинство болезнетворных бактерий; верхний предел ограничивается 75°С во избежание получения ожогов потребителями. Однако СНиП 11-34-76 регламентируют температуру воды не после подогревателя, а в точках водоразбора: не ниже 500C — для систем централизованного горячего водоснабжения, присоединяемых к закрытым системам теплоснабжения; не ниже 600C — для систем централизованного горячего водоснабжения, присоединяемых к отрытым системам, теплоснабжения, а также для систем местного (децентрализованного) горячего водоснабжения; не выше 75°С — для всех вышерассмотренных случаев.
Обычно температура горячей воды; подводимой к смесителям умывальников и душей не выше 37°С. Она может быть и выше. Когда потребителям нужна горячая вода более высокой температуры, например на предприятиях общепита, где для мытья жирной посуды нужна вода с температурой 75—800C, централизованное горячее водоснабжение должно дополняться местным догревом воды. По способу подачи тепла на ГВС различают открытые и закрытые системы. В открытых системах на ГВС подается вода из тепловой сети, в закрытых - сетевая вода используется для подогрева вторичной воды ГВС .

Основные требования к качеству горячей воды

первоначальной стоимости являются бесциркуляционные (тупиковые) системы, состоящие только из подающих

трубопроводов (рис. 1,а). Основной недостаток таких систем состоит в остывании воды в трубопроводах при перерывах в водоразборе или его малой величине. Открывая кран после перерыва в водоразборе, потребитель получает воду с пониженной температурой и начинает сливать эту воду в канализацию до появления воды с нужной ему температурой. Такие сливы при общем ухудшении обеспечения потребителя горячей водой приводят к перегрузке канализации и бесполезным потерям воды и тепла.
Из-за указанных недостатков бесциркуляционные системы устраивают только в тех случаях, когда возможные сливы воды в канализацию невелики, а именно: при длительном непрерывном разборе воды (в банях, в технологических установках) и при малом протяжении сети. Во всех остальных случаях, особенно там, где требуется непрерывное обеспечение потребителей горячей водой (жилые здания, больницы, поликлиники и т. п.), устраиваются более сложные циркуляционные системы, где вода в трубах не останавливается, а непрерывно циркулирует, проходя через подогреватель, чем обеспечивается заданная температура воды вблизи точек водоразбора. В зависимости от назначения систем циркуляция воды в них может осуществляться или непрерывно в течение суток, или периодически перед началом длительного водоразбора (например, в душевых с периодическим разбором воды).

Системы горячего водоснабжения

(б) систем
горячего водоснабжения (верхняя разводка).
1—водопровод, 2 — счетчик,

3 — обратный клапан, 4 — подогреватель, 5 — основной стояк, 6 — воздушник, 7 —водоразборные стояки; 8 — водоразборные краны, 9 — циркуляционные трубопроводы, 10 — циркуляционный насос.

различают системы с верхней (см. рис. 1) и нижней (рис.2)

разводкой. Верхнюю разводку наиболее часто применяют при установке открытых (верхних) баков-аккумуляторов и при наличии в здании верхнего технического этажа или чердака. В зданиях высотой более 50 м (свыше 16 этажей) систему горячего
водоснабжения делят по вертикали на
зоны с самостоятельными разводками и
отдельными стояками. Выносные
подогревательные установки, размещают в
специальных строениях и они обслуживают
несколько зданий. Такие групповые
подогревательные установки получили
название центральных тепловых
пунктов — ЦТП, а подогревательные установки,
размещаемые в подвалах зданий (там, где
это возможно) и обслуживающие только одно
здание, называют индивидуальными
тепловыми пунктами — ИТП. В тепловых пунктах используют баки-аккумуляторы горячей воды. Они позволяют уменьшить расчетный расход тепла в СГВ. Объемы аккумуляторов определяют на основе суточных графиков потребления тепла.

Разводки СГВ и тепловые пункты

основе суточного интегрального графика расхода тепла (семинар №3). Обычно задаются

равномерной подачей тепла абоненту в течение суток (линия 1 на Рис. 3). Отрезки ординат между линией подачи-1 и линией потребления -2 выражают в соответствующем масштабе тепло, запасенное в аккумуляторе. Наибольший из этих отрезков определяет максимальное количество тепла, которое должно быть запасено в аккумуляторе Qa. Тогда объем аккумулятора
(1)
где: tmax и tmin - максимальная и минимальная температуры воды, выходящей из аккумулятора.
Если температура воды в аккумуляторе менее tmin ,то
бесполезное, балластное количество тепла в аккумуляторе составит: (2)
где: tx — температура водопроводной воды, оC; с —
удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг∙°С).

Объем бака-аккумулятора

Рис. 3. Интегральный график
потребления и подачи тепла

подготовки воды для системы горячего водоснабжения (СГВ). Она осуществляется в

центральном тепловом пункте (ЦТП) с использованием теплоносителя из тепловых сетей.
Обычно решаются следующие вопросы - конструктивная разработка системы горячего водоснабжения: внутридомовой системы, квартальных теплопроводов и ЦТП; расстановка оборудования и арматуры; определение расчетных расходов теплоты и горячей воды, построение графиков расхода теплоты; определение расчетных расходов сетевой воды; гидравлический расчет подающих и циркуляционных теплопроводов; подбор оборудования теплового пункта.
Исходными данными для расчетов являются: план типового этажа жилого дома, отражающий конструктивные особенности здания; этажность; генплан с указанием количества зданий, присоединяемых к ЦТП; схема системы, включая конструкцию стояков; схема подключения к тепловой сети водоподогревательной установки горячего водоснабжения и системы отопления; температура горячей воды на выходе из водоподогревательной установки и у наиболее удаленного водоразборного прибора; температура холодной воды; температура сетевой воды по графику центрального качественного регулирования; давление на вводе водопровода.

Системы горячего водоснабжения

Расположение приборов горячей воды

Рис. 4.

теплового пункта с двухступенчатым подогревателем горячего водоснабжения и зависимым присоединением

отопительной системы: 1- задвижки, отделяющие тепловой пункт от сети; 2 - грязевик; 3 - регулятор температуры; 4 - подогреватель ступени II; 5 — регулятор расхода; 6 - задвижки, отделяющие тепловой
пункт от отопительной системы; 7 - подогреватель ступени I; 8 - циркуляционный насос;
9 - регулятор подпора; 10 – водомер.

Аксонометрическая схема трубопроводов СГВ
Рис. 5. Аксонометрическая схема СГВ. 1- Подогреватели,

2-подающий трубопровод, 3-подающие стояки, 4-циркуляционные стояки , 5-циркуляц. трубопровод, 6-циркуляционный насос; 7-водоразборная и 8-запорная арматура, 9-водомер, 10-полотенцесушители, 11-спускники ,12- воздушники.

имеющие различное количество приборов и наиболее удаленные от подогревателя. Остальные

стояки показываются в виде обрывов с соответствующей нумерацией (Рис. 5). Трубопроводы необходимо прокладывать с уклоном не менее 2 % в сторону теплового пункта, что обеспечит одновременно и удаление воздуха при водоразборе через верхние краны, и слив воды в тепловой пункт. Запорную арматуру располагают у оснований подающих и циркуляционных стояков (в подвале) и на подводках к приборам в каждую квартиру.
Трубопроводы, прокладываемые в подвале и на чердаке здания, должны иметь тепловую изоляцию. Водоразборные и циркуляционные стояки выполняются без тепловой изоляции. На основании рис. 5 выбирают расчетное направление от тепловою пункта до наивысшей водоразборной точки самого удаленного стояка. Производят нумерацию отдельных участков и указывают их длины.
Ввиду неодновременного потребления горячей воды, фактический расход воды по трубопроводам существенно отличается от нормального. Этот расход принимается за расчетный и служит для определения диаметра трубопроводов. Расчетные секундные расходы горячей воды, л/с, при водоразборе и на участках трубопроводов следует определять по рассмотренным нами (семинар №3) формулам. Они воспроизведены ниже.

Особенности системы ГВС

участке сети g, л/с, при гидравлическом расчете теплопроводов системы горячего

водоснабжения определяют по формуле g = 5go∙, (3)
где gо, л/с - секундный расход горячей воды водоразборным прибором; следует определять отдельным прибором — в соответствии с Табл. 1.
Таблица 1. Нормы расхода горячей воды водоразборными приборами жилых домов,
диаметр подводок трубопроводов к приборам и коэффициенты использования









Примечание. Характерным расходом воды следует считать наибольший ее расход по данным водоразборного прибора. Для жилых домов, в которых имеются ванны, этот
расход принимается по смесителю ванны, gо = 0,2 л/с.
 - коэффициент, определяемый по [1, прил.4] в зависимости от общего количества приборов N на расчетном участке сети и вероятности их действия Р.

Расчет расхода горячей воды

Расчет расхода горячей воды

дома

Нормы расхода горячей воды

Примеры расчетов выполнены в компьютерной среде MathCAD.
Пример расчета расхода

горячей воды

участкам системы ГВС (Рис.5)


Результаты расчетов по определению расхода воды в

системе ГВС

определению расхода воды на участках (Рис. 5) сведены в табл.

3. Расчет расхода тепла ГВС рассмотрены на предыдущем семинаре.
После определения расчетных секундных расходов выполняется предварительный гидравлический расчет. Окончательный гидравлический расчет выполняется с учетом циркуляционного расхода, компенсирующего теплопотери трубопроводами горячего водоснабжения. На основании гидравлического расчета определяются диаметры трубопроводов и потери давления в них. Далее выполняется подбор повысительных (при необходимости) и циркуляционных насосов.
Гидравлический расчет ведут сначала по наиболее удаленному направлению до наивысшей точки водоразбора. На рис. 5 таким направлением является 11-10-9-4-1. Затем рассчитывают ответвления исходя из давления в точке их присоединения к магистрали. Невязка потерь давления по ответвлениям и соответствующим частям основной ветви не должна превышать 10%.
При известном расходе воды g диаметр трубопровода d на участке подбирают по допускаемой скорости движения воды w, которую в подающих трубах принимают не более 1,5 м/с, а в подводках к приборам – не более 2,5 м/с. Расход: g = w∙d2/4, (м3/с).
Расчет производится по табл. 4 (приведена ниже), которая составлена с учетом зарастания труб в процессе эксплуатации. Расход воды и ее скорость однозначно определяют диаметр трубы и удельные потери напора на участке.

местных сопротивлений фитингов

местных сопротивлений арматуры

Внутренний водопровод и канализация зданий" Дата введения 1 января 2013

г. (http://www.center-pss.ru/stn/sp30-13330-2012.pdf)
2. Теплоснабжение: Учебник для вузов/ Под ред. проф. А. А. Ионина/. — M.:
Стройиздат, 1982.—336 с.
3. Тихомиров, К.В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция: учеб.
для вузов/ К.В. Тихомиров, Э.С. Сергеенко.– М.: Стройиздат, 2007.– 480 с.
4. Кононова, М.С., Воробьева Ю.А. Теплогазоснабжение с основами теплотехники. Воронеж 2014, - 60 с.
5. СНиП 31-01-2003. Здания жилые многоквартирные. – Введен 2003-06-23. – М.: ГП ЦПП, 2003. – 20 с.
6. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. – Введ. 1999-06-11. –М.: ГУП ЦПП, 2000. – 71 с.
6. Теплогазоснабжение многоквартирного жилого дома. Учебно-методическое пособие/Д.М. Чудинов и др./ Изд.Воронежского ГАСУ, 2014,89 с.

ЛИТЕРАТУРА

ресурс]: учебное пособие/ Бирюзова Е.А.— Электрон. текстовые данные.— СПб.: Санкт-Петербургский

государственный архитектурно-строительный университет, ЭБС АСВ, 2012.— 192 c
2. Подпоринов Б.Ф. Теплоснабжение [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Подпоринов Б.Ф.— Электрон. текстовые данные.— Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, ЭБС АСВ, 2011.— 267 c.
3. Новопашина Н.А. Газопотребление и газораспределение. Часть 2. Надежность систем газоснабжения [Электронный ресурс]: учебное пособие для вузов/ Новопашина Н.А., Филатова Е.Б.— Электрон. текстовые данные.— Самара: Самарский государственный архитектурно-строительный университет, ЭБС АСВ, 2011.— 152 c.
4. Шарапов В.И. Регулирование нагрузки систем теплоснабжения [Электронный ресурс]: монография/ Шарапов В.И., Ротов П.В.— Электрон. текстовые данные.— М.: Новости теплоснабжения, 2007.— 165 c.
5. Ефремов Г.И. Моделирование химико-технологических процессов. Учебник, М., ИНФРА-М, 2016.—255 c.

ЛИТЕРАТУРА