1 Основные свойства и состав газообразного топлива

1 Основные свойства и состав газообразного топлива. Природные и искусственные газы
Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов, содержащую некоторое
количество примесей. К горючим газам относятся углеводороды, водород и оксид углерода. Негорючие
компоненты – это азот, оксид (II) углерода и кислород. Они составляют балласт газообразного топлива. К
примесям относят водные пары, сероводород, пыль. Искусственные газы могут содержать аммиак,
цианистые соединения, смолу и пр. Газообразное топливо очищают от вредных примесей.
Для газоснабжения применяют, как правило, сухие газы. Содержание влаги не должно превышать
количества, насыщающего газ при t=-200С (зимой) и 350С (летом).
Влажность газа, или в влагосодержание, влияет на его физико- химические свойства. Различают
абсолютную и относительную влажность газа. Абсолютная влажность — это масса водяных паров в единице
количества газа, г/м3 или г/кг. Относительная влажность υ — это отношение фактического содержания
водяного пара в газе к максимально возможному содержанию его при данных температуре и давлении.
Относительную влажность выражают в процентах.
υ=(GП/GН)100%
где GП — фактическое содержание водяных паров в газе, г/м3; GH — насыщающее содержание водяных
паров при данных температуре и давлении, г/м3.
Если газ транспортируют на большие расстояния, то его предварительно осушают. Большинство
искусственных газов имеет резкий запах, что облегчает обнаружить утечки газа из трубопровода и
арматуры. Природный газ не имеет запаха. До подачи в сеть его одорируют, т.е. придают ему резкий
неприятный запах, который ощущается при концентрации в воздухе, равной 1%.
Запах токсичных газов должен ощущаться при концентрации, допускаемой санитарными нормами.
Концентрация кислорода в газообразном топливе не должна превышать 1%.
К физическим характеристикам газов относятся: молекулярная масса, молекулярный объем при 0 0С 101,3
кПа (норм. условия), плотность при 00С 101,3 кПа (норм. условия), относительная плотность по воздуху
(отношение плотности газа к плотности воздуха при нормальных условиях ρ/1,293 = 0,733ρ), которые
обычно приводятся в справочной литературе.
Также к свойствам газов относятся теплота сгорания чистых горючих газов. Теплотой сгорания газа
называют количество тепла, выделяющееся при полном сгорании 1 м3 или 1 кг газа. Различают низшую
теплоту сгорания, когда не учитывается скрытая теплота, выделяющаяся при конденсации водяных паров из
продуктов сгорания газа, и высшую, когда эта теплота учитывается.
Зная эти данные можно рассчитать теплоту сгорания, плотность и другие характеристики газообразного
топлива.
Теплота сгорания газа определяется как сумма произведений величин теплоты сгорания горючих
компонентов на их объемные доли. Плотность газа определяют как сумму произведений плотности
компонентов на их объемные доли.
Основной характеристикой газа является сухой состав, но так как используемый газ бывает влажным, может
возникнуть необходимость в пересчете значений на рабочий состав (с учетом влажности газа). Это легко
выполнить с помощью следующих формул для пересчета:
СНр4=КСНр4, Nр2=К Nр2 и т.д.
Н2Ор=(d/0,804)К∙100; ρр=(ρс+d)К;
Qрн= QснК.
Здесь К определяют по формуле
К=0,804/(0,804+d).
Природные газы
Их добывают из недр земли. Они представляют собой смесь различных углеводородов метанового
происхождения. Природные газы не содержат водорода, оксида углерода и кислорода. Содержание азота и
диоксида углерода обычно бывает невысоким. Газы некоторых месторождений содержат сероводород.
Природные газы можно подразделить на три группы:
1) газы, добываемые из чисто газовых месторождений. Они в основном состоят из метана и являются
тощими или сухими. Тяжелых углеводородов (от пропана и выше) сухие газы содержат менее 50 г/м 3;
2) газы, выделяемые из скважин нефтяных месторождений совместно с нефтью, часто называют попутными.
Помимо метана они содержат значительное количество более тяжелых углеводородов (обычно свыше 150
г/м3) и являются жирными газами. Жирные газы представляют собой смесь сухого газа, пропан-бутановой
фракции и газового бензина;
3)газы, добываемые из конденсатных месторождений, состоят из смеси сухого газа и паров конденсата,
который выпадает при снижении давления (процесс обратной конденсации). Пары конденсата представляют
собой смесь паров тяжелых углеводородов, содержащих С5 и выше (бензина, лигроина, керосина). Сухие
газы легче воздуха, а жирные легче или тяжелее в зависимости от содержания тяжелых углеводородов. На
газобензиновых заводах из попутных газов выделяют газовый бензин, пропан и бутан, последние
используют для газоснабжении городов в виде сжиженного газа. Сжиженные газы получают также из газов
конденсатных месторождений.
Искусственные газы
При термической переработке твердых топлив в зависимости от способа переработки получают газы сухой
перегонки и генераторные газы. Как те, так и другие в настоящее время весьма редко применяют для
газоснабжения городов и промышленности.
Сухая перегонка твердого топлива представляет собой процесс его термического разложения, протекающий
без доступа воздуха. При сухой перегонке топливо проходит ряд стадий физико-химических
преобразований, в результате которых оного разлагается на газ, смолу и коксовый остаток. Характер
преобразований, претерпеваемых топливом, определяется его природой и температурой процесса. Сухую
перегонку топлива, происходящую при высоких температурах (900…11000С) называют коксованием, в
результате которого получают кокс и коксовый газ.
Газификация – процесс термохимической переработки топлива. В результате реакции углерода топлива с
кислородом и водяным паром образуются горючие газы: оксид углерода и водород. Одновременно с
процессом газификации протекает частичная сухая перегонка топлива. Продуктами газификации топлива
являются горючий газ, зола и шлаки. Газогенераторы-аппараты, в которых осуществляется газификация.
При подаче в него паровоздушной смеси получают генераторный газ, называемый смешанным.
Водяной газ получают путем периодической продувки газогенератора воздухом и паром. При подаче
воздуха слой топлива аккумулирует теплоту, выделяющуюся при частичном его сгорании, а при
поступлении водяного пара последний взаимодействует с углеродом, используя аккумулированную теплоту
и образуя водяной газ. Горючими компонентами будут являться водород и оксид углерода.
Уголь можно газифицировать под землей. В этом случае получается газ подземной газификации. Газ
подземной газификации имеет невысокую теплоту сгорания, его можно использовать как местное
энергетическое топливо.
При термической переработке твердых топлив в зависимости от способа переработки получают газы сухой
перегонки и генераторные газы.
Коксование
Сухая перегонка твердого топлива представляет собой процесс его термического разложения, протекающий
без доступа воздуха. При сухой перегонке топливо проходит ряд стадий физико-химических
преобразований, в результате которых оно разлагается на газ, смолу и коксовый остаток. Сухую перегонку
топлива, происходящую при высоких температурах (900-1100оС) называют коксованием, в результате
которого получают кокс и коксовый газ. Примерный состав коксового газа,  : Н2-59, СН4-24, СnHm-2, СО8,СО2-2,4 , О2-0,6 , N2-4.
Газификация- процесс термохимической переработки топлива. В результате реакции углерода топлива с
кислородом и водяным паром образуются горючие газы: оксид углерода и водород. Продуктами
газификации топлива являются горючий газ, зола и шлаки. Аппараты, в которых осуществляют
газификацию топлива, называют газогенераторами.
При подаче в газогенератор паровоздушной смеси получают генераторный газ, называемый смешанным,
примерный состав которого, : Н2-14, СН4-1, СО-28,СО2-6 , О2-0,2 , N2-50,6, Н2S-0,2.
Водяной газ получают путем периодической продувки газогенератора воздухом и паром. При подаче
воздуха слой топлива аккумулирует теплоту, выделяющуюся при частичном его сгорании, а при
поступлении водяного пара последний взаимодействует с углеродом, используя аккумулированную теплоту
и образуя водяной газ. Горючими компонентами будут являются водород и оксид углерода. Уголь можно
газифицировать под землей. В этом случае получается газ подземной газификации.
Конверторные газа используются для выплавки стали.
В конвертор заливают чугун, вставляют штангу с насадком и продувают кислородом; железо загорается,
выделяется большое количество теплоты, затем идет процесс восстановления, в результате которого
выходит газ с содержанием пыли. Продувка длится 25-30 мин.
Газы термической переработки нефти:
Газ Крекинга получают путем нагревания нефти, состоящей из углеводородов метанового ряда, без доступа
воздуха. При определенном сочетании температуры и давлении ( 500 оС и 7 МПа или 600оС и Р атм)
происходит расщепление углеводородов на газ Крекинга и бензин.
Для газоснабжения городов и промышленных предприятий в настоящее время широко применяют
природные газы. Их добывают из недр земли. Они представляют собой смесь различных углеводородов
метанового ряда. Природные газы не содержат водорода, оксида углерода и кислорода. Содержание азота и
диоксида углерода обычно бывает невысоким. Газы некоторых месторождений содержат сероводород.
Природные газы можно подразделить на три группы: газы, добываемые их чисто газовых месторождений.
Они в основном состоят из метана и являются тощими или сухими.
1)
газы, выделяемые из скважин нефтяных месторождений совместно с нефтью, часто называют
попутными. Помимо метана они содержат значительное количество более тяжелых углеводородов и
являются жирными газами. Жирные газы представляют собой смесь сухого газа, пропан-бутановой фракции
и газового бензина.
2)
газы, добываемые из конденсатных месторождений, состоят из смеси сухого газа и паров конденсата.
Сухие газы легче воздуха, а жирные легче или тяжелее в зависимости от содержания тяжелых
углеводородов.
На газобензиновых заводах из попутных газов выделяют газовый бензин, пропан и бутан, последние
используют для газоснабжения городов в виде сжиженного газа. Сжиженные газы получают также из газов
конденсатных месторождений.
Биохимическая теория происхождения природного газа
В лагунах морей и океанов происходит накопление животных остатков, которые покрываются илом и дно
лагуны опускается. Под действием анаэробных бактерий остатки разлагаются, а дальнейшее опускание дна
лагуны приводит к увеличению толщины слоя остатков и увеличению давления и температуры. Дальнейшее
разложение приводит к образованию нефти. Животные остатки опускаются на глубины больших температур
и давлений, где осуществляется процесс крекинга и пиролиза, образуются углистые остатки и газы.
Основными загрязнителями воздушного бассейна, при сжигании газа, являются оксиды азота. Оксид азота
(NO) образуется в зоне высоких температур при наличии свободного кислорода. По степени воздействия на
организм человека оксиды азота относятся к высокоопасным веществам (действуют на органы дыхания,
легкие, вызывают отравления). Если природный газ содержит сероводород, то его обязательно очищают от
него, исключая возможность образования оксидов серы при сжигании.
2 Городские системы газоснабжения (классификация, общая характеристика). Определение расхода
газа городом.
Современные городские распределительные системы представляют собой сложный комплекс сооружений,
состоящий из следующих основных элементов: газовых сетей, газораспределительных станций,
газорегуляторных пунктов и установок. В указанных станциях и установках давление газа снижают до
необходимой величины и автоматически поддерживают постоянным Они имеют автоматические
предохранительные устройства, которые исключают возможность повышения давления газа в сетях сверх
нормы.
Основным элементом городских систем газоснабжения являются газопроводы, которые классифицируют по
давлению газа и назначению. В зависимости от максимального давления газа городские газопроводы
разделяют на следующие группы:
1) газопроводы низкого давления с давлением газа до 5 кПа;
2) газопроводы среднего давления с давлением от 5 кПа до 0,3 МПа;
3) газопроводы высокого давления второй категории с давлением от 0,3 до 0,6 МПа;
4) газопроводы высокого давления первой категории для природного газа и газовоздушных смесей от 0,6
до 1,2 МПа, для сжиженных углеводородных газов до 1,6 МПа.
Газопроводы низкого давления служат для транспортирования газа в жилые, общественные здания и
предприятия бытового обслуживания.
Газопроводы среднего и высокого (2 категории) давления служат для питания городских распределительных
сетей низкого и среднего давления через газорегуляторные пункты. Они также подают газ через ГРП и
местные ГРУ в газопроводы промышленных и коммунальных предприятий.
Городские газопроводы высокого (1 категории) давления являются основными артериями, питающими
крупный город, их выполняют в виде кольца, полукольца или в виде лучей. По ним газ подают через ГРП в
сети среднего и высокого давления, а также промпредприятиям.
Связь между газопроводами различного давления также осуществляется только через ГРП.
По числу ступеней давлений системы газоснабжения подразделяют на:
1) двухступенчатые, состоящие из сетей низкого и среднего или низкого и высокого (до 0,6 МПа) давления;
2) трехступенчатые, включающие газопроводы низкого, среднего и высокого (до 0,6 МПа) давления;
3) многоступенчатые, в которых газ подается по газопроводам низкого, среднего и высокого (до 0,6 и 1,2
МПа) давления.
Городские газопроводы можно разделить на три группы:
1) распределительные, по которым газ транспортируют по снабжаемой газом территории и подают его
промпотребителям, комунальным предприятиям и в районы жилых домов. Они бывают высокого, среднего
и низкого давления, кольцевые и тупиковые;
2) абонентские ответвления, подающие газ от распределительных сетей к отдельным потребителям;
3) внутридомовые газопроводы, транспортирующие газ внутри здания и распределяющие его по
отдельным газовым приборам. Основные городские распределительные газопроводы высокого и среднего
давления проектируют как единую сеть, подающую газ промпредприятиям, отопительным котельным,
коммунальным потребителям и в сетевые ГРП.
На выбор системы газоснабжения города оказывает влияние ряд факторов:
размеры города, особенности его планировки и застройки, плотность населения; число и характер
промпотребителей; наличие больших препятствий для прокладки газопровода. При проектировании систем
газоснабжения разрабатывают ряд вариантов и производят их технико-экономическое сравнение. Для
строительства применяют наиболее выгодный.
Годовое потребление газа городом, районом города или поселком является основой при составлении
проекта газоснабжения. Расчет потребления производят по нормам на конец расчетного периода с учетом
перспективы развития городских потребителей газа. Все виды городского потребления газа можно
сгруппировать: бытовое потребление, потребление в коммунальных и общественных предприятиях,
потребление на отопление и вентиляцию зданий, промпотребление.
Расчет расхода газа на бытовые, коммунальные и общественные нужды представляет собой сложную задачу,
так как количество газа, расходуемого этими потребителями, зависит от ряда факторов:
газооборудования, благоустройства и населенности квартир, газооборудования городских учреждений и
предприятий, степени обслуживания населения этими учреждениями и предприятиями, охвата потребителей
централизованным горячим водоснабжением и от климатических условий. Большинство приведенных
факторов не поддается точному учету, поэтому потребление газа рассчитывают по средним нормам,
разработанным в результате анализа многолетнего опыта фактического потребления газа и перспектив
изменения этого потребления.
Определение расходов газа городом.
Городские газопроводы и их участки рассчитываются на max часовой расход газа, т.к. потребление газа идет
неравномерно, но газопроводы должны пропускать газ для max потребления.
Для промышленных предприятий расход газа вычисляется по часовому расходу газа приходящегося на
единицу выпускной продукции.
В городском газовом хозяйстве расход газа определяется двумя методами:
1)
по годовым нормам расхода газа на ед. потребления.
Все потребители классифицируются на группы потребителей:
бытовые потребители (годовая норма газа определяется на одного человека в год)
коммунально-бытовые потребители (прачечные – расход газа на 1т. в год; бани на 1 помывку
в год; предприятия общественного питания –расход газа на 1 завтрак, обед, ужин в год)
предприятия здравоохранения (больницы – на 1 койку в год)
хлебозаводы на 1т в год
Эти нормы выведены статистическим методом и приведены в СНиП 2.04.08-87.
Годовой расход для бытовых предприятий:
Vгод=А*кох*q/ Qрн, м3/год
А – количество населения в данном жилом образовании, определяется по микрорайонам;
А=аi эт* Si ,
аi-плотность населения при данной этажности застройки, чел/час
Si- площадь микрорайона, га
кох - коэффициент охвата населения газоснабжением;
q- годовая норма расхода газа на ед. потребления в тепловых ед., кДж/год.
кох=850/1000
Qрн- низшая рабочая теплота сгорания, определяется по заданным параметрам газа
Часовой расход: V=km*Vгод
km - коэф-т часового max, статическая величина найденная для перехода от годового к часовому расходу
(берется из СНиП, применяется в зависимости от количества населения).
km=1/(2500…3800)
Для других потребителей Vгод такая же, только она несколько видоизменяется.
Для прачечной: Vгодпрач=А*q*m/(1000*Qрн)
q-норма расхода газа сухого белья;
m- количество расчетных ед. потребления на 1000 жителей в год.
Предприятиям общественного питания не разрешается иметь свою ГРУ, остальным учреждениям можно
иметь свою ГРУ.
2)
определение расхода газа по номинальному часовому расходу газовыми приборами.
1-ый метод применяется тогда, когда количество приборов больше 400, если меньше, то применяется 2-ой
метод.
V= n*k0*Vi, м3/ч
m- количество групп или разновидностей приборов;
n- количество приборов в данной группе;
k0- коэф-т одновременности (вероятности).
До 100 приборов коэф-т изменяется заметно, после 400 приборов не изменяется.
Определение расхода газа на отопление, вентиляцию и ГВС.
1)Расход газа на отопление определяется на весь жилой массив, т.е. микрорайон.
Определим годовой расход:
Vгод0 I=*q0*Vзд (tвн-tн.оср)24*/Qрн*, м3/год
- коэф-т учитывающий изменение q0 от наружной температуры, безразмерная величина;
- количество дней отапливаемого периода;
q0- уд. отопительная характеристика зданий, Вт/м3*К;
Vзд - строительный объем зданий (принимается по проектному заданию, либо определяется путем обмера
зданий по наружным габаритам без учета подвала и чердака)
Vзд=А*f*k,
м3
А- количество населения;
f- норма жилой площади на человека, м2;
k- коэф-т строительной кубатуры, либо задается, либо принимается = 6;
tвн- температура внутри помещений для которых определяется расход газа;
tн.оср- средняя температура наружного воздуха за отопительный период;
- КПД 0,8..0,85.
Часовой расход:
V0i =*q0*Vзд (tвн –tн.о)/ Qрн* , м3/ч
tн.о- температура наружного воздуха за наиболее холодную пятидневку.
2)
Расход газа на вентиляцию определяется для коммунально-бытовых и общественных зданий, для
жилых зданий не определяется.
Vвгод=qв*Vзд (tвн –tн.оср )24*/Qрн*, м3/год
qв- уд. вентиляционная характеристика здания, Вт/м3*К;
tн. оср - средняя наружная температура за наиболее холодный период отопительного сезона.
3)
Расход газа на ГВС.
Часовой расход:
Vгвс=kc*kч *  A’*(a +в)/Qн’**24  * (65 - tхолзим),
kc- коэф-т суточной неравномерности потребления горячей воды;
kч – коэф-т часовой «--------------------------------------------------------»
А’- количество населения охваченное ГВС;
А=kох*Ачел=0,85 *Ачел
а - расход горячей воды на 1 чел. в сутки для жилых зданий, а=80…100 л/сут*чел;
в-расход горячей воды на 1 чел. в сутки для общественных зданий, в=20 л/сут*чел;
tхолз – температура холодной воды в зимний период, если в проекте она не задается, то принимается равная
50С.
Годовой расход:
VгодГВС=24** Vгвс + 0,8 *24*Vгвс* (65 –tхлет)/ (65- tхз) * (365-), м3/год
Расход газа на котельную:
Vкот= V0год +Vвгод +Vгвсгод , м3/год
Vкот=V0 +Vв +Vгвс
3 Требования, предъявляемые к газораспределительным системам
Для строительства газопроводов применяют стальные бесшовные, сварные прямошовные и спиральношовные трубы из сталей содержащих не более 0,25% углерода, не более 0,56% серы. Трубы изготовляют из
хорошо сваривающихся сталей.
Для систем газоснабжения следует применять трубы, изготовленные, как правило, из углеродистой
стали обыкновенного качества и качественной стали.
В зависимости от расчетных значений наружных температур, способа прокладки (надземная, наземная,
подземная), диаметра трубопровода и его назначения ГОСТы и СНиПы устанавливают нормы на материалы,
которые возможно применять для изготовления труб и на способы их производства (бесшовные, горячедеформированные; электросварные прямошовные или со спиральным швом и др.). Сварные швы стальных труб
должны быть равнопрочны основному металлу трубы.
Трубы подвергают гидравлическим испытаниям на заводах-изготовителях. Минимальный условный диаметр
для распределительных газопроводов принимают обычно равным 50 мм, а для ответвлений к
потребителям — 25 мм. Соединение труб осуществляют сваркой.
Наружные газопроводы – применяют на территории городов и населенных пунктов, газопроводы
прокладывают в грунте. Для газопроводов промышленных и коммунально-бытовых предприятий
целесообразнее надземная прокладка по стенам, колоннам зданий и эстокадам.
Допускается надземная прокладка дворовых газопроводов по стенам зданий. Переходы через предприятия
осуществляют по эстокадам, дюкерам, по дну реки в футляре, через ж/д пути –в футляре.
Внутренние газопроводы – в жилые, общественные и коммунальные здания газ поступает по газопроводам
от городской распределительной сети. Эти газопроводы состоят из абонентских ответвлений, подводящих
газ к зданию, и внутридомовых газопроводов, транспортирующих и распределяющих газ м/д приборами.
Транспортируемый в газопроводе газ имеет низкое давление. Ввод через нежилые помещения доступные
для осмотра (в здании) или непосредственно в помещении, где установлен прибор.
Применяют открытую прокладку по стенам.
4 Прокладка газопроводов на территории населенных пунктов (подземные газопроводы, надземные
газопроводы, переходы газопроводов через препятствия)
На территории городов и населенных пунктов газопроводы прокладывают в грунте. Для газопроводов
коммунальных и промпредприятий целесообразно предусматривать надземную прокладку по стенам и
крышам зданий, по колоннам и эстакадам. Допускается надземная прокладка внутриквартальных
газопроводов на опорах и на стенах зданий.
ПОДЗЕМНЫЕ газопроводы прокладывают вдоль линии застройки по улицам на расстоянии, определенным
правилами (не менее 2м), под газонами и тротуарами. Над газопроводами нельзя высаживать деревья и
кустарники. Газопроводы высокого давления следует прокладывать в районах с малой плотностью
застройки и по проездам с малой насыщенностью другими подземными коммуникациями. Прокладка
параллельно путям электрифицированных железных дорог на расстоянии менее 50 м не рекомендуется.
Расстояние от газопровода до стенок колодцев и камер подземных сооружений должно быть не менее 0,3м.
Допускается прокладка нескольких газопроводов в одной траншее. При пересечении газопроводом
различных инженерных сетей расстояние между ними по вертикали должно быть не менее 0,2м. Арматуру
следует располагать не ближе 2м от края пересекаемых коммуникаций и сооружений. При пересечении
газопроводами каналов теплосети, коллекторов, тоннелей их прокладывают в футлярах, выходящих на 2м с
каждой стороны от наружных стенок пересекаемых сооружений, при этом должен быть контроль всех
сварных стыков в пределах пересечения и по 5м в стороны от наружных стенок. На одном конце футляра
должна быть контрольная трубка. Глубина заложения газопроводов должна быть не менее 0,8м от
поверхности грунта до верхней образующей газопровода с учетом изоляции.
НАДЗЕМНУЮ прокладку производят по наружным несгораемым покрытиям зданий, отдельно стоящим
колоннам и эстакадам. По стенам жилых и общественных зданий допускается прокладка газопровода с
давлением не более 0,3МПа. Газопроводы высокого давления до 0,6 МПа можно прокладывать
только по глухим стенам или над окнами верхних этажей производственных зданий.
Газопроводы, проложен ные по стенам здания, не должны нарушать архитектуру его фасада.
Высоту прокладки принимают такой, чтобы газопроводы были доступны для осмотра и ремонта и
чтобы была исключена возможность их повреждения.
При пересечении надземных газопроводов с воздушными линиями электропередачи они должны проходить
ниже линий электропередачи. На газопроводе должны быть предусмотрены ограждения для защиты от
п а д е н и я н а н е г о э ле к т р оп р о вода. Возможна прокладка газопроводов на опорах и эстакадах совместно с
трубопроводами другого назначения при условии обеспечения свободного осмотра и ремонта каждого из
трубопроводов. Расстояния между газопроводом и трубопроводами при их совместной прокладке и
пересечении принимают от 100 до 300 мм в зависимости от диаметра.
Газопроводы, транспортирующие осушенный газ, можно прокладывать без уклонов. При транспортировании
влажного газа газопроводы следует прокладывать с уклоном не менее 0,003°, а в низших точках
предусматривать устройства для удаления конденсата (дренажные штуцера). Трубы и арматуру следует
покрывать тепловой изоляцией. Надземные газопроводы следует проектировать с учетом компенсации
температурных удлинений по фактически возможным температурным условиям. Если продольные
деформации нельзя компенсировать за счет изгибов газопровода, предусмотренных схемой (за счет
самокомпенсации), то следует устанавливать линзовые или П-образные компенсаторы. Сальниковые
компенсаторы на газопроводах устанавливать нельзя.
В жилые, общественные и коммунальные здания газ поступает по газопроводам от городской
распределительной сети. Эти газопроводы состоят из абонентских ответвлений, подводящих газ к зданию, и
внутридомовых газопроводов, которые транспортируют газ внутри здания и распределяют его между
газовыми приборами. Газопровод вводят в жилые и общественные здания через нежилые помещения. Вводы
газопроводов осуществляют в коридоры или непосредственно в помещение. На вводе газопровода в здание
устанавливают отключающее устройство, которое монтируют снаружи здания. Внутри здания отключающее
устройство размещают в лестничных клетках, тамбурах и коридорах. Разводящие газопроводы
прокладывают по верху стен первого этажа. Газовые стояки прокладывают в кухнях, ЛК или коридорах.
Нельзя прокладывать стояки в жилых помещениях, ванных комнатах и санузлах. Газопроводы внутри
здания выполняют из стальных труб. Трубы соединяют сваркой. Газопроводы в зданиях прокладываются
открыто. Газопроводы, пересекающие фундаменты, перекрытия, лестничные площадки, стены и
перегородки, следует заключать в стальные футляры, в пределах которых газопровод не должен иметь
стыковых соединений, а конец футляра выводят над полом на 3см. В жилых зданиях газопроводы крепят к
стенкам с помощью крюков. При d более 40мм используют кронштейны. Трубы в технических коридорах
укладывают на бетонный или кирпичный столбы на расстоянии от пола не менее 0,3м.
Переходы газопроводов через препятствия
Переходы газопроводов через реки, каналы и другие водные преграды осуществляют подводными
(дюкерами) и надводными (по мостам, эстакадам) способами. Подводные переходы газопроводов
выполняют в две нитки с пропускной способностью каждой 0,75 расчетного расхода газа. Расстояние по
горизонтали между дюкерами, надводными переходами и мостами должно составлять величину от 2 до 50м
в зависимости от характера реки. Подводные переходы следует выполнять из длинномерных труб и
покрывать весьма усиленной изоляцией. Толщину стенки принимают на 2мм больше расчетной, но не менее
5мм. Для предотвращения всплытия газопровод нагружают железобетонными грузами (балласт). На обоих
берегах перехода сооружают колодцы, в которых размещают задвижки.
Через водные преграды с неустойчивым руслом и берегами, через глубокие овраги целесообразно
осуществлять надземные переходы. Их устраивают в виде шпренгельных, арочных и висячих систем, и в
виде эстакад.
Газопроводные переходы через железнодорожные, трамвайные пути и автомобильные дороги бывают
подземные и надземные. При подземных переходах газопроводы укладывают в футляры, которые
воспринимают механические воздействия и концы которых выводят на определенные расстояния (от
крайних рельсов ж/д путей не менее 10 м, трамвайных путей-2м, от края автодороги-3,5м). Диаметр футляра
принимают не менее чем на 100мм больше диаметра газопровода. Газопроводы в пределах футляра должен
иметь минимальное число сварных стыков, быть покрыт весьма усиленной изоляцией и уложен на
центрирующие диэлектрические прокладки.
Глубина укладки газопровода под магистральными ж/д путями должна быть не менее 1,5м при
производстве работ методом продавливания, считая от подошвы шпалы до верха футляра. Под трамвайными
путями и автодорогами глубину укладки следует принимать не менее 1м. Высоту надземного перехода
определяют с учетом обеспечения свободного передвижения транспорта (4,5м) и прохода людей(2,2м).
5. Устройство ГРП
Газорегуляторные пункты (ГРП) и газорегуляторные установки (ГРУ) предназначены для снижения
давления газов, поступающих к потребителю, и автоматического поддержания его постоянным независимо
от расхода газа и колебания давления до ГРП.
Кроме того, в ГРП осуществляется очистка газов от механических примесей, контроль за входным и
выходным давлением и температурой газа, учет и контроль за давлением, особенно сверхдопустимых
пределов.
В зависимости от входного давления различают ГРП и РГУ среднего (до 0,3 МПа) и высокого давления (от
0,3 до 1,2 МПа).
В состав ГРП входят следующие элементы:
1) регулятор давления (для снижения давления) РД
2) предохранительно-запорные устройства (ПЗУ), прекращающие подачу газа при повышении или
понижении его давления после регулятора сверхзаданного
3) предохранительно-сбросное устройство (ПСУ), сбрасывающее излишки газа из регулятора, чтобы
давление не превышало допустимого
4) фильтр для очистки газов от механических примесей
5) контрольно-измерительные приборы: манометры (для измерения давления), дифманометры
(перепады давления на фильтре), расходомеры, термометры.
6) импульсный и сбросной трубопровод
7) запорные устройства (задвижки, краны)
8) обводной газопровод (байпас) (для снабжения газом потребителей в период ревизий и ремонтов)
Выходное давление на ГРП контролируют предохранительным запорным устройством и
предохранительным сбросным устройстовм. ПЗУ контролирует верхний и нижний предел, ПСУ – только
верхний. ПСУ настраивают на меньшее давление, чем ПЗУ, поэтому он срабатывает первым. Сброс газа в
атмосферу следует осуществлять в том случае, если регулятор давление работает нормально, но при
закрытии клапан не обеспечивает герметичности отключения (засорение клапана, износ). Если протечка
через неплотно закрытый клапан будет превосходить потребление газа, то выходное давление будет расти.
Для предотвращения роста давления избыток газа необходимо сбросить в атмосферу. Срабатывание клапана
ПСУ при указанных обстоятельствах предотвращает закрытие предохранительного клапана и нарушение
нормального газоснабжения потребителей.
Если же отказал регулятор давления, клапан ПСУ сработал, а давление в сетях продолжает расти,
срабатывает клапан ПЗУ, который перекроет газопровод перед регулятором. Клапан ПЗУ сработает также
при недопустимом снижении давления газа, которое может произойти при аварии на газопроводе. Клапан
ПСУ настраивают на давление, превышающее регулируемое на 10.
При компоновке оборудования ГРП И ГРУ должен быть обеспечен доступ к оборудованию для монтажа,
обслуживания и ремонта.
В соответствии со СНиП ГРП могут размещаться в зависимости от назначения и технической
целесообразности: в отдельно стоящих зданиях, в пристройках к зданию, встроенными в одноэтажные
производственные здания и котельные, в шкафах – на наружных стенах газифицируемых зданий или на
отдельных стоящих отводах; на покрытиях газифицируемых производственных зданий 1-ой и 2-ой степени
огнестойкости, под навесом на открытых площадках промпредприятий.
Запрещается размещать ГРП в подвальных и цокольных помещениях зданий любого назначения, а также
встроенными и пристроенными в жилых и общественных зданиях.
Помещения по типу автоматики – должна быть предусмотрена вентиляция, отопление, естественное
освещение, нетяжелые перекрытия, решетки на онах и т.д., хорошее заземление (кроме внутреннего, еще и
наружный контур заземления). Двери должны открываться наружу, в нижней части устраиваются
жалюзийные решетчатые отверстия для вентиляции. Полы должны быть неискрящимися.
Гидравлический режим работы городских газовых сетей 2 –ой и следующих ступеней коммунальнобытовых и промпредприятий поддерживается ГРП (поддержание давления газа и обеспечение давления
после себя). Получает Р1 (1,2МПа) и снижает его до Р2 (0,3МПа). ГРП в зависимости от давления на входе
бывает высокого и среднего давления ( редко низкого).
ГРП представляет собой помещение в котором находится все смонтированное оборудование, необходимое
для регулирования давления.
При давлении до 0,6 МПа расстояние от ГРП до здания не менее 10 м, при давлении больше 0,6 МПа
расстояние не менее 15 м.
Помещение ГРП должно быть выполнено из огнеупорных материалов 1-ой и 2-ой степени огнестойкости.
Должно быть одноэтажным, бесчердачным, бесподвальным. Стены должны быть массивными, перекрытия
легкими. Помещение ГРП оснащается окнами, которые располагаются на высоте не менее 2 м от уровня
земли. Окна снаружи на расстоянии 50 мм от стекла должны быть перекрыты мелкой сеткой и на расстоянии
100 мм крупной металической сеткой.
Двери должны открываться наружу, в нижней части устраиваются жалюзийные решетчатые отверстия для
вентиляции. Полы должны быть неискрящимися.
Газ высокого или среднего давления входит в ГРП и поступает в узел регулирования, в котором
оборудование по ходу движения газа располагают в такой последовательности: отключающее устройство,
фильтр для очистки газа от механических примесей и пыли, предохранительный запорный клапан для
отключения подачи газа потребителям при недопустимом повышении или понижении давления после
регулятора, регулятор давления для снижения давления газа и поддержания его после себя, отключающее
устройство.
Оборудование ГРП и ГРУ
Регулятор давления- устройство для регулирования давления и его поддержания после себя. Они
подразделяются:
1) по давлению газа на входе (высокого и среднего давления),
2) по способу воздействия на регулирующий клапан
-регуляторы прямого действия (давление на выходе создает необходимое
усилие)
-регуляторы непрямого действия (давление на выходе передается
промежуточной среде, которая создает усилие для регулирования
3)по зависимости между изменением регулируемого параметра и
перемещением регулирующего клапана:
-астатические (пропорциональные),
-статические (пропорциональные)
3) по месту отбора импульса ( до и после себя).
РД поддерживает заданное давление. С 10 по 7 передается импульс, который действует на мембрану, через 8
передаются импульсы в надмембранную и подмембранную полости, через 9 подается давление газа в
надмембранную часть. В случае уменьшения потребления газа Р1 (давление в сети) увеличивается, Р2увеличивается, в мембранной полости давление возрастает, мембрана прогибается, тянет шток, клапан
опускается, проходное сечение уменьшается до равновесия.
Фильтры применяются для очистки газа от пыли. По правилам необходимо устанавливать фильтр, если
расстояние от источника газа до потребителя 1км и более.Для регуляторов небольшой пропускной
способности применяются сетчатые фильтры.
На регуляторах РДБК применяется волосянной фильтр.
Выходное давление на ГРП контролируют предохранительным запорным клапаном и предохранительным
сбросным клапаном. ПЗК контролирует верхний и нижний предел, ПСК- только верхний. ПСК настраивают
на меньшее давление, чем ПЗК, поэтому он срабатывает первым. Сброс газа в атмосферу следует
осуществлять в том случае, если регулятор давление работает нормально, но при закрытии клапан не
обеспечивает герметичности отключения (засорение клапана, износ). Если протечка через неплотно
закрытый клапан будет превосходить потребление газа, то выходное давление будет расти. Для
предотвращения роста давления избыток газа необходимо сбросить в атмосферу. Срабатывание клапана
ПСК при указанных обстоятельствах предотвращает закрытие предохранительного клапана и нарушение
нормального газоснабжения потребителей.
Если же отказал регулятор давления, клапан ПСК сработал, а давление в сетях продолжает расти,
срабатывает клапан ПЗК, который перекроет газопровод перед регулятором. Клапан ПЗК сработает также
при недопустимом снижении давления газа, которое может произойти при аварии на газопроводе. Клапан
ПСК настраивают на давление, превышающее регулируемое на 10.
Предохранительный сбросной клапан ПСК мембранно-пружинного типа.
Величину контролируемого давление устанавливают путем изменения степени сжатия пружины 2. На
мембрану 3 действует контролируемое давление. Когда это давление превзойдет давление настройки
клапана ПСК, то усилие мембраны станет больше усилия пружины и сожмет ее, клапан откроется и избыток
газа будет сброшен в атмосферу.
На импульсных и сбросных газопроводах располагают краны и вентили. Приборы для измерения и записи
входного и выходного давления располагают на спецщите, который устанавливают на опорах в помещении
ГРП. Входное давление измеряют манометром, выходное- напоромером
6. Коррозионные свойства грунта. Методы защиты газопроводов от коррозии
Газопроводы и их конструкции в период эксплуатации находятся в окружении среды, которая чаще всего
оказывает вредное влияние, из-за чего теряются прочностные свойства конструкции. Газопроводы в той или
иной степени подвержены внутренней и внешней коррозии.
Коррозией металлов называется постепенное поверхностное разрушение металла в результате химического
и электрохимического взаимодействия его с внешней средой.
Коррозия внутренних поверхностей труб в основном зависит от свойств газа. Она обусловлена
повышенным содержанием в газе кислорода, влаги, сероводорода и др. агрессивных соединений. Борьба с
внутренней коррозией сводится к удалению из газа агрессивных соединений, т.е. к хорошей его очистке.
Значительно большие трудности представляет борьба с коррозией внешних поверхностей труб, уложенных в
грунт, т.е. с почвенной коррозией.
Интенсивность коррозии характеризуется скоростью коррозии и оценивается в мм/год:
для металлов: до 0,1 мм/год – слабая, от 0,1 до 0,5 мм/год – средняя, свыше 0,5 мм/год – сильная;
для неметаллов: изменение цвета, шелушение поверхности – слабая, разрушение углов и граней
конструкции – средняя, отверстия – сильная.
Почвенную коррозию по своей природе разделяют на химическую, электрохимическую и электрическую
(коррозию блуждающими токами).
Химическая коррозия возникает от действия на металл различных газов и жидких неэлектролитов, это
сплошная коррозия, при которой толщина стенки трубы уменьшается равномерно. Она менее опасна с точки
зрения сквозного повреждения труб.
Электрохимическая коррозия – результат взаимодействия металла (электрода) с агрессивными растворами
грунта (электролита). Эта коррозия местная, т.е. на газопроводах возникают местные язвы и каверны,
превращаясь в сквозные отверстия. Она опаснее сплошной. Электрохимическая коррозия возникает также
при воздействии на газопровод электрического тока (блуждающего), который попадает в грунт в результате
утечек из рельсов электрифицированного транспорта.
Коррозию, возникающую под действием блуждающих токов, называют электрической в отличие от
электрохимической – гальванокоррозии.
Коррозионная активность грунта зависит от структуры, влажности, воздухопроницаемости, наличия солей и
кислот, а также от электропроводности. Сухие грунты менее активно воздействуют на металл, чем влажные.
С увеличением влажности грунта первоначально увеличивается и его коррозионная активность.
Наибольшую активность имеет грунт при влажности 11…13%. Увеличение влажности свыше 20…24%
приводит к снижению интенсивности коррозии. При переменной влажности, когда возникают условия
совместного воздействия влаги и кислорода, создается наиболее благоприятная среда для коррозии металла.
Городские грунты, засоренные сточными водами, имеющие разнородную структуру и включения различных
предметов, заболоченные участки, торфянистые влажные почвы, участки грунта, находившиеся под
отвалами шлаков, засоленные почвы являются коррозионно-активными.
При исследовании грунта учесть все указанные факторы весьма сложно, поэтому выбирают такую
характеристику, которая в основном отражала бы основные факторы. Наиболее важным свойством грунта,
поддающимся быстрому и относительно точному определению, является его удельное электрическое
сопротивление, которое и рассматривают как основную характеристику его коррозионной активности.
Электрическое сопротивление является функцией ряда других характеристик грунта: состава, концентрации
растворенных веществ, влажности и др., поэтому оно связывает воедино ряд главнейших факторов,
определяющих коррозионную активность грунта.
Существующие методы защиты газопроводов от коррозии разделяются на две группы: пассивные и
активные.
Пассивные методы защиты заключаются в изоляции газопровода. К изоляционным материалам
предъявляют ряд требований: монолитность покрытия, водонепроницаемость, хорошее прилипание к
металлу, химическая стойкость в грунтах, высокая механическая прочность, наличие диэлектрических
свойств, доступность.
Последовательность изоляции газопроводов: трубу очищают до блеска и протирают, после этого на нее
накладывают грунтовку толщиной 0,1…0,15 мм, когда грунтовка высохнет, накладывается горячая
битумная эмаль, затем трубу обертывают крафт-бумагой. В зависимости от числа нанесенных слоев эмали и
усиливающих оберток изоляция бывает следующих типов: нормальная (толщина 3 мм), усиленная (6 мм) и
весьма усиленная (9 мм).
Качество нанесения защитных покрытий на газопроводы проверяет представитель отдела технического
контроля и лаборатории. Результаты проверки оформляются актом. Внешний осмотр покрытия проводится в
процессе наложения каждого слоя по всей длине изолируемой части и после окончания работ. При этом не
допускаются пропуски, трещины, сгустки, вздутия, пузыри, отверстия, бугры, впадины, отслоения.
Выявленные дефекты устраняются до окончательной засыпки газопроводов.
К активным методам защиты относят катодную и протекторную защиту и электрический дренаж.
Основным методом защиты газопроводов от блуждающих токов является электрический дренаж.
Электрический дренаж – это способ защиты подземного сооружения от коррозии блуждающими токами,
заключающийся в отводе этих токов из анодной зоны защищаемого сооружения к их источнику (рельсовой
сети). Отвод осуществляется через изолированный проводник, соединяющий газопровод с рельсом
электрифицированного транспорта или минусовой шиной тяговой подстанции. При отводе тока из
газопровода по проводнику прекращается выход ионов металла в грунт и тем самым прекращается
электрическая коррозия газопровода. Электрический дренаж бывает трех типов: прямой (простой),
поляризованный и усиленный, два последних используются чаще.
Прямой дренаж обладает двухсторонней проводимостью. Дренажный кабель можно присоединить только к
отрицательной шине, когда исключена возможность стекания токов на защищаемое сооружение. Как
правило, дренажные кабели к рельсам не присоединяют. Объясняется это тем, что при обрыве рельсового
пути (при нарушении стыковых соединений и т.п.) на рельсах может возникнуть потенциал обратного, т.е.
положительного знака, в связи с чем, электрический ток большей силы потечет на газопровод. В этом
основной недостаток прямых дренажей. Поэтому, несмотря на простоту, прямые дренажи на городских
сетях не применяют.
Поляризованный дренаж, в отличие от прямого, обладает только односторонней проводимостью: от
газопровода к источнику. При появлении положительного потенциала на рельсах дренажный кабель
автоматически отключается. За счет этого представляется возможным присоединить его непосредственно к
рельсам, что весьма важно при устройстве защиты в районах, удаленных от отсасывающих пунктов или
тяговых подстанций. (При выборе дренажного кабеля следует обращать внимание на его мощность,
чувствительность и надежность). Усиленный дренаж применяют в тех случаях, когда на защищаемом
сооружении остается опасная зона (положительный или знакопеременный потенциал по отношению к
земле), а потенциал рельса в точке дренирования выше потенциала газопровода или когда это экономически
более выгодно по сравнению с увеличением сечения дренажного кабеля. В усиленном дренаже
дополнительно в цепь включают источник ЭДС, позволяющий увеличить дренажный ток. Схема усиленного
дренажа предусматривает последовательное включение в дренажную сеть дополнительного источника
постоянного тока (т.е. обычной катодной станции), чтобы увеличить отвод тока и обеспечить на газопроводе
постоянный отрицательный потенциал. В настоящее время дренажи – наиболее желательный вид защиты от
блуждающих токов электрифицированных железных дорог.
При катодной защите на газопровод накладывают отрицательный потенциал, т.е. переводят весь
защищаемый участок газопровода в катодную зону. В качестве анодов применяют малорастворимые
материалы (чугунные, железокремниевые, графитовые), а также отходы черного металла, которые
помещают в грунт вблизи газопровода. Отрицательный полюс источника постоянного тока соединяют с
газопроводом, а положительный – с анодом. Таким образом, возникает замкнутый контур электрического
тока, который течет от положительного полюса источника питания по изолированному кабелю к анодному
заземлению; от анодного заземления ток растекается по грунту и попадает на защищаемый газопровод,
далее он течет по газопроводу, а от него по изолированному кабелю возвращается к отрицательному полюсу
источника питания. Электрический ток выходит из анода в виде положительных ионов металла, поэтому
вследствие растворения металла анод постепенно разрушается. Электрический потенциал, накладываемый
на газопровод, составляет 1,2…1,5 В. В зависимости от качества изоляции, одна установка может защищать
участок газопровода от 1 до 20 км (рисунок 1).
Рисунок 1 – Схема катодной защиты
1 – дренажный кабель; 2 – источник постоянного тока; 3 – соединительный кабель; 4 – заземлитель (анод); 5
– 6 – пути движения токов: 5 – блуждающих, 6 – защитного в грунте; 7 – газопровод; 8 – точка
дренирования.
При протекторной защите участок газопровода превращают в катод без постороннего источника тока, а в
качестве анода используют металлический стержень, помещенный в грунт рядом с газопроводом. Между
газопроводом и анодом устанавливается электрический контакт, т.о. корродирует анод, а газопровод
защищается от коррозии. В качестве анода используют металл с более отрицательным потенциалом, чем
железо (цинк, магний, алюминий и их сплавы) (рисунок 2).
Для защиты от атмосферной коррозии на надземные газопроводы наносят лакокрасочные покрытия,
состоящие из двух слоев грунтовки и двух слоев краски, эмали или лака, выдерживающими температурные
изменения и влияние атмосферных осадков.
Рисунок 2 – Схема протекторной защиты
1 – протектор (электрод); 2 – заполнитель (соли + глина + вода); 3 – пути движения защитного тока в грунте;
4 – газопровод; 5 – соединительные кабели; 6 – контрольный пункт.
7 Сжиженные газы: производство, хранение, транспортировка
Сжиженными газами называют углеводороды, которые при сравнительно небольшом сжатии при
температуре окружающей среды, могут быть переведены в жидкое состояние.
Сжиженный газ получают из попутного газа, а попутный газ из нефти. Нефть подвергают разделению на
компоненты. Легкие газы ( метан, пропан) находятся в нефти в растворенном состоянии. Когда нефть
выходит на поверхность легкие газы возгоняются: в 1 м3 нефти может содержаться 500 м3 легких газов.
Попутные газы улавливаются и подвергаются переработки: отделяется метан и этан- для этого попутные
газы в специальных колонах орошаются холодной водой. После орошения остаются пропан, бутан и газовый
бензин. Эти компоненты с помощью выпаривания выделяют, потом разделяют и в результате остается
только масло. Выделяют остатки метана, остальное сливают. Пропан выделяют, конденсируют и сливают в
емкость.
Оставшаяся часть подвергается давлению 12 атм и возгоняется бутан.
Особые свойства сжиженного газа:
1) представляет собой кипящую жидкость, поэтому его держат в
герметичных емкостях под высоким давлением.
2) плотность, удельный объем сжиженных газов очень резко изменяется при изменении температуры. При
увеличении температуры удельный объем увеличивается, а плотность уменьшается, поэтому баллоны нельзя
заполнять полностью.
3) Пары сжиженного газа в 1,5-2 раза тяжелее воздуха и плохо диффундируют в воздухе.
4) Сжиженный газ при утечке не сразу смешивается с воздухом, а стекает в пониженные места.
Располагать сооружения сжиженного газа надо на открытых возвышенных местах с хорошей
продуваемостью.
Хранение сжиженного газа
Хранение производятся в подземных и надземных емкостях, естественных и искусственных пустотах, а
транспортировка в подвижных емкостях и баллонах.
Резервуарные установки могут быть подземного и надземного вида.
ГНС служит для получения сжиженного газа с нефтеперерабатывающих заводов и снабжения этим газом
крупных городов, районных центров, промпредприятий.
Газозаправочные станции размещаются в городской среде и служат для снабжения автомобилей жидким
газом.
ГНП сооружаются в населенных пунктах, удаленных от ГНС и предназначены для наполнения баллонов
сжиженным газом из автоцистерн. Баллоны хранятся на складе.
Шкафные установки-установки, в состав которых входят более 2 баллонов емкостью 50, 80 литров.
Транспорт сжиженного газа
Существует 2 вида: дальний – от производителя до потребителя(ж/д цистерны, автоцистерны большой
емкости) и локальный- от ГНС до потребителя (до 300 км-автоцистерны, баллоны).
Местные передвижения осуществляются с помощью компрессоров. Газ может транспортироваться в
баллонах, расположенных вертикально или горизонтально в спецмашинах.
8 Регазификация сжиженного газа (СГ)
Регазификация осуществляется за счет тепла передаваемого теплоносителем. Количество тепла все время
поступает, в результате процесс регазификации становится стабильным.
Регазификация – это пр- сс испарения сжиженного газа в специальных емкостях –регазификаторов для
получения паров газа.
Для осуществления такого пр-са применяются устройства регазификации.
Существует два вида регазификации: естественная и искусственная.
Естественная регазификация:
Конструкция простейшего аппарата для регазификации сжиженных газов представляет собой замкнутый
цилиндрический сосуд, нижняя часть которого на определенную высоту заполняется жидкой фазой, а
верхняя служит для сбора насыщенных паров пропан-бутанов. При передаче теплоты через наружную
стенку в качестве теплоносителя м.б. использованы воздух внутренней и наружной атмосферы, а также
грунты верхнего слоя земли. Следовательно, регазификация СГ при использовании в качестве
теплоносителей воздуха и грунта м.б. названа регазификацией с естественным испарением.
Применяется:

регазификация в баллонах

регазификация в надземных резервуарах

«-----------------» в подземных резервуарах
Искусственная регазификация:
Испарители м.б. классифицированы по следующим основным признакам:

по применяемой схеме регазификации (емкостные, проточные, комбинированные);

по виду контакта теплоносителя со СГ (электрические, огневые, емкостные,водяные,
паровые,масляные);

по виду контакта СГ с поверхностью нагрева (с кипением СГ , с кипением в трубах при вынужденной
циркуляции и оросительные- пленочные и форсуночные);

по испарительной способности (малые,средние,большие).
Они бывают нескольких типов:
Проточные испарители СГ
1 Горизонтальный кожухотрубчатый регазификатор- с постоянным уровнем жидкой фазы и переменным
расходом теплоносителя.
2 Вертикальный регазификатор – с переменным уровнем жидкой фазы, но с постоянным расходом
теплоносителя.
Все три типа регазификаторов обладают одним отрицательным качеством- инерционностью, т.е. после
включения в работу регазификатора необходимо, чтобы жидкая фаза нагрелась до необходимой
температуры, при которой получают заданный объем.
3 Пленочный
Жидкая фаза подается снизу вверх.
Все три типа регазификаторов обладают одним отрицательным качеством- инерционностью, т.е.
после включения в работу регазификатора необходимо, чтобы жидкая фаза нагрелась до необходимой
температуры, при которой получают заданный объем
Воспламенение смеси может быть осуществлено двумя способами. При первом способе вся смесь доводится
до такой температуры, при которой она сама воспламеняется - самовоспламенение. Если газовоздушную
смесь постепенно нагревать, то при температуре воспламенения произойдет воспламенение всего объема
газа (взрыв). Второй способ характеризуется тем, что холодную гозовоздушную смесь поджигают в одном
месте (искрой, раскаленным телом)-вынужденное зажигание. Если в газовоздушную смесь внести источник
воспламенения, то около источника тепла произойдет воспламенение газовоздушной смеси, образуется
фронт пламени, который распространяется по всему объему.
Горение и взрыв газов могут происходить только при определенных концентрационных соотношениях газа
и воздуха.
Нижний предел воспламенения – минимальная концентрация газа в смеси с воздухом, при которой пламя
способно распространяться на весь объем смеси.
Верхний предел воспламенения- максимальная концентрация горючего газа в смеси с воздухом, при которой
она еще может воспламениться и пламя распространяется на весь объем смеси.
Распространение пламени
Пламенем называется зона, в которой протекает реакция горения. Эта зона отделяет газовоздушную смесь
от продуктов сгорания.
Фронт пламени распространяется по газовоздушной смеси со скоростью, перпендикулярной фронту
пламени.
Кроме нормального горения существует детонационное горение или взрыв. Детонация обусловлена
поджиганием газовоздушной смеси при ее адиабатическом сжатии в ударной волне.
Фронт пламени движется сначала равномерно, но через некоторое время начинается пульсация, амплитуда
возрастает, ГВС сжимается адиабатно и при критической (максимальной) амплитуде происходит
поджигание и взрыв. Скорость распространения пламени 3 км/с. В результате взрыва выделяется большое
количество энергии.
10 Конструкция и основные характеристики газовых горелок
В технике сжигания газа применяют большое число горелок, отличающихся конструктивно и
принципиально. Но все эти горелки могут быть классифицированы на 5 групп:
1)
диффузионные горелки;
2)
эжекционные;
3)
горелки с принудительной подачей воздуха (двухпроводные);
4)
комбинированные;
5)
горелки специального назначения.
Диффузионные горелки. В них используется диффузионный метод сжигания, т. е.газ подается отдельно по
трубе, а воздух поступает непосредственно из окружающей среды. Пламя длинное, светящееся. В топках с
большим объемом происходит теплообмен излучением. Максимальная температура 900-1200оС,
коэффициент избытка воздуха 1,1-1,3, давление газа1000-5000 Па, давление воздуха
600-1000 Па, оптимальная скорость выхода природного газа 25-80 м/с. Существует
большое разнообразие горелок:
Инжекционные горелки. В них воздух смешивается с газом в теле самой горелки; воздух засасывается в
горелку за счет инжекционного эффекта самим газом.
Существуют горелки для среднего давления с коэффициентом избытка 1,1-1,2 применяются на
промпредприятиях. Инжекционные горелки низкого давления с коэффициентом избытка 0,2-0,6
применяются в коммунально-бытовом и газовом хозяйстве. Расход природного газа на горелку 0,28-0,53
м3/ч, давление газа 0,7-2,5 кПа, -1,05. Конструктивно они одинаковые, а
исполнение разное.
Двухпроводные горелки.
Воздух необходимый для горения подается в горелки принудительно
вентилятором,
воздуходувкой
или
компрессором.
Газ
подается
в
газораспределительные устройства, а затем через сопла вытекает закрученный
поток воздуха, где и происходит смешение газа и воздуха.
1-Газ и воздух протекает примерно с одинаковой скоростью, смешение плохое,
температура не высокая.
2-Укорачивает пламя, за счет лучшего смешения.
3-Частично предварительное смешение.
4-С завихрителем для смешения.
5-Закручиватели другой конструкции.
6-Для улучшения смешения в закрученный поток воздуха подается газ, не только сосредоточенно, но и с
периферией.
Комбинированная горелка.
Первичный воздух подается по внутреннему каналу, закручивается и
направляется к мазутной форсунке, где с распыливаемым мазутом образует
топливно-воздушную смесь. Основное сгорание осуществляется за счет
вторичного воздуха. Номинальный расход газа 185-850 м3/ч, доля
первичного воздуха составляет 10-15 , -1,05-1,15, длина мазутного
факела 1-2,5 м.
Применяют где требуется очень сильный теплообмен излучением- в металлургии.
11 Испытание наружных и внутренних газовых сетей
Законченные строительством или реконструкцией наружные и внутренние газопроводы (далее газопроводы) следует испытывать на герметичность воздухом. Для испытания газопровод в соответствии с
проектом производства работ следует разделить на отдельные участки, ограниченные заглушками или
закрытые линейной арматурой и запорными устройствами перед газоиспользующим оборудованием, с
учетом допускаемого перепада давления для данного типа арматуры (устройств).
Если арматура, оборудование и приборы не рассчитаны на испытательное давление, то вместо них на период
испытаний следует устанавливать катушки, заглушки.
Испытания газопроводов должна производить строительно-монтажная организация в присутствии
представителя эксплуатационной организации. Результаты испытаний следует оформлять записью в
строительном паспорте.
Перед испытанием на герметичность внутренняя полость газопровода должна быть очищена в соответствии
с проектом производства работ. Очистку полости внутренних газопроводов и газопроводов ГРП (ГРУ)
следует производить перед их монтажом продувкой воздухом.
Для проведения испытаний газопроводов следует применять манометры класса точности 0,15. Допускается
применение манометров класса точности 0,40, а также класса точности 0,6. При испытательном давлении до
0,01 МПа следует применять U-образные жидкостные манометры (с водяным заполнением).
Испытания подземных газопроводов следует производить после их монтажа в траншее и присыпки выше
верхней образующей трубы не менее чем на 0,2 м или после полной засыпки траншеи. Сварные стыки
стальных газопроводов должны быть заизолированы.
Подземные газопроводы до начала испытаний после их заполнения воздухом рекомендуется выдерживать
под испытательным давлением в течение времени, необходимого для выравнивания температуры воздуха в
газопроводе с температурой грунта, но не менее 24 ч.
Надземные и внутренние газопроводы, газопроводы и оборудование ГРП и ГРУ до начала испытаний после
их заполнения воздухом рекомендуется выдерживать под испытательным давлением в течение времени,
необходимого для выравнивания температуры воздуха внутри газопроводов с температурой окружающего
воздуха, но не менее 1 ч.
Газопроводы жилых, общественных и бытовых непроизводственного назначения, административных зданий
испытываются на участке от отключающего устройства на вводе в здание до кранов газовых приборов и
оборудования.
При установке дополнительных газовых приборов испытание новых участков газопроводов к этим приборам
при их длине до 5 м допускается производить газом (рабочим давлением) с проверкой всех соединений
газоиндикаторами или мыльной эмульсией.
При испытании надземных и внутренних газопроводов следует соблюдать меры безопасности,
предусмотренные проектом производства работ. Испытания газопроводов на герметичность проводят путем
подачи в газопровод сжатого воздуха и создания в газопроводе испытательного давления. Значения
испытательного давления и время выдержки под давлением стальных подземных газопроводов принимают в
соответствии с таблицей 1.
Таблица 1.
Рабочее давление газа, МПа
Вид изоляционного покрытия
Испытательное
МПа
До 0,005
Независимо от вида изоляционного покрытия
0,6
24
Св. 0,005 до 0,3
Битумная мастика, полимерная липкая лента
Экструдированный полиэтилен, стеклоэмаль
0,6
1,5
24
24
Св. 0,3 до 0,6
Битумная мастика, полимерная липкая лента
Экструдированный полиэтилен, стеклоэмаль
Независимо от вида изоляционного покрытия
0,75
1,5
1,5
2,0
0,3
24
24
24
Св. 0,6 до 1,2
Св. 0,6 до 1,6 для СУГ
Газовые вводы до 0,005
То же
давление, Продолжительность
испытаний, ч
2
Нормы испытаний полиэтиленовых газопроводов, стальных надземных газопроводов, газопроводов и
оборудования ГРП, а также внутренних газопроводов зданий следует принимать по таблице 2. Температура
наружного воздуха в период испытания полиэтиленовых газопроводов должна быть не ниже минус 15 °С.
Таблица 2.
Рабочее давление газа, МПа
Полиэтиленовые газопроводы
До 0,005
Св. 0,005 до 0,3
Св. 0,3 до 0,6
Надземные газопроводы
До 0,005
Св. 0,005 до 0,3
Св. 0,3 до 0,6
Св. 0,6 до 1,2
Св. 1,2 до 1,6 (для СУГ)
Продолжение таблицы 2
Газопроводы и оборудование ГРП
До 0,005
Св. 0,005 до 0,3
Св. 0,3 до 0,6
Св. 0,6 до 1,2
Газопроводы внутри зданий, газопроводы и оборудование ГРУ
Испытательное
МПа
давление, Продолжительность испытаний,
ч
0,3
0,6
0,75
24
0,3
0,45
0,75
1,5
2,0
1
0,3
0,45
0,75
1,5
12
Газопроводы жилых зданий давлением до 0,003
0,01
Газопроводы котельных, общественных, административных, бытовых и производственных зданий
давлением:
до 0,005
св. 0,005 до 0,1
св. 0,1 до 0,3
0,01
0,1
1,25 от рабочего, но не более
0,3
св. 0,3 до 0,6
1,25 от рабочего, но не более
0,6
св. 0,6 до 1,2
св. 1,2 до 1,6 (для СУГ)
5 мин
1,25 от рабочего, но не более
1,2
1,25 от рабочего, но не более
1,6
Подземные газопроводы, прокладываемые в футлярах на участках переходов через искусственные и
естественные преграды, следует испытывать в три стадии:
 после сварки перехода до укладки на место;
 после укладки и полной засыпки перехода;
 вместе с основным газопроводом.
Разрешается не производить испытания после полного монтажа и засыпки перехода по согласованию с
эксплуатационной организацией. Испытания участков переходов разрешается производить в одну стадию
вместе с основным газопроводом в случаях:
 отсутствия сварных соединений в пределах перехода;
 использования метода наклонно-направленного бурения;
 использования в пределах перехода для сварки полиэтиленовых труб деталей с закладными
нагревателями или сварочного оборудования с высокой степенью автоматизации.
Результаты испытания на герметичность следует считать положительными, если за период испытания
давление в газопроводе не
меняется, то есть нет видимого падения давления по манометру класса точности 0,6, а по манометрам класса
точности 0,15 и 0,4, а также по жидкостному манометру падение давления фиксируется в пределах одного
деления шкалы.
При завершении испытаний газопровода давление следует снизить до атмосферного, установить
автоматику, арматуру, оборудование, контрольно-измерительные приборы и выдержать газопровод в
течение 10 мин под рабочим давлением. Герметичность разъемных соединений следует проверить мыльной
эмульсией.
Дефекты, обнаруженные в процессе испытаний газопроводов, следует устранять только после снижения
давления в газопроводе до атмосферного. После устранения дефектов, обнаруженных в результате
испытания газопровода на герметичность, следует повторно произвести это испытание. Стыки
газопроводов, сваренные после испытаний, должны быть проверены физическим методом контроля.
Резервуары сжиженных углеводородных газов вместе с обвязкой по жидкой и паровой фазам следует
испытывать в соответствии с требованиями правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов,
работающих под давлением.
12 Проектирование систем газоснабжения
Современные городские распределительные системы представляют собой сложный комплекс сооружений,
состоящий их следующих основных элементов: газовых сетей низкого, среднего и высокого давления, ГРС,
ГРП и ГРУ. В указанных станциях и установках давление газа снижают до необходимой величины и
автоматически поддерживают постоянным.
Основные городские распределительные газопроводы высокого и среднего давления проектируют как
единую сеть, подающую газ промпредприятиям, отопительным котельным, коммунальным потребителям и
в сетевые ГРП.
На выбор системы газоснабжения города оказывает влияние ряд факторов:
размеры города, особенности его планировки и застройки, плотность населения; число и характер
промпотребителей; наличие больших препятствий для прокладки газопровода. При проектировании систем
газоснабжения разрабатывают ряд вариантов и производят их технико-экономическое сравнение. Для
строительства применяют наиболее выгодный.
Проектирование единой сети экономически выгоднее, чем прокладка раздельной, что объясняется
большой стоимостью прокладки параллельных газопроводов, чем одного газопровода, несущего ту же
нагрузку.
Трассы газопровода проектируют с учетом транспортирования потребителям газа кратчайшим путем.
Сети низкого давления состоят из кольцевых и тупиковых газопроводов и абонентских ответвлений.
Для проектирования систем газоснабжения необходимо знать характеристики проектируемого района:
площадь и этажность застройки, плотность населения, наличие коммунально-бытовых и промышленных
предприятий, давление на выходе из ГРП. По площади застройки и плотности населения рассчитывают
количество жителей, затем определяют расчетные и годовые расходы газа для всех коммунально-бытовых и
промышленных объектов ( на бытовые нужды, на отопление, на вентиляцию, на централизованное ГВС, на
приготовление пищи, на стирку белья).
В основе проектирования сетей газоснабжения лежит гидравлический расчет. Газопроводы
рассчитываются на перепад (разность) давлений в начале и конце газопроводов. Чем больше перепад
давления, тем меньше будут диаметры сети.
Для тупиковых сетей. По среднему значению комплексной величины Аср=(Рн2-Рк2)/lр и расчетному
расходу газа подбирается диаметр. По этому диаметру определяем действительное значение комплексной
величины (Ад) и определяем конечное давление для участков и для всей сети (Рк= Рн2- Ад*l). При правильно
выполненном гидравлическом расчете давление в конце последнего участка должно соответствовать
давлению в конце сети.
Для кольцевой сети. Кольцевая сеть условно разделяется на несколько тупиковых. После определения
расходов газа и средней удельной
потери давления подбираем диаметры газопроводов. Определяем
действительные потери давления на участках и по направлению в целом. После расчета тупиковых сетей
проверяется возможность их совместной работы, т. е. делается увязка сети; расхождения в перепадах
давления не должны превышать 10.
Для дворового газопровода. Находим расчетные длины участков основного направления, а затем
ответвлений. Рассчитывается средняя удельная потеря давления по направлению и ответвлений. Далее
определяем диаметры на участках, действительные удельные потери давления по участкам. Вычисляется
действительная потеря давления по направлению и сравнивается с расчетным перепадом давления
дворового газопровода.
Для внутридомовых газопроводов. Находим расчетные длины участков, среднюю удельную потерю
давления по направлениям. По расчетным расходам газа и средней удельной потери давления определяем
диаметры участков выбранного направления, действительные удельные потери давления и сопротивления
участков, которое находится с учетом гидростатического давления. Вычисляем общую действительную
потерю давления по направлению, которая не должна превышать расчетного перепада давления для домовой
сети (350 Па). Диаметры внутридомовых газопроводов по условному проходу должны быть не менее
диаметра наибольшего присоединительного штуцера газовых приборов. Так как в жилом доме
устанавливаются одни плиты, то диаметр принимается не менее 15 мм.
ОТОПЛЕНИЕ
13 Параметры, характеризующие микроклимат помещений. Требуемые значения параметров
внутреннего воздуха
Микроклимат в помещении определяется тепловым режимом здания (ТРЗ).
ТРЗ – это совокупность всех факторов и процессов, определяющих тепловое состояние его
помещений.
Под параметрами внутреннего воздуха понимают параметры воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне.
Метеорологические условия в помещениях жилых, общественных и на постоянных и непостоянных рабочих
местах производственных помещений регламентированы СНиП 2.04.05-91* и справочной литературой.
Постоянное рабочее место – человек находится более 50% рабочего времени или 2 ч непрерывно. В
противном случае рабочее место- непостоянное.
Обслуживаемой зоной считается пространство высотой 2 м над полом, в помещениях, где люди находятся
преимущественно в сидячем положении (залы театров, ресторанов, учебные заведения) – высотой 1,5 м от
пола.
Под микроклиматом помещения понимается совокупность теплового, воздушного и влажностного режимов
в их взаимосвязи. Основное требование к микроклимату – поддержание благоприятных условий для людей,
находящихся в помещении. Микроклимат помещения, характеризуется температурой внутреннего воздуха,
радиационной температурой помещения (осредненной температурой его ограждающих поверхностей),
скоростью движения и относительной влажностью воздуха.
Нормами установлены оптимальные и допустимые параметры воздуха, которые зависят от категории
работ и периода года.
Оптимальные или комфортные условия – это условие при которых человек не чувствует перегрева или
переохлаждения, то есть сочетание параметров микроклимата, при которых сохраняется тепловое
равновесие в организме человека и отсутствует напряжение в его системе терморегуляции. Создаются
благоприятные условия для высокого уровня работоспособности. Допустимые – условия, которые при
длительном воздействии на человека могут вызвать не значительные изменения теплового состояния
организма и напряжение системы терморегуляции.
Регулирующие
воздействия
НОК
Qm, Qxn
потолок
ОВ, КВ
tн
q
q
i
j
i
q
тепловая
обстановка
помещения
(tв,в, υв, tR)
н
j
υн
q
i
j
осадки
солнечная
радиация
пол
бытовые
поступления
(эл. плита)
Схема формирования ТРЗ
Возмущающие
воздействия
Поддержание оптимальных параметров рекомендуется в следующих помещениях:
1)
операционных, родильных отделениях, палатах для новорожденных, послеоперационных палатах;
2)
зрительных залах и фойе театров;
3)
зрительных залов кинотеатров, клубов и Дворцов культуры на 600 мест и более;
4)
обеденных залах ресторанов 1 разряда и столовых на 250 посадочных мест и более;
5)
торговых залах крупных магазинов с числом рабочих мест 75 и более;
6)
части номеров гостиниц на 500 номеров и более.
7)
в картинных галереях, музеях, книгохранилищах и архивах при отсутствии особых требований к
внутреннему режиму.
Кроме перечисленных выше случаев поддержание оптимальных условий обеспечивается при наличии
соответствующих требований в технологическом задании.
В остальных случаях в помещениях поддерживаются допустимые параметры внутренней среды в
помещениях.
Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в
обслуживаемой зоне жилых, общественных и административно бытовых помещениях приводятся в
справочной литературе.
Независимо от принятых метеорологических условий содержание в воздухе рабочей зоны пыли, вредных
газов и других аэрозолей не должно превышать ПДК.
Системы О, В, К относятся к системам обеспечения микроклимата помещений. Общая структура СОМК
выглядит следующим образом:
1) Ограждающие конструкции зданий (НОК) - являются основой для создания микроклимата (МК).
Именно за счет их и формируется определенный ограниченный объем, называемый зданием (помещением).
НОК способны защитить от или ослабить воздействие следующих факторов:

атмосферные осадки;

воздействие ветра;

воздействие прямых солнечных лучей;

резкие изменения температуры.
Лишь в отдельных случаях, при наличии тепловых поступлений в помещение, НОК способны обеспечить в
холодное время требуемый температурный режим в помещении. В подавляющем большинстве случаев
использования только НОК недостаточно для поддержания требуемой температуры в помещении, поэтому
для этого требуется использование дополнительных систем — О, В, К или их сочетания. 2) Системы
отопления (СО) - является инженерной системой, предназначенной для поддержания в помещениях только
требуемой температуры. Поддержание на должном уровне других параметров МК эта система обеспечить не
может.
3) Системы вентиляции (СВЕ) - является более развитой инженерной системой. Она способна
обеспечивать поддержание на требуемом уровне более широкого набора параметров воздуха:

температура (не во всех случаях);

подвижность (скорость);

относительная влажность (не во всех случаях);

запыленность;

концентрация вредных веществ.
СВЕ, как правило, не имеет устройства для охлаждения воздуха и осушения. Поэтому в теплое время года
она не всегда способна обеспечить поддержание температуры и влажности в помещении на оптимальном
уровне. Учитывая это, СВЕ обычно рассчитывается на поддержание не оптимальных, а допустимых
параметров внутреннего воздуха.
4) Системы кондиционирования воздуха (СКВ) - является наиболее сложной, совершенной и мощной
системой, которая способна обеспечить в помещении поддержание всех заданных параметров воздуха на
требуемом уровне с заданной степенью обеспеченности (надежности).
Четкой границы между СВЕ и СКВ нет. В традиционном понимании СКВ отличается от СВЕ только
наличием источника искусственного холода (холодильная машина ХМ) и воздухоохладителя той или иной
конструкции. В некоторых случаях (в жарком и сухом климате) возможен промежуточный вариант
испарительного (адиабатического) охлаждения воздуха без использования ХМ. В этом случае говорят о
неполном кондиционировании или вентиляции с испарительным охлаждением.
Кроме того, системы СВЕ и СКВ часто выполняют роль систем воздушного отопления, подавая в
помещение перегретый воздух. В этом случае говорят о воздушном отоплении, совмещенном с вентиляцией.
Независимо от принятых метеорологических условий содержание в воздухе рабочей зоны пыли, вредных
газов и других аэрозолей не должно превышать ПДК.
Заданные параметры микроклимата и частоту воздуха в помещении жилых, общественных,
административно – бытовых и производственных зданий следует обеспечивать в пределах расчетных
параметров наружного воздуха для соответствующих районов строительства по СНиП:
параметров А — для систем вентиляции и воздушного душирования для теплого периода года;
параметров Б — для систем отопления, вентиляции и воздушного душирования для холодного периода
года, а также для систем кондиционирования для теплого и холодного периодов года.
Допустимые нормы параметров воздуха в обслуживаемой зоне жилых, общественных административнобытовых помещений (согласно СНиП 2.04.05-86)
Период
Температура воздуха, 0С
Относительная влажность Скорость движения
года
воздуха, %
воздуха, м/с
0
Теплый
Не более чем на 3 С расч. не более 65
не более 0,5
темп. наружного воз-ха
(параметры А)
Х..и пер 18-22
не более 65
не более 0,2
Примечание: Для общественных и административно-бытовых помещений с пребыванием людей в уличной
одежде следует принимать температуру воздуха 140С.
14 Теплотехнический расчет ограждающих конструкций. Требуемые и фактические сопротивления
теплопередаче наружных ограждающих констр. здания
Согласно СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита здания» нормами установлено три показателя тепловой
защиты здания:
а) Приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций
здания R0, должно быть больше или равно Rreq
R0  Rreq
б) санитарно-гигиенический, включающий температурный перепад между температурами
внутреннего воздуха и на поверхности ограждающих конструкций и температуру на внутренней
поверхности выше температуры точки росы
t  tв   в  t н
где t н - нормативная величина, °С.
 в  t т. р
в) удельный (на 1 м2 общей площади жилого здания или на 1 м3 отапливаемого объема
общественного здания) расход тепловой энергии на отопление здания qhdes , позволяющий варьировать
величинами теплозащитных свойств различных видов ограждающих конструкций зданий с учетом объемнопланировочных решений здания и выбора систем поддержания микроклимата для достижения
нормируемого значения этого показателя
qhdes  qhreq
Вывод: требования тепловой защиты здания будут выполнены, если в жилых и общественных зданиях
будут соблюдены требования показателей «а» и «б» либо «б» и «в». В зданиях производственного
назначения необходимо соблюдать требования показателей «а» и «б».
Теплозащитные свойства НОК характеризуются сопротивлением теплопередаче конструкции (R0), м2 °С/Вт.
Все теплотехнические расчеты НОК выполняются на основе общего уравнения теплопередачи.
Тепловой поток Q, Вт (Дж/с), определяется по формуле
Q = 1 t  t   А
R0
в
н
Коэффициент теплопередачи К , Вт/(м2 °С) определяется по формуле
К
1
R0
Существует два вида теплотехнического расчета: определительный и поверочный. Целью поверочного
расчета является определение термического сопротивления теплопередаче и коэффициента теплопередачи
ограждающих конструкций, удовлетворяющих условиям энергосбережения.
1. Приведенное сопротивление теплопередаче R0, м2·°C/BT, ограждающих конструкций, а также окон и
фонарей (с вертикальным остеклением или с углом наклона более 45°) следует принимать в соответствии с
заданием на проектирование, но не менее нормируемых значений Rreq, м2·°С/Вт, определяемых по таблице
СНиП 23-01-20032 в зависимости от градусо-суток района строительства Dd, °С·сут.
Граду- сутки отопительного периода Dd, °Ссут, определяются по формуле
Dd  (tint  tht )  Z ht
или
ГСОП = (tв – tот. пер) Zот. пер
где tв (tint)– расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая по ГОСТ 30494-96
(«Здании жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях») в зависимости от назначения
здания (в интервале 20 - 22°С).;
tот. пер (tht), Zот. пер (Zht) – средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут,
отопительного периода, принимаемые по СНиП 23-01 для периода со среднесуточной температурой
наружного воздуха не более 10 °С – при проектировании лечебно-профилактических, детских учреждений и
домов-интернатов для престарелых, и не более 8 °С – в остальных случаях.
Если text  30С , то tint  21C
text  30С , то tint  20C
2. Для производственных зданий с избытками явной теплоты более 23 Вт/м 3, а также для зданий
сезонной эксплуатации (весной или осенью) и для зданий с tв ≤ + 12°С (овощехранилище) приведенное
сопротивление теплопередаче R0 следует принимать не менее нормируемого сопротивления теплопередаче
Rreq.
R0r ≥ Rreq
n(tint  text )
*
t n   int
где n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих
конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в таблице 6 СНиП 23-02-2003;
t n - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха tint и
температурой внутренней поверхности τint ограждающей конструкции, °С, принимаемый по таблице 5 СНиП
23-02-2003;
 int - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м 2·°С),
принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02-2003;
text - расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, °С, для всех зданий, кроме
производственных зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации, принимаемая равной средней
температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНиП 23-01 (text -34°С – для
Челябинска).
Rreq ~ f (назначение здания (жилое, промышленное,
общественное); тип наружной ограждающей
конструкции (наружная стена); покрытие, чердачное перекрытие, перекрытие над подвалом, техподпольем);
ГСОП (градусосутки отопительного периода (Dd)).
где R req 
3. Термическое сопротивление Rх, (м20С)/Вт, слоя многослойной ограждающей конструкции, а также
однородной ограждающей конструкции следует определять по формуле
Rх=/,
(3)
3. Сопротивление теплопередаче для однослойной ограждающей конструкции R0 , м2·°С/Вт, определяется по
формуле
1 
1
1

1
R0 
 
 
или R0 
в  н
 int   ext
Сопротивление теплопередаче для многослойной ограждающей конструкции
определяется по формуле
н
н
i 1

1
1
1
R0 


 i 
или R0 
в
i 1
i
н
 int
i 1
i
R0 , м2·°С/Вт,
 ext
где  i - толщина i-го слоя, м;
i - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м °С), Величина, численно равная плотности
теплового потока, проходящего в изотермических условиях через слой материала толщиной в 1 м при
разности температур на его поверхностях 1 °С.
Расчет необходимых теплозащитных свойств однородных ограждающих конструкций при
установившемся потоке теплоты сводится к определению необходимого сопротивления теплопередаче.
Вывод: необходимо, чтобы сопротивление теплопередаче R0, ограждающих конструкций, а также
окон и фонарей (с вертикальным остеклением или с углом наклона более 45°) во вех случаях было не
менее нормируемого сопротивления теплопередаче Rreq.
R 0  R req
Целью определительного расчета является определение из условия равенства R 0  R req
толщины
теплоизоляционного слоя
R0 =1/В+1/1 +2/2+УТ/УТ +1/н=Rreg
Найти толщину изоляционного слоя
УТ= Rreg- (1/В+1/1 +2/2+1/н) УТ
Принять унифицированную толщину конструкции
Кирпич  (250,380,510,640,770 мм)
Плита панели  (300,350,400,450,500 мм)
Определить фактическое сопротивление теплопередачи
R0Ф=1/В+i/i +1/н
Проверить соблюдение условий.
15 Удельная тепловая характеристика зданий. Способы повышения эффективности тепловой защиты
зданий
Для теплотехнической оценки объемно-планировочных и конструктивных решений и для ориентировочного
расчета теплопотерь здания пользуются показателем – удельная тепловая характеристика здания q,
q=QЗД/V(tП-tН)
QЗД – расчетные теплопотери через наружные ограждения всеми помещениями здания, Вт.
Величина q, Вт/(м3 0С), определяет средние теплопотери 1 м3 здания, отнесенные к расчетной разности
температуры 10.
Определяется по формуле
q= q0t,
Где q0 – эталонная удельная тепловая характеристика, соответствующая разности температур t0=18-(30)=480С, t – температурный коэффициент, учитывающий отклонение фактической расчетной разности
температур от t0.
t=0,54+22/( tП-tН)
q0 может быть определена по таблицам: для жилых и гражданских зданий, в зависимости от назначения
помещения, температуры наружного воздуха, этажности; для промышленных зданий, в зависимости от
назначения здания, объема здания.
Эталонная удельная тепловая характеристика определяется
q0=1,161+2d)АНС+АЗД/V
где d – доля остекления стен
d= АОК/ АНС
АНС, АЗД – площадь наружных стен и здания в плане.
Результаты, полученные по этой формуле в 2 раза больше расчетной qРАСЧ q0t, так как учитывается только
объемно-планировочное решение.
Формула Ермолаева
q0=1,08P/SКнс+d(Кок-Кнс)+1/Н(0,9Кпт+0,6Кпл)
1,08 – бесполезные потери теплоты.
Способы повышения эффективности тепловой защиты здания производится путем усиления теплозащиты
стен и окон.
Удельная тепловая характеристика зависит от назначения здания, этажности, формы здания, доли
остекленности, района постройки, теплозащиты наружных ограждений.
Для приближенного расчета теплопотерь здания используют удельную тепловую характеристику
QЗД= q0t V(tП-tН)
QЗД, определенная по формуле, дает погрешность, так как учитывает потери тепла только через
ограждающие конструкции.
Для определения расчетной отопительной нагрузки QОТ взамен удельной тепловой характеристики
необходимо использовать
q0Т=( q0ГР+ qИ- qТЕХ)
где  - коэффициент, учитывающий неизбежные потери теплоты арматурой, трубопроводами в системе
отопления.
Установочная тепловая мощность системы отопления составляет
QОТ= 1,07qот V(tП-tН).
16 Тепловой баланс помещения. Определение отопительной нагрузки зданий
Системы отопления предназначены для создания в помещениях зданий температурной обстановки,
соответствующей комфортной для человека и отвечающей требованиям технологического процесса.
Выделяемая человеческим организмом теплота должна быть отдана окружающей среде так, чтобы человек
не испытывал при этом ощущений холода или перегрева. Наряду с затратами на испарение с поверхности
кожи и легких, теплота отдается с поверхности тела посредством конвекции и излучением. Интенсивность
теплоотдачи конвекцией определяется температурой и подвижностью окружающего воздуха, а посредством
лучеиспускания – температурой поверхностей ограждений, обращенных в помещение. Температурная
обстановка в помещении зависит от тепловой мощности системы отопления, а так же расположения
обогревающих устройств, теплозащитных свойств наружных ограждений, интенсивности других
источников поступления и потерь теплоты. В холодное время года помещение теряет теплоту через
наружные ограждения. Теплота расходуется на нагрев наружного воздуха, который проникает в помещение
через неплотности ограждений, а так же на нагрев материалов, транспортных средств, изделий, одежды,
которые холодными попадают с улицы в помещение.
Системой вентиляции в помещение может подаваться воздух с более низкой температурой по сравнению с
воздухом помещения.
В установившемся режиме потери равны поступлениям теплоты. Теплота поступает в помещение от
технологического оборудования, источников искусственного освещения, от нагретых материалов, в
результате прямого попадания через оконные проемы солнечных лучей, от людей.
Сведением всех составляющих поступлений и расхода теплоты в тепловом балансе помещения определяется
дефицит или избыток теплоты. Дефицит теплоты Q указывает на необходимость устройства в помещении
отопления, избыток теплоты ассимилируется вентиляцией. Для определения тепловой мощности системы
отопления составляют баланс часовых расходов теплоты для расчетного зимнего периода в виде
QОТ=Q= QОГР+ QВЕН QТ-Б
Баланс составляется для условий, когда возникает наибольший при заданном коэффициенте обеспеченности
дефицит теплоты. Тепловой баланс составляют для стационарных условий. Нестационарность процесса,
теплоустойчивость помещений (свойства помещения поддерживать относительно постоянную внутреннюю
температуру при периодических тепловых воздействиях помещения), периодичность работы в системе
отопления учитывают специальными расчетами на основе теории теплоустойчивости.
17 Конструктивные элементы системы отопления
Трубопроводы. Для пропуска теплоносителя могут использоваться металлические (стальные, медные,
свинцовые) и неметаллические (пластмассовые, стеклянные) трубопроводы. Преимущественно применяют
стальные шовные трубы. Бесшовные трубы устанавливают в местах, недоступных для ремонта.
Из стальных шовных труб используются неоцинкованные (воздушные и дренажные линии выполняют из
оцинкованных труб) водогазопроводные трубы (ГОСТ 3262-75*) обыкновенные, усиленные и легкие
DУ=10,20,25,30,32,40,50мм и стальные электросварные (ГОСТ 10704-76*), если диаметр50мм, применяются
в основном для магистральных теплопроводов. Стальные трубы выдерживают большое гидростатическое
давление (не менее 1МПа), что гораздо выше, чем для отопительных приборов. Предельное
гидростатическое давление в С.О. устанавливают на рабочее давление, на которое рассчитаны не трубы, а
другие элементы с.о., менее прочные.
Стояк размещается у наружных стен. В угловых помещениях их следует устанавливать в углах,
образованных наружными стенами, чтобы предохранить стены от сырости и промерзания. Длина подводки
или сцепки не должна превышать 1,25-1,5 м, уклон подводки – 5-10мм на всю ее длину (при длине до 0,5 м
допускается прокладка подводки без уклона). Подводки могут быть прямыми или с отступом (с уткой).
В гражданском здании шириной более 9м предусматривают прокладку магистралей, обеспечивающую
разделение системы отопления на две пофасадные части. При размещении магистралей предусматривают
свободный доступ к ним для осмотра, а также уклон 0,003 (минимальный 0,002) и компенсацию теплового
удлинения труб.
При конструировании системы необходимо учитывать правила производства монтажных работ. Следует
выдерживать расстояние 80мм между осями двухтрубных неизолированных стояков DУ32мм, при этом
подающие трубы располагать справа. Расстояние от поверхности строительной конструкции до оси
неизолированных стояков или горизонтальных труб принимать: 35мм при DУ32мм, 50мм при DУ32мм.
Запорно-регулирующая арматура. На подводках к отопительным приборам устанавливают: при
однотрубных стояках – регулирующие краны, имеющие пониженный коэффициент местного сопротивления
(ручные краны – проходные КРП и трехходовые КРТ, автоматические краны); при двухтрубных стояках –
регулирующие краны (для пуско-наладочного и эксплуатационного регулирования), имеющие повышенный
коэффициент местного сопротивления (ручные краны двойного регулирования КРД, краны КРП с
дросселирующим устройством, автоматические краны). При теплоносителе - высокотемпературной воде
необходимо применять регулирующие краны вентильного типа.
Регулирующие краны у отопительных приборов не устанавливают в местах, где может замерзать
циркулирующая вода, - это относится к приборам при входе в лестничные клетки.
При высокой температуре воды вместо проходных кранов применяют вентили, а тройники с пробками
заменяют спускными кранами со штуцерами для присоединения гибких шлангов. В зданиях, имеющих
восемь и более этажей, установка спускных кранов обязательна; проходные краны заменяют вентилями
также и при гидростатическом давлении, превышающем 0,6МПа.
Фасонные части. Трубы электросварные соединяются посредством сварки и с помощью фланцев.
Водогазопроводные трубы отличаются более толстыми стенками и наличием на их концах резьбы. Для
соединения водогазопроводных труб, изменения их направления или диаметра применяют соединительные
части (муфты, тройники, крестовины, футорки). В тех участках теплопровода, в которых может возникнуть
необходимость в его разборке, предусматривают разъемное соединение (сгон), представляющее собой кусок
трубы длиной 100 или 300мм с короткой и длинной резьбой на концах, с навернутой муфтой и контргайкой
(рис.7.10 Тихомиров)
Воздухосборники и воздухоотводчики. При подпитке водопроводной водой (рис 10.1а) в систему может
вносится свыше 30г/т растворенного (абсорбированного) воздуха; при подпитке деаэрированной
теплофикационной водой – менее 0,1 г/т. Растворенный воздух переходит в свободное состояние при
повышенной температуре и пониженном давлении воды, т.е. в верхней части подающих теплопроводов
системы.
Перемещение и сбор свободного воздуха связаны со скоростью витания и всплывания воздушных
пузырьков. Скорость витания пузырьков воздуха составляет: в вертикальных трубах 0,2-0,25м/с, в
наклонных и горизонтальных трубах 0,1-0,15м/с. Скорость их всплывания не превышает скорости витания.
В насосной системе с верхней разводкой (рис.10.7а) для перемещения пузырьков воздуха к
воздухосборникам уклон магистралей рекомендуется делать против направления движения воды
(рис.10.15а). Так же делается уклон обратных магистралей и в насосной системе с опрокинутой циркуляцией
воды (рис 10.7в) для перемещения воздушных скоплений к центральному воздухосборнику или
расширительному баку, помещаемому над главным обратным стояком (рис. 10.15б).
Минимальный внутренний диаметр dВ, мм, проточного воздухосборника (dВ должен превышать диаметр
примыкающей магистрали в 2 раза) определяют по формуле
dВ=2G0,5,
где G – расход воды в воздухосборнике, кг/ч.
Длина горизонтальных воздухосборников должна в 2-2,5 раза превышать их диаметр.
В стояках насосной однотрубной системы с нижней разводкой (рис. 10.7б) рекомендуется скорость
движения воды не менее 0,25-0,3м/с для уноса пузырьков воздуха. Воздушные краны, устанавливаемые на
отопительных приборах, предназначены для использования при проведении пуско-наладочных и ремонтных
работ. В двухтрубной системе с нижней разводкой для сбора воздуха используются отопительные приборы
на верхнем этаже или воздушные трубы (рис.10.9). Воздушные трубы стояков объединяются воздушной
линией – горизонтальной оцинкованной трубой DУ 15мм, с одной воздушной петлей h=500мм, которая
соединяется с вертикальным непроточным воздухосборником (рис. 10.16а) или с трубами открытого
расширительного бака (рис. 10.16б).
Воздух, скопившийся в воздухосборниках, выпускают в атмосферу вручную через спускные краны или
через автоматические воздухоотводчики.
18 Оборудование абонентских вводов
Сначала в выбранном помещении теплового пункта определяются места установки основного оборудования
(распределительного и сборного коллекторов, водоводяного теплообменника с.о., группы циркуляционных
насосов).
Различают независимую и зависимую схемы присоединения с.в.о. к наружным теплопроводам.
Принципиальная схема местного теплового пункта при независимом присоединении системы насосного
водяного отопления к наружным теплопроводам (рис.6.9 Богословский). Воду для заполнения системы
забирают из обратного теплопровода. Независимую схему применяют тогда, когда в системе не допускается
повышение гидростатического давления до давления, под которым находится вода в наружном обратном
теплопроводе.
Для нагревания воды до температуры tГ служит теплообменник. В настоящее время применяют
теплообменники скоростного типа. Греющая вода из наружного теплопровода пропускается по латунным
трубкам, нагреваемая из системы отопления – противотоком в межтрубном пространстве.
Объем воды в процессе эксплуатации системы претерпевает изменения: при повышении температуры воды
он увеличивается, при понижении – уменьшается. Изменяется соответственно внутреннее гидростатическое
давление. Эти изменения не должны отражаться на работоспособности с.о., поэтому в с.в.о вводится
дополнительный элемент – расширительный бак. Основное назначение расширительного бака – прием
прироста воды в системе, при этом в системе поддерживается определенное гидростатическое давление.
Так же бак предназначен для восполнения убыли объема воды при небольшой утечки и при понижении ее
температуры, для сигнализации об уровне воды в системе и управления действием подпиточных приборов.
Открытый бак может служить воздухоотделителем и воздухоотводчиком.
Принципиальная схема местного теплового пункта при зависимом присоединении с.в.о. к наружным
теплопроводам со смешением воды при помощи водоструйного элеватора (рис.6.10). Смесительную
установку (смесительный насос или водоструйный элеватор) применяют в с.о. для понижения температуры
воды, поступающей из наружного подающего теплопровода, до температуры, допустимой в с.о.
Смесительную установку используют также для местного качественного регулирования теплопередачи
отопительных приборов системы, дополняющего центральное регулирование на тепловой станции. Поток
охлажденной воды, возвращающейся из местной с.о., делится на два: первый – направляется к точке
смешения, второй – в наружный обратный теплопровод. Соотношение масс двух смешиваемых потоков
воды – охлажденной и высокотемпературной называют коэффициентом смешения.
Смесительный насос можно включать в перемычку Б-А между обратной и подающей магистралями и в
обратную или подающую магистраль (рис. 6.16). Насос на перемычке, обеспечивая смешение, не влияет на
величину циркуляционного давления для местной с.о., которая определяется разностью давления в
наружных теплопроводах. Смесительный насос включают непосредственно в магистрали с.о., когда
разность давления в наружных теплопроводах недостаточна для нормальной циркуляции воды в системе.
Насос при этом, обеспечивая помимо смешения необходимую циркуляцию воды, становится
циркуляционно-смесительным. А насос, включаемый в подающую магистраль, предназначают не только для
смешения и циркуляции, но и для подъема воды в верхнюю часть системы, и смесительный насос
становится циркуляционно-повысительным. Смесительных насосов устанавливают два с параллельным
включением в теплопровод, действует один, а другой – резервный.
Водоструйный элеватор получил распространение как дешевый, простой и надежный в эксплуатации
аппарат. Он сконструирован так, что подсасывает охлажденную воду для смешения с высокотемпературной
водой и передает часть давления, создаваемого сетевым насосом на тепловой станции, в с.о. для обеспечения
циркуляции воды. Схема элеватора (рис.6.18). Недостатки: низкий КПД, прекращение циркуляции воды в
с.о. при аварии в наружной тепловой сети, что ускоряет охлаждение отапливаемых помещений и замерзание
воды в системе; постоянство коэффициента смешения, исключающее местное качественное регулирование с.о.
Насос, действующий в замкнутых кольцах с.о., заполненных водой, воду не поднимает, а только перемещает
ее, создавая циркуляцию, называется циркуляционным.
В процессах заполнения и возмещения потери (утечки) воды в с.о. циркуляционный насос не участвует;
заполнение происходит под воздействием давления в наружных теплопроводах, водопроводе или, если этого
давления недостаточно, с помощью специального подпиточного насоса. Циркуляционный насос включают в
обратную магистраль с.о. для увеличения срока службы деталей, взаимодействующих с горячей водой. При
необходимости несколько понизить гидростатическое давление в теплообменнике или котле насос может
быть включен и в подающую магистраль с.о., если его конструкция рассчитана на перемещение более
горячей воды.
19 Виды отопительных приборов. Классификация, характеристики, размещение в помещениях.
Отопительные приборы – один из основных элементов с.о. – предназначены для теплопередачи от
теплоносителя в обогреваемые помещения.
Теплопотребность помещения QП должна компенсироваться теплоотдачей отопительного прибора QПР и
нагретых труб QТР
QП= QПР+ QТР.
Эта суммарная теплопередача в помещение, необходимая для поддержания заданной температуры, в с.о.
называется тепловой нагрузкой отопительного прибора.
В тепловую нагрузку не входят дополнительные теплопотери QДОП (рис.4.1), обусловленные прогреванием
ограждающей конструкции в месте установки отопительного прибора. Следовательно, от теплоносителя в
помещение должен передаваться тепловой поток QТ, превышающий расчетную теплопотребность QП на
величину дополнительных теплопотерь QДОП
QТ= QП+ QДОП.
Каждый отопительный прибор должен иметь определенную площадь нагревательной поверхности А ПР,
рассчитываемую в соответствии с требуемой теплоотдачей прибора. Для обеспечения необходимой
теплоотдачи в прибор должно поступать также определенное количество теплоносителя в единицу времени
G, кг/с (кг/ч), называемое расходом теплоносителя.
Расход теплоносителя – воды, при котором теплопередача в помещение сопровождается понижением его
температуры, определяют по формуле
GВОД= QТ/с(tВХ-tВЫХ).
Расход теплоносителя – насыщенного пара, при котором теплота в отопительном приборе выделяется при
фазовом превращении (конденсация пара со свободным отводом конденсата из прибора) определяется
GПАР= QТ/r.
Где с – удельная массовая теплоемкость воды, равная 4187 Дж/(кг0С),
tВХ, tВЫХ – температура воды при входе в помещение и выходе из него,
r – удельная теплота конденсации при определенном давлении пара в приборе, Дж/кг.
Все отопительные приборы по преобладающему способу теплоотдачи делятся на три группы.
1 – радиационные приборы, передающие излучением не менее 50% общего теплового потока; к первой
группе относятся потолочные отопительные панели и излучатели;
2 – конвективно-радиационные приборы, передающие конвекцией от 50 до 75% общего теплового потока;
вторая группа включает радиаторы секционные и панельные, гладкотрубные приборы, напольные
отопительные панели;
3 – конвективные приборы, передающие конвекцией не менее 75% общего теплового потока; к третьей
группе принадлежат конвекторы и ребристые трубы.
В эти три группы входят отопительные приборы пяти основных видов: радиаторы секционные и панельные,
гладкотрубные приборы, конвекторы, ребристые трубы (имеют ребристую поверхность). К приборам с
ребристой внешней поверхностью относятся калориферы, применяемые для нагревания воздуха в системах
воздушного отопления и вентиляции.
По используемому материалу различают металлические, комбинированные и неметаллические
отопительные приборы. Металлические выполняют из серого чугуна и стали (листовой стали и стальных
труб), применяют медные трубы, листовой и литой алюминий.
В комбинированных приборах используют теплопроводный материал (бетон, керамику), в который
заделывают стальные или чугунные греющие элементы (панельные радиаторы); оребренные металлические
трубы помещают в неметаллический (асбестоцементный )кожух (конвектор).
К неметаллическим приборам относят бетонные панельные радиаторы, потолочные и напольные панели с
заделанными пластмассовыми греющими трубами или с пустотами вообще без труб, а также керамические,
пластмассовые радиаторы.
По высоте вертикальные отопительные приборы подразделяются на высокие (высотой более650мм),
средние (более 400 до 650мм) и низкие (более200 до 400мм).
По глубине в установке (с учетом расстояния от прибора до стены) имеются приборы малой глубины (до
120мм), средней глубины (более 120 до 200мм) и большой глубины (более 200мм).
По величине тепловой инерции можно выделить приборы малой и большой инерции. К приборам малой
тепловой инерции относят приборы, имеющие небольшую массу материала и вмещаемой воды
(конвекторы). Приборами, обладающими большой тепловой инерцией, считают массивные приборы,
вмещающие значительное количество воды (бетонные, чугунные радиаторы).
Размещение вертикального отопительного прибора в помещении возможно как у наружной, так и у
внутренней стены (рис.4.8). Установка прибора у внутренней стены помещения целесообразна на первый
взгляд – сокращается длина труб, увеличивается теплопередача такого прибора в помещение. Но подобное
размещение прибора допустима лишь в южных районах с короткой и теплой зимой, так как оно
сопровождается неблагоприятным для здоровья людей движением воздуха с пониженной температурой у
пола помещений.
В средней полосе и северных районах целесообразно устанавливать отопительный прибор вдоль наружной
стены и под окном. При таком размещении прибора возрастает температура внутренней поверхности в
нижней части наружной стены и окна, что повышает тепловой комфорт помещения. Поток теплого воздуха
при расположении прибора под окном препятствует образованию ниспадающего потока холодного воздуха,
если нет подоконника (рис. 4.9)
Вертикальный прибор следует размещать возможно ближе к полу помещения (но не ближе 60мм от пола).
При значительном подъеме прибора над полом в помещении создается охлажденная зона. Чем ниже и
длиннее сам по себе прибор, тем ровнее температура помещения и лучше прогревается его рабочая зона.
Высокий и относительно короткий отопительный прибор вызывает активный подъем струи теплого воздуха,
что приводит к перегреванию верхней зоны помещения и опусканию охлажденного воздуха по обеим
сторонам такого прибора в рабочую зону.
В лестничных клетках целесообразно располагать отопительные приборы в нижней их части, рядом с
входными дверями. Установка отопительного прибора во входном тамбуре с наружной дверью
нежелательна во избежание замерзания воды в нем или в отводной трубе в том случае, если наружная дверь
длительное время остается открытой. Все отопительные приборы располагают так, чтобы были обеспечены
их осмотр, очистка и ремонт.
Тепловой поток от теплоносителя – воды или пара – передается в помещение через стенку отопительного
прибора. Интенсивность теплопередачи характеризуют коэффициентом теплопередачи Кпр, который
выражает плотность теплового потока на внешней поверхности стенки, отнесенного к разности температуры
теплоносителя и воздуха, разделенных стенкой.
Кпр=1/RПР. Величина RПР слагается из сопротивления теплообмену RВ на внутренней поверхности стенки
прибора, термического сопротивления стенки RСТ и сопротивления теплообмену RН на внешней
поверхности прибора АПР
RПР= RВ+ RСТ+ RН.
Процесс теплопереноса от теплоносителя в помещение осуществляется: от теплоносителя к стенки прибора
– конвекцией и теплопроводностью, через стенку – теплопроводностью, от стенки в помещение –
конвекцией, радиацией и теплопроводностью. Для увеличения теплового потока необходимо развивать
внешнюю поверхность отопительного прибора. В приборах это выполняют созданием специальных
выступов, приливов и оребрения. Однако при этом уменьшается коэффициент теплопередачи.
Основными факторами, определяющими величину Кпр, являются: 1) вид и конструктивные особенности,
приданные типу прибора при его разработке, 2) температурный напор.
Вид отопительного прибора позволяет заранее судить о возможной величине коэффициента теплопередачи.
Для гладкотрубных приборов характерны сравнительно высокие, для секционных радиаторов – средние, для
конвекторов, ребристых труб – низкие значения коэффициента теплопередачи. Кпр изменяется в
зависимости от конструктивных особенностей прибора. Для гладкотрубных приборов Кпр уменьшается при
увеличении диаметра и числа параллельных труб. Для бетонных отопительных панелей Кпр зависит от их
положения (горизонтального или вертикального) в помещении и уменьшается по мере увеличения высоты и
длины приборов. Уменьшение Кпр ребристых труб по сравнению с гладкостенными приборами объясняется
падением температуры поверхности по длине ребра и взаимным экранированием поверхности смежных
ребер, обращенных друг к другу, Кпр уменьшается также с увеличением числа ребристых труб,
помещенных одна над другой. У секционных радиаторов по тем же причинам на величину Кпр влияют
форма и число колонок в секции.
Вторым основным фактором, определяющим величину Кпр является температурный напор t, разность
температуры теплоносителя tТ и температуры окружающего прибор воздуха tВ
t= tТ- tВ.
Наибольшему температурному напору соответствует наивысшее значение Кпр.
Для теплоносителя - пара Кпр=mtНn,
Для теплоносителя - воды Кпр=mtСРn GР,
Где m, n, p – экспериментальные числовые показатели, выражающие влияние конструктивных и
гидравлических особенностей прибора на его Кпр,
tН – разность температуры при теплоносителе паре tН= tНАС- tВ,
tСР= tСР- tВ=0,5(tВХ+ tВЫХ)- tВ,
G – относительный расход воды в приборе, связывающий изменение Кпр с гидравлическим режимом в
приборе и степенью равномерности температурного поля на внешней поверхности прибора G=GПР/360.
Среди второстепенных факторов, влияющих на Кпр можно выделить расход воды GПР. В зависимости от
расхода воды изменяются скорость движения и режим течения воды в приборе, т.е. условия теплообмена на
его внутренней поверхности. Кроме того, изменяется равномерность температурного поля на внешней
поверхности прибора.
На равномерность температурного поля на внешней поверхности отопительных приборов отражается
направление движения воды внутри прибора, связанное с местами ее подвода и отведения, т.е. способ
соединения приборов с теплопроводами (рис. 4.17). При схеме присоединения сверху-вниз Кпр будет выше,
чем при движении воды снизу-вниз и особенно снизу-вверх.
На Кпр влияют следующие второстепенные факторы: а) скорость движения воздуха у внешней поверхности
прибора. При установке прибора у внутреннего ограждения Кпр повышается за счет усиления циркуляции
воздуха в помещении, Кпр повышается при увеличении высоты кожуха конвекторов; б)конструкция
ограждения прибора, Кпр уменьшается при переносе свободно установленного прибора в нишу стены; в)
окраска прибора, окраска цинковыми белилами повышает теплопредачу чугунного секционного радиатора
на 2,2%, нанесение алюминиевой краски уменьшает ее на 8,5%; г) расчетное значение атмосферного
давления, установленное для места расположения здания. При пониженном давлении по сравнению с
номинальным (1013,3гПа) Кпр так же понижается вследствие уменьшения плотности воздуха.
В зависимости от значения коэффициента теплопередачи и размеров отопительного прибора изменяется его
общий тепловой поток. Величина общего теплового потока обусловлена его поверхностной плотностью, т.е.
значением удельного теплового потока, передаваемого от теплоносителя через 1 м 2 площади прибора в
окружающую среду.
При теплоносителе паре qПР=КпрtН = (mtНn) tН.
При теплоносителе воде qПР=КпрtСР = (mtСРn GР) tСР.
tСР= tСР- tВ.
Для однотрубных с.в.о. tСР= tВХ – 0,5tПР= tВХ –(0,5Qпр12)/сGпр,
Где Qпр – тепловая мощность отопительного прибора,
1 – поправочный коэффициент, учитывающий теплопередачу через дополнительную площадь (сверх
расчетной) приборов, принятых к установке,
2 – поправочный коэффициент, учитывающие дополнительные теплопотери вследствие размещения
отопительных приборов у наружных ограждений.
В двухтрубных системах водяного отопления tСР = 0,5(tВХ + tВЫХ).
20 Гидравлический расчет систем водяного отопления
Задачи гидравлического расчета: 1) подобрать диаметр так, чтобы передать каждому прибору расчетное
количество теплоты, 2) гидравлический расчет выполняется при заданной располагаемой разности давления
Рр, которое может быть израсходовано в расчетных условиях на преодоление сопротивления движения
воды в с.о.
Основное циркуляционное кольцо – это кольцо, в насосной вертикальной однотрубной системе, через
наиболее нагруженный стояк из удаленных от теплового пункта при тупиковом движении воды или через
наиболее нагруженный из средних стояков при попутном движении воды в магистралях. В насосной
двухтрубной системе – это кольцо через нижний отопительный прибор аналогично выбранных стояков.
В системе отопления расчетное давление для создания циркуляции воды Рр определяется по формуле:
Рр=Рн+Ре или Рр=Рн+Б(Репр+(Ретр),
где Б – поправочный коэффициент, учитывающий значение естественного циркуляционного давления, для
однотрубной вертикальной – 1; для двухтрубной – 0,4…0,5;
Рн – давление, создаваемое циркуляционным насосом для обеспечения необходимого расхода воды в
системе;
Ре – естественное циркуляционное давление;
Репр - естественное циркуляционное давление, возникающее в расчетном кольце системы вследствие
охлаждения воды в отопительных приборах;
Ретр - естественное циркуляционное давление, возникающее в расчетном кольце системы вследствие
охлаждения воды в трубах.
Гидравлический расчет системы выполняют двумя основными способами:
1 – по характеристикам гидравлического сопротивления (исходя из выбранного диаметра труб, когда
определяется расход воды в них),
2 – по удельным линейным потерям (исходя из принятого расхода воды в трубах, когда подбирается их
диаметр).
1 метод. Данный метод устанавливает перераспределение потоков воды в ц.к. системы, в результате получая
неравные, переменные перепады температуры воды в стояках или ветвях (допустимое отклонение от tС
70С при tС до 450С). Ограничивается минимальная температура воды, уходящей из стояков и ветвей
tОСТ600С.
Методика расчета:
1 Определяется диаметр на участках с учетом ДОП и конструктивных особенностей.
Р=(/dl+)(2)/2,
где Р – падение гидростатического давления вследствие линейной потери при трении потока воды о стенки
трубы и вследствие местных сопротивлений из-за деформации потока в фасонных частях и арматуре;
 - коэффициент гидравлического трения;
d – внутренний диаметр;
 - сумма коэффициентов местного сопротивления.
(2)/2=16G2/2 d42(3600)22=6,210-8 G2/ d4,
А=6,210-8 / d4,
Р=А(/dl+) G2,
РУЧ= SУЧ G2УЧ
SУЧ= АУЧ(/dLУЧ +Уч) – формула, учитывающая потери давления на трение и местное сопротивление.
Где А – удельное гидродинамическое давление на участке, возникающее при расходе воды равном 1кг/ч,
Па/(кг/ч)2,
S – характеристика гидравлического сопротивления участка, выражающая потери давления на участке при
единичном расходе воды, Па/(кг/ч)2.
Потери давления могут быть определены исходя из проводимости участка
S=1/2 , тогда Р= G2/2,
Где  - проводимость участка, показывающая расход воды при единичной потери давления на участке,
кг/(чПа0,5).
При соединении отдельных участков в циркуляционное кольцо общая характеристика сопротивления:
А) при последовательном соединении N участков
SОБЩ= Si, Б) при параллельном соединении N участков (образующих трубный или приборный узел между
общими точками деления и слияния потоков)
SУЗ=1/(УЧ)2.
Характеристика стояка SСТ= Si+ SУЗ.
В сложные узлы могут объединяться параллельно соединенные и стояки и ветви системы для получения SС
– характеристика сопротивления системы
Расчетная разность давления с.о. РСО= (SG)2С, сравнивается с располагаемой разностью давления РР, по
неравенству 1,1РСОРР.
Такой гидравлический расчет применяют при повышенной скорости движения воды в системе, когда
возможно использование постоянных значений коэффициентов  и . В результате расчета определяются
действительные значения расхода и температуры воды в ветвях, стояках и приборах с.о.
2 метод. По удельной линейной потери давления, когда подбирают диаметр труб при равных перепадах
температуры воды во всех стояках и ветвях tСТ, такие же как расчетный перепад температуры воды во всей
системе tС
tСТ=tС, причем tС=tГ-tО.
Предварительно вычисляют расходы на каждом участке по формуле
GУЧ=QУЧ12/c(tГ-tО),
Где 1, 2 – поправочные коэффициенты, учитывающие дополнительную теплоотдачу в помещения.
Расчет начинают с основного циркуляционного кольца системы, в котором установлено наименьшее
значение Р1 – отношение расчетного циркуляционного давления РР к длине кольца  L
Р1=РР/ L.
При подборе диаметра труб в циркуляционном кольце исходят из принятого расхода воды и среднего
ориентировочного значения удельной линейной потери давления Rср
Rср=(1-к) РР L,
Где к – коэффициент, учитывающий долю местных потерь давления в системе,
L – общая длина последовательных участков, составляющих расчетное циркуляционное кольцо.
Р=(/d L +)(2)/2 РТР=/d  L  (2)/2=R L – потери давления на трение.
РМС=  (2)/2=Z – потери давления на местные сопротивления.
В результате расчета потери давления в основном циркуляционном кольце, состоящем из N
последовательных участков должны составлять
(RL+Z)0,9РР, т.е. должны быть меньше РР приблизительно на 10% (запас).
Расчет второстепенных циркуляционных колец системы проводят исходя из расчета основного кольца. В
каждом новом кольце рассчитывают только дополнительные (не общие) участки, параллельно соединенные
с участками основного кольца
(RL+Z)ДОП=РР.ДОП,
где РР.ДОП – располагаемое циркуляционное давление для расчета дополнительных не общих участков.
Это давление принимают равным потерям давления на параллельно соединенных с ними участках,
входящих в основное кольцо:
двухтрубной системы
РР.ДОП=(RL+Z)ОСН
однотрубной системы
РР.ДОП=(RL+Z)ОСН+(РЕ. .ДОП-РЕ. ОСН)
с поправкой на разность естественных циркуляционных давлений в рассчитываемом и основном кольцах.
Расхождение (невязка) в расчетных потерях давления параллельно соединенных участках допустимо при
тупиковом движении воды в магистралях до 15%, при попутном движении 5%.
Гидравлический расчет по этому способу раскрывает физическую картину распределение сопротивлений в
системе, но выполняется с невязками потерь давления в смежных циркуляционных кольцах. Поэтому на
практике после окончания строительно-монтажных работ требуется проводить пусконаладочное
регулирование во избежание нарушения расчетного распределения воды по приборам.
21 Системы воздушного отопления
Циркулирующий нагретый воздух охлаждается, передавая теплоту при смешении с воздухом обогреваемых
помещений. Охлажденный воздух возвращается в тепловой центр.
Классификация воздушной системы отопления
1 По способу создания циркуляции воздуха:
а) с естественной циркуляцией (гравитационное) – при различной плотности нагретого и окружного воздуха
в вертикальных частях возникает естественное движение воздуха,
б) с механическим побуждением движения воздуха – при применении вентилятора в системе создается
вынужденное движение воздуха.
2 По расположению нагревательной установки
а) местная система – воздух нагревается в отопительной установке, в теплообменнике (калорифере),
установленном в нагреваемом помещении,
б) центральная система – канальная, воздух нагревается до необходимой температуры в тепловом центре
здания и выпускается в помещения через воздухораспределители.
Местная система воздушного отопления. Чисто отопительная система с полной рециркуляцией
теплоносителя воздуха может быть бесканальной (рис. 10.1а) и канальной (рис. 10.1б). При бесканальной
системе внутренний воздух, имеющий температуру tв, нагревается первичным теплоносителем в калорифере
до температуры tг и перемещается вентилятором. Наличие вертикального канала для горячего воздуха
вызывает естественную циркуляцию внутреннего воздуха через помещение и калорифер. Эти две схемы
применяют для местного воздушного отопления помещений, не нуждающихся в искусственной приточной
вентиляции.
Рис. 10.1. Принципиальные схемы местной системы воздушного отопления: а, б - полностью
рециркуляционные; в - частично рециркуляционная; г - прямоточная; 1 - отопительный агрегат; 2 - рабочая
(обслуживаемая) зона; 3 - канал с нагретым воздухом; 4 - теплообменник (калорифер); 5 - наружный воздухозабор; 6 рециркулирующий воздух; 7 - вытяжная вентиляция
Для местного воздушного отопления помещения одновременно с его приточно-вытяжной вентиляцией используют две другие
схемы (рис. 10.1в,г). По схеме на рис.10.1в с частичной рециркуляцией часть воздуха забирается снаружи, другая часть
внутреннего воздуха подмешивается к наружному. Смешанный воздух догревается в калорифере и подается вентилятором в
помещение. Помещение обогревается всем поступающим в него воздухом, а вентилируется только той его часть, которая
забирается снаружи. Эта часть воздуха удаляется из помещения в атмосферу.
Схема на рис.10.1г – прямоточная: наружный воздух в количестве, необходимом для вентиляции помещения, дополнительно
нагревается для отопления, а после охлаждения до температуры помещения удаляется в таком же количестве в атмосферу.
Центральная система воздушного отопления – канальная. Принципиальные схемы приведены на рис. 10.2.
Рис. 10.2. Принципиальные схемы центральной системы воздушного отопления: а - полностью
рециркуляционная; б - частично рециркуляционная; в - прямоточная; г - рекуперативная; 1 - теплообменник
(калорифер); 2 - канал (воздуховод) с нагретым воздухом и воздухораспределителем на конце; 3 - канал
(воздуховод) системы вытяжной вентиляции; 4 - вентилятор; 5 - наружный воздухозабор с каналом
(воздуховодом); 6 - воздухо-воздушный теплообменник; 7 - рабочая (обслуживаемая) зона
В схеме на рис. 10.2а нагретый воздух по специальным каналам распределяется по помещениям, а
охладившийся воздух по другим каналам возвращается для повторного нагревания в теплообменнике.
Совершается полная рециркуляция воздуха без вентиляции помещения. Теплопередача в калорифере
соответствует теплопотерям помещения, схема – отопительная.
Схема на рис. 10.2б с частичной рециркуляцией по действию не отличается от схемы на рис. 10.1в. На рис.
10.2в изображена прямоточная схема центральной системы воздушного отопления.
В схемах на рис. 10.1а,б и 10.2а теплозатраты на нагревание определяются только теплопотерями
помещений; в схема на рис. 10.1в и 10.2б они возрастают в результате предварительного нагревания части
воздуха от температуры наружного воздуха tн до температуры tв; в схемах на рис. 10.1г и 10.2в
теплозатраты наибольшие, так как весь воздух необходимо нагреть сначала от температуры tн до tв, а потом
перегреть до tг (тепловая энергия расходуется и на отопление, и на полную вентиляцию).
Рециркуляционная система воздушного отопления отличается меньшим первоначальными вложениями и
эксплуатационными затратами, Система может применяться, если в помещении допускается рециркуляция
воздуха, а температура поверхности нагревательных элементов соответствует требованиям гигиены,
пожаро- и взрывобезопасности этого помещения.
Система воздушного отопления с частичной рециркуляцией устраивается с механическим побуждением
движения воздуха и является наиболее гибкой. Она может действовать в различных режимах; в помещениях
помимо частичной могут осуществляться полная замена, а также полная рециркуляция воздуха. При этих
трех режимах система работает как отопительно-вентиляционная, чисто вентиляционная и чисто
отопительная. Все зависит от того, забирается ли и в каком количестве воздух снаружи и до какой
температуры нагревается воздух в калорифере.
Прямоточная система воздушного отопления отличается самыми высокими эксплуатационными
затратами. Ее применяют, когда требуется вентиляция помещений в объеме не меньше, чем объем воздуха
для отопления (например, в помещениях категории А, Б, где выделяются вещества, взрывоопасные и
пожароопасные). Для уменьшения теплозатрат в прямоточной системе при сохранении ее основного
преимущества – полной вентиляции помещений - используют схему с рекуперацией (рис. 10.2г), где
применен дополнительный воздуховоздушный теплообменник, позволяющий утилизировать часть теплоты
уходящего воздуха для нагревания наружного воздуха.
Количество аккумулированной воздухом теплоты должно быть равно Qп – максимальной теплопотребности
для поддержания в помещении расчетной tр Gотc(tГ-tВ)=Qп
Gот= Qп/с(tГ-tВ),
(1)
где с – удельная массовая теплоемкость воздуха, равная 1005Дж/(кгК),
Gот – расход нагретого воздуха, кг/с, для отопления помещения.
Объем подаваемого воздуха Lот, м3/ч, при температуре tГ нагретого воздуха
Lот= Gот /Г.
(2)
Воздухообмен Lп в помещении несколько отличается от Lот, так как определяется при температуре tВ
внутреннего воздуха
Lп= Gот /В.
(3)
Температура воздуха tГ должна быть возможно более высокой для уменьшения. В связи с этим
соответственно сокращаются размеры каналов, а так же снижается расход электроэнергии при
механическом побуждении движения воздуха.
Однако правилами гигиены устанавливается определенный верхний предел температуры – воздух не
следует нагревать выше 600С, чтобы не терял своих свойств как среда, вдыхаемая людьми. Эта температура
принимается как предельная для систем воздушного отопления помещений с постоянным или длительным
(более 2ч) пребыванием людей. Исключения: для воздушно-тепловых завес технологических проемов –
700С, для завес у наружных входных дверей – 500С.
Конкретные значения температуры воздуха при воздушном отоплении связаны со способами его подачи из
воздухораспределителей, а именно зависят от того, подается ли воздух вертикально сверху вниз, наклонно в
направлении рабочей зоны или горизонтально в верхней зоне помещения.
Если Gот GВЕНТ, то сохраняют количество и температуру отопительного воздуха, а систему выбирают
прямоточной или с частичной рециркуляцией;
Если Gот GВЕНТ, то принимают количество воздуха, потребное для вентиляции, системы делают
прямоточной, а температуру подаваемого воздуха вычисляют по формуле
tГ = tВ+ Qп/с GВЕНТ.
(4)
Количество воздуха для отопления помещения или его температуру уменьшают, если в помещении имеются
постоянные тепловыделения.
При центральной отопительно-вентиляционной системе tГ , определяемая по формуле (4) может оказаться
для каждого помещения различной. Тогда процесс состоит в следующем, во все помещения подается воздух
с одинаковой tГmin для помещения, а количество подаваемого воздуха пересчитывается по формуле (1).
После уточнения воздухообмена определяют теплозатраты на нагревание воздуха по формулам:
Для рециркуляционной системы воздушного отопления
Q=Gотc(tГ-tВ)
Для частично рециркуляционной отопительно-вентиляционной системы
Q=Gотc(tГ-tВ)+ GВЕНТc(tВ-tН)
Для прямоточной отопительно-вентиляционной системы
Q= GВЕНТc(tВ-tН)
22 Системы парового отопления
система парового отопления изобретена в Англии в середине XVIII в. Наибольшее распространение она
получила в виде системы высокого давления в первой половине XIX в. С середины XIX в. стала
применяться система низкого давления. В настоящее время систему парового отопления используют
ограничено – в основном, когда технологический процесс связан с потреблением пара.
Паровое отопление основано на передаче в помещение скрытой теплоты парообразования, выделяющейся
при конденсации насыщенного пара.
Системы низкого давления (0,005-0,02МПа) устраивают замкнутыми, а системы повышенного давления
(0,02-0,07МПа) – разомкнутыми.
Схема замкнутой двухтрубной системы низкого давления с тупиковым движением пара и конденсата
в магистралях (рис.9.2). Система проста по конструкции и удобна в эксплуатации. Перед пуском система
заполняется водой до уровня I-I. После нагревания воды до температуры кипения в котле образуется пар,
собирающийся в паросборнике. Давление пара определяет высоту h, на которую поднимается вода. При
работе системы фактическая высота столба воды несколько больше h, так как необходимо дополнительное
давление, чтобы преодолеть сопротивление движению конденсата по мокрому (целиком заполненному)
конденсатопроводу до котла. Поэтому над уровнем II-II во избежание заполнения горизонтального сухого
(частично заполненного) конденсатопровода оставляют еще не менее 0,25м. Для защиты системы от
повышенного давления пара сверх расчетного используют предохранительное устройство – гидравлический
затвор, дополненный бачком для сбора выбрасываемой паром воды и выпуска лишнего пара в атмосферу.
Рис. 9.2. Замкнутая система парового отопления низкого давления со средней разводкой: 1- котел; 2 паросборник; 3 - предохранительное устройство; 4 - сухой конденсатопровод; 5- паропровод; 6 - воздушная
труба; 7 - паровой вентиль; 8 - тройник с пробкой; 9 - мокрый конденсатопровод; Т7 и Т8 - соответственно
паропровод и конденсатопровод; в кружках -номера расчетных участков
Пар из котла поступает по паропроводам в приборы, давление пара в приборах близко к атмосферному. Распределение пара по
приборам регулируют вентилями перед приборами, контролируя полноту его конденсации в приборах при открытых отверстиях
специальных тройников 8.
При движении по паропроводу часть пара, конденсируется – в паропроводе появляется попутный конденсат. Попутный конденсат
в стояках для верхних приборов увлекается поднимающимся паром, при этом возникают щелчки, гидравлические удары. Для
ограничения указанного явления системы со средней или нижней разводкой проектируют таким образом, чтобы пар поднимался в
стояках на высоту не более двух этажей. При нижней разводке предусматривают отведение попутного конденсата через
гидравлический затвор в конце паропровода (рис.9.3а).
Малошумная работа системы обеспечивается при верхней разводке, так как попутно образующийся конденсат всюду
перемещается по уклону в направлении движения пара. Для удаления попутного конденсата, возможно присоединение стояков к
паропроводу через калачи с установкой гидравлического затвора в конце паропровода (рис. 9.3б).
Рис. 9.3. Схема системы осушки пара : а - при нижней разводке паропроводов; б - при верхней разводке паропроводов; 1 паропровод; 2 - гидравлический затвор; 3 - конденсатопровод; 4 - калач; 5 - конденсатный стояк
При прокладке сухого конденсатопровода над полом первого этажа трубу у проемов дверей и ворот опускают в подпольный
канал, изолируют, снабжают тройником с пробкой для опорожнения и прочистки и воздушной трубой Dу 15 над проемом
(рис.9.4). При мокром конденсатопроводе вверху добавляют кран для выпуска воздуха.
Схема разомкнутой двухтрубной системы с тупиковым движением пара и конденсата в магистралях (рис. 9.5). Пар после
сепарации в водоотделителе попутного конденсата, образовавшемся в наружном паропроводе, проходит через редукционный
клапан в распределительный коллектор. В редукционном клапане давление пара понижается и поддерживается на заданном
уровне. Коллектор снабжен манометром и предохранительным клапаном.
Рис. 9.5. Разомкнутая система парового отопления высокого давления со средней разводкой: 1 водоотделитель; 2 - редукционный клапан; 3 - предохранительный клапан; 4 - коллектор; 5 - паровой
вентиль; 6 - конденсатоотводчик; 7 - конденсатный бак; 8 - воздушная труба; 9 - конденсатный насос; н.о неподвижная опора
Для спокойной и надежной работы системы при высоком давлении предпочтение отдают средней и верхней
разводке с уклоном паропроводов в направлении движения пара во избежание встречного движения попутно
образующегося конденсата. На прямых участках магистралей для компенсации тепловых удлинений труб
устанавливают П-образные компенсаторы между неподвижными опорами.
На спускных трубах от водоотделителя и распределительного коллектора установлены
конденсатоотводчики. Конденсатоотводчики помещены и после каждого прибора. Вентили для полного
отключения приборов предусмотрены и на паровых, и на конденсатных подводках, так как при установке
лишь одного вентиля пар может проникать в приборы из конденсатопроводов.
Конденсат собирается в конденсатный бак. Конденсатные баки делают открытыми, сообщающиеся с
атмосферой, и закрытыми, находящимися под небольшим избыточным давлением. Открытый конденсатный
бак применяют в системе низкого давления с самотечными конденсатопроводами (повышенная коррозия
труб). В системе высокого давления в напорных конденсатопроводах появляется пар вторичного вскипания,
образующийся при кипении высокотемпературного конденсата после понижения давления в
конденсатоотводчиках. Использование открытого бака в этом случае привело бы к дополнительным
теплопотерям с паром вторичного вскипания, уходящим в атмосферу, поэтому применяют закрытый бак.
Воздух в напорных конденсатопроводах захватывается конденсатом. Водовоздушная эмульсия по трубам
попадает в закрытый бак, и там воздух отделяется от конденсата и отводится в атмосферу через воздушную
трубу.
Конденсат перекачивается насосом на тепловую станцию. Конденсатные насосы устанавливаются ниже
уровня дна конденсатного бака (на 0,4-0,5м). Это делается во избежание вскипания конденсата,
нарушающего работу насоса.
23 Электрические системы отопления
При электрическом отоплении получение теплоты связано с преобразованием электрической энергии. По
способу получения теплоты электрическое отопление может быть с прямым преобразованием
электрической энергии в тепловую и с трансформацией электричества в теплоту в тепловых насосах.
Системы электрического отопления подразделяются на местные, когда электроэнергия преобразуется в
тепловую в обогреваемых помещениях или в непосредственной близости от них, и центральные, например,
с электрокотлами. По степени использования электроэнергии для отопления различают системы с полным
покрытием отопительной нагрузки и с частичным ее покрытием (комбинированное отопление) в качестве
как фоновой (базисной), так и догревающей частей системы.
Системы электрического отопления могут работать по свободному и вынужденному (например, только
ночью) графикам.
Достоинствами систем электрического отопления являются высокие гигиенические показатели, малый
расход металла, простота монтажа при сравнительно небольших капитальных вложениях,
транспортабельность, управляемость в широких пределах с автоматизацией регулирования. Возможность
гибкого управления процессом получения теплоты позволяет создавать системы отопления, быстро
реагирующие на изменение теплопотребности помещений.
К недостаткам электрического отопления относят, в первую очередь, неэкономичное использование
топлива, высокую температуру греющих элементов, повышенную пожарную опасность, хотя в последние
годы у применяемых отопительных приборов и греющих кабелей значительно снижена опасность
возгорания. Распространение электрического отопления в стране сдерживается также ограниченным
уровнем выработки электроэнергии. Отпускная стоимость энергии высокая из-за значительных капитальных
вложений в электростанции и линии передач, потерь при транспортировании.
Целесообразность применения электрического отопления в конкретном случае определяют путем
сравнения технико-экономических показателей различных вариантов отопления здания. При сравнении
исходят из стоимости топлива или электроэнергии с учетом их транспортирования и потерь при этом,
коэффициента использования топлива, стоимости сооружения и эксплуатации систем отопления и
теплоснабжения. Принимают также во внимание возможность регулирования теплоотдачи приборов и
понижения температуры помещения в нерабочее время. Оценивают улучшение социально-гигиенических
условий при применении электроотопления. Высокая транспортабельность создает условия для
использования электрической энергии в системах отопления зданий и сооружений в труднодоступных
районах, не имеющих других источников теплоты, а отсутствие продуктов сгорания - в экологически чистых
зонах. В современных условиях сниженного потребления электроэнергии промышленностью
электроотопление довольно часто применяется в городских зданиях для дополнительного отопления в
межсезонье и при отсутствии газовых сетей в загородных коттеджах в качестве единственного источника
теплоты.
Большое распространение получили электрические воздушно-тепловые завесы в общественных зданиях.
Электрические отопительные приборы
Электрические приборы с прямым преобразованием электрической энергии в тепловую, как и обычные
отопительные приборы, подразделяют по преобладающему способу теплоотдачи на радиационные,
конвективные и радиационно-конвективные. При температуре греющей поверхности ниже 70 °С их относят
к низкотемпературным, выше 100 °С - к высокотемпературным .
Электроотопительные приборы могут быть стационарными и переносными (напольными, настольными,
настенными, потолочными); безынерционными и с аккумуляцией теплоты; нерегулируемыми и со
ступенчатым, бесступенчатым и автоматическим регулированием. В зависимости от конструкции
электрические
отопительные
приборы
называют
электроконвекторами,
электрокалориферами,
электротепловентиляторами. Выпускают также электрические печи, электрические воздушно-тепловые
завесы, подвесные панели, греющие обои, панели с греющим кабелем.
Сейчас наибольшее распространение получили напольные системы электроотопления, при которых кабель
или провод закладывается в междуэтажное перекрытие. На рис. 14.1 показаны варианты такой конструкции.
Рис. 14.1. Греющий кабель в перекрытиях зданий: а - замоноличенный; 1 - покрытие пола; 2 - стяжка
толщиной 20...30 мм; 3 - монолитный слой толщиной 40...50 мм; 4 - греющий кабель; 5 -звукотеплоизоляция; 6 - несущая железобетонная плита; 7 - воздушная прослойка толщиной 40...50 мм; 8 - лага
50х50 мм; 9 - настил пола толщиной 20 мм; 10 - монолитный слой толщиной 20 мм; 11 - воздушная прослойка
толщиной 30 мм В зданиях с бетонными перекрытиями применяют замоноличивание греющего кабеля в
конструкцию пола (рис. 14.1, а). Термическое сопротивление слоев, расположенных между кабелем и
покрытием пола, принимают и пределах 0,045...0,2 м •°С/Вт.
В зданиях с полами на лагах греющий кабель располагают в воздушной прослойке (рис. 14.1, б) для
выравнивания температуры поверхности пола. При этом менее вероятно местное перегревание кабеля. Его
укладывают на металлическую сетку таким образом, чтобы он не касался утеплителя, так как в противном
случае может произойти перегрев кабеля или изоляции.
Для интенсификации конвективного теплообмена в воздушной прослойке в углах помещения оставляют
вентиляционные отверстия, перекрытые решетками. Недостатком конструкции является перерасход кабеля
из-за уменьшения его теплоотдачи.
В зданиях с полами на лагах применяют также замоноличивание кабеля и устройство воздушной прослойки
над замоноличивающим слоем (рис. 14.1, в). Такая конструкция совмещает в себе преимущества первых
двух: увеличенную теплоотдачу и предотвращение местного перегревания кабеля.
Регулирование теплоотдачи панели электрического отопления выполняют двухпозиционно.
Для отопления производственных помещений большого объема применяют подвесные электропанели.
Для отопления отдельных помещений используют электронаrревательные печи ПЭТ.
Переносные электроотопительные приборы применяют для дополнительного отопления жилых и
общественных зданий, садовых домиков.
Распространенным электроотопительным прибором является электрокамин, который по исполнению
может быть настенным, напольным, универсальным. Нагревательные элементы бывают сосредоточенными
или линейными с температурой 750...800 ос. Выпускают электрокамины чисто функциональные,
предназначенные только для отопления, и декоративно-функциональные, являющиеся, кроме того, частью
интерьера. Для изменения направления радиационного теплового потока отражатель может поворачиваться.
В декоративно-функциональном электрокамине имитируется горение дров. Теплый воздух вращает
вертушку с прорезями, и на панель и экран падают блики света от красной лампы.
Теплоотдача электрорадиатора излучением составляет 50 % общего теплового потока. Максимальная
температура поверхности радиатора достигает 110 ос, а средняя 85...95 ос. Электрорадиаторы, как правило,
имеют термооrраничитель, отключающий прибор при достижении температуры 130 ос на корпусе.
Выносной терморегулятор, которым укомплектовано большинство электрорадиаторов, позволяет
поддерживать необходимую температуру в обогреваемом помещении.
В электроконвекторах теплоотдача осуществляется преимущественно (90 %) естественной конвекцией.
Наиболее распространенной является напольная модель. Электроконвектор мощностью 0,5...3 кВт
представляет собой корпус, внутри которого расположены нагревательные элементы спираль из сплава
высокого сопротивления (как правило, нихрома) или трубчатый электронагреватель. Температура открытой
спирали 600...900 ос, трубчатого нагревателя 450...500 ос. Температура выходящего из конвектора воздуха
не превышает температуры окружающего воздуха более чем на 85 ос. Новые конструкции конвекторов
оснащают терморегуляторами.
Электротепловентилятор- отопительный прибор с теплоотдачей при вынужденной конвекции,
создаваемой встроенным вентилятором. Мощность прибора доходит до 9 кВт, поэтому тепловентилятор
иногда называют тепловой пушкой, выбрасывающей мощную тепловую струю. Нагревательные элементы в
электротепловентиляторах такие же, как в электроконвекторах. Приборы имеют ступени регулирования
мощности и, как правило, две частоты вpaщения вентилятора. Для защиты от перегрева в цепь
нагревательных элементов включают термооrраничитель.
Выпускают также комбинированные электроприборы: электрокамины конвекторы и электрокамины
радиаторы.
Электротеплоаккумулирующие приборы потребляют электроэнергию только в периоды снижения других
электрических нагрузок. Такие приборы, выравнивающие суточное потребление электроэнергии, повышают
эффективность работы энергосистем. Общий суточный цикл работы электротеплоаккумулирующего
прибора включает в себя период "зарядки" (обычно ночной), в течение которого нагревательные элементы
подключены к электрической сети, и период "разрядки", когда нагревательные элементы от сети отключены.
Известны разнообразные комбинированные системы отопления с использованием электрической
энергии:
- центральное водяное отопление с электрокотлами;
- электровоздушное отопление с электрокалориферами;
-базовое электроотопление панелями, теплоаккумулирующими печами при догревающем водяном или
воздушном отоплении;
-догревающее отопление электрическими приборами при базовой системе воздушного или водяного
отопления. 24 Эксплуатация отопительных систем. Заполнение теплоносителем и опорожнение систем,
пусковое и эксплуатационное регулирование.
Нагревательные приборы после завершения отопительного сезона в целях уменьшения разрушения, должны
быть оставлены заполненными водой до наступления ремонтных работ. Затем, в соответствии с
разработанными мероприятиями по подготовке к зиме, приступают к ремонту оборудования с.о. При этом
с.о. в здании должна быть отключена от тепловых сетей, так как при опорожнении тепловых сетей для
ремонта не отключенная с.о. будет так же опорожнена. Простой с.о. в связи с ремонтными работами должен
быть минимальным и должен завершиться испытанием и промывкой. Отремонтированная система и
оборудование без промедления вновь должны заполняться водой, в этом случае допускается использовать
воду из системы водопровода.
Опорожнение и заполнение водой систем отопления в целом и отдельных ее участков.
Правильное наполнение системы отопления является одним из основных условий ее нормальной работы.
После окончания монтажа отопительную систему необходимо осмотреть и убедиться в том, что сварка
трубопроводов и сборка всех резьбовых соединений полностью закончена. Проверить, правильно ли
выдержаны уклоны магистральных трубопроводов и надежность крепления всех горизонтальных участков
теплопроводов. Далее при осмотре системы необходимо открыть всю установленную на трубопроводах
запорную арматуру: задвижки, вентили, краны. Перед заполнением системы отопления здания водой в
здании выставляют посты слесарей у воздушных кранов для удаления воздуха и контроля за заполнением
системы отопления водой, в индивидуальном тепловом пункте ставят слесаря для выполнения операций по
заполнению системы водой. Далее, убедившись, что арматура открыта полностью, мастер стуком по стояку
подает сигнал о начале заполнения системы отопления водой. В этот момент слесари открывают воздушные
краны на воздухосборниках, а слесарь на ИТП плавно открывает задвижку 3 (рисунок 1) на обратном
трубопроводе. Такой способ заполнения системы водой дает условия для беспрепятственного выхода
воздуха из нее. Однотрубную систему отопления следует заполнять очень медленно, причем делают частые
перерывы закрытием задвижки 3 на 1-2 минуты. После удаления воздуха из системы воздушные краны
закрывают, а в ИТП через стояк передают сигнал об окончании заполнения системы отопления водой. После
подачи сигнала вентиль 2 на перемычке 5, установленный на теплопроводах, закрывают и приступают к
плавному открыванию задвижки 4 на подающем теплопроводе. Слесари ведут наблюдение за степенью
нагрева стояков и отопительных приборов. В период начавшейся циркуляции воды снова открывают
воздушные краны и проверяют наличие воздуха в системе отопления.
Заполнение стояка сетевой водой осуществляется в следующей последовательности: сначала закрывают
вентиль на сбросном патрубке, а затем открывают воздушный кран и вентиль 8. с этого момента стояк
начинает заполняться водой. Как только из воздушного крана начнет выходить вода, его закрывают и
следует считать, что стояк заполнен водой и в нем отсутствует воздух. Далее открывают вентиль 2.
Для отключения стояка системы отопления необходимо закрыть вентили 2 и 8, в результате чего
поступление и выход сетевой воды через стояк прекращается. После выполненных операций сетевая вода
будет сброшена из системы отопления стояка в дренаж. Если же при этом не будет открыт воздушный кран,
то сетевая вода не опорожнит стояк полностью и на каком-то уровне «зависнет» вследствие создавшегося
разряжения в верхней части стояка.
Регулирование системы отопления здания
Под регулированием с.о. понимают комплекс мероприятий, направленных на максимальное приближение
теплоотдачи ее элементов к текущей переменной теплопотребности отапливаемых помещений в течении
отопительного сезона для выдерживания расчетной температуры помещения.
Необходимость пускового регулирования объясняется тем, что в смонтированной системе может не
обеспечиваться требуемая теплоотдача нагревательных элементов.
При пуске с.в.о. устанавливают соответствие расхода и температуры теплоносителя в ИТП расчетным
показателям при данной температуре наружного воздуха. В процессе пуска указанные параметры
контролируют по показаниям контрольно-измерительных приборов.
Устойчивость работы с.в.о. в целом оценивают, по температуре воды, возвращающейся из системы.
Повышенное значение этой температуры свидетельствует о преувеличении ее суммарной теплоотдачи в
здание и перегреве отапливаемых помещений, и наоборот.
Необходимую температуру подаваемого в с.о. теплоносителя устанавливают путем изменения диаметра
сопла элеватора, расход охлажденной воды в подмешивающей перемычке при смесительном насосе
(зависимое присоединение с.о. к тепловой сети) или расхода высокотемпературной воды в теплообменнике с
помощью регулирующей арматуры (независимое присоединение).
Требуемое распределение теплоносителя осуществляют при помощи запорно-регулирующей арматуры,
установленных на стояках или отдельных ответвлениях системы. Регулирование распределения
теплоносителя в стояках двухтрубной системы проводят путем повышения потерь давления в подводках к
отопительным приборам. Потери давления повышают, регулируя степень открытия крана двойной
регулировки в с.о. малоэтажных зданий или применяя регулирующие краны с дросселирующим
устройством в с.о. многоэтажных зданий.
Эксплуатационное регулирование производят с целью обеспечения теплоотдачи в отапливаемые помещения
соответствующей теплопотребности.
В системе водяного теплоснабжения центральное регулирование осуществляют на тепловой станции по
отопительному графику, устанавливающему связь между параметрами теплоносителя и температурой
наружного воздуха.
При групповом регулировании в ЦТП появляется возможность распределять теплоту по уточненным
температурным графикам, что способствует повышению экономичности отопления.
При местном регулировании в тепловом пункте здания учитывают особенности режима его эксплуатации,
ориентацию по сторонам горизонта, действие ветра и солнечной радиации.
При индивидуальном регулировании у каждого отопительного прибора можно независимо и наиболее точно
реагировать на изменение температурной обстановки в отдельных помещениях.
Регулирование с.о. трудоемкое мероприятие, работа должна производиться при установившемся тепловом
режиме тепловых сетей, т.е. когда температура в Т1 теплопровода соответствует температуре наружного
воздуха, согласно температурного графика. Необходимо проверить фактический расход сетевой воды для
теплоснабжения здания и сопоставить его с расчетным.
Перед началом прогрева стояков и отопительных приборов, выпускается воздух из с.о. и проверяют
степень заполнения системы водой по сигнальной трубе расширительного бака. На ощупь проверяется
прогрев нижних частей стояков и отмечаются слабо и сильно нагретые стояки. На сильно нагретых – краны
прикрывают, на слабонагретых – оставляют или открывают. К концу регулирования степень прогрева
стояков должна быть одинаковой, проверку равномерности прогрева подающих стояков лучше производить
по температуре обратных стояков, степень прогрева которых должна быть одинаковой. Окончив
регулирование прогрева стояков, приступают к регулированию прогрева по этажам отопительных приборов,
на сильно нагретых приборах краны прикрывают, увеличивая циркуляцию воды в слабонагретых приборах.
Лучше прогрев отопительных приборов сравнивать на ощупь по обратной подводке, что позволяет более
точно определить, какой из нагревательных приборов перебивает работу другому. Регулирование
продолжается до тех пор, пока нагревательные приборы не начнут прогреваться равномерно.
В однотрубных проточных с.о. регулирование осуществляется изменением поверхности нагрева
отопительных приборов или установкой замыкающих участков.
Вскипание воды в с.о. возникает в тех местах, где создается давление в теплопроводах ниже атмосферного.
Таким местом в с.о. может быть участок всасывающий трубопровод сетевого насоса. Вскипание воды
вызывает парообразование, вследствие которого происходит разрыв струи, циркулируемой в с.о. Через
неплотности во всасывающем трубопроводе будет дополнительно засасываться воздух. Избежать эти
явления можно присоединением расширительного бака к обратной магистрали, перед всасывающим
трубопроводом сетевого насоса. Такое присоединение позволяет за счет столба воды в расширительном
баке, создать во всасывающем трубопроводе давление выше атмосферного.
Иногда в с.о. с искусственной циркуляцией воды, с собственной котельной, расширительный бак
присоединяется к подающей магистрали с верхней разводкой. В Т1 может произойти вскипание воды, так
как во всей линии от места присоединения расширительного бака, до места всасывания насоса, будет
создаваться разряжение. Чтобы этого избежать необходимо расширительный бак поднять на 1-2м над
уровнем прокладки подающей магистрали.
Регулирование теплоотдачи нагревательных приборов
В двухтрубных системах, как правило, вследствие влияния естественного напора перегреваются приборы
верхних этажей. В случае, если в нижних этажах перегрев отсутствует, производят снижение теплоотдачи
приборов верхних этажей путем уменьшения проходного сечения кранов двойной регулировки. При отсутствии таких кранов перед приборами устанавливают дроссельные шайбы или уменьшают их поверхность
нагрева. При перегреве приборов в верхних этажах и недогреве в нижних следует с помощью кранов
двойной регулировки уменьшить проходное сечение на верхних этажах и увеличить — в нижних этажах. При
отсутствии кранов на обратном трубопроводе между перегреваемыми и недогреваемыми этажами
устанавливают дроссельную шайбу.
При перегреве приборов верхних этажей и недогреве нижних в однотрубных системах с замыкающими
участками проводят следующие мероприятия: устанавливают дроссельные шайбы перед приборами верхних
этажей; уменьшают поверхность нагрева приборов; увеличивают диаметры замыкающих участков у верхних
приборов; демонтируют замыкающие участки у приборов нижних этажей (1 — 2-й этаж) и при
необходимости увеличивают диаметры подводок.
При равномерном недогреве отопительных приборов верхних этажей и одновременном перегреве приборов
нижних этажей уменьшают коэффициент смешения элеватора путем прикрытия задвижки после элеватора.
При недогреве отопительных приборов верхних этажей на отдельных стояках устанавливают дроссельные
шайбы на замыкающих участках этих приборов.
В двухтрубных системах отопления равномерность прогрева отопительных систем повышается с
увеличением расхода воды в отопительной системе. При элеваторном присоединении в том случае, если на
вводе имеется излишний напор, его необходимо ликвидировать в сопле элеватора, при этом возрастает
коэффициент смешения и, следовательно, общий расход воды в отопительной системе. При насосном
смешении и избыточной производительности насосов также может быть увеличен коэффициент смешения.
Для однотрубных отопительных систем значительно увеличивать расход воды в системе по сравнению с
расчетным не рекомендуется, так как это может привести к поэтажной разрегулировке со значительным
снижением внутренних температур отапливаемых помещений верхних этажей.
ВЕНТИЛЯЦИЯ
25 Расчет воздухообмена в помещении (понятие воздухообмена, методы расчета, выбор расчетного
воздухообмена)
Воздухообменом называется частичная или полная замена воздуха, содержащего вредные выделения,
чистым атмосферным воздухом. Рассчитываемый воздухообмен принято называть по виду вредных
выделений, для борьбы с которыми он предназначен. Например воздухообмен по избыткам явного тепла, по
избыткам полного тепла, по влаговыделениям, по вредным веществам и т. д.
Вентиляционные системы и их производительность выбирают в результате расчета воздухообмена. Подход
к решению этой задачи зависит от вида систем, а также от способов раздачи воздуха и удаления его из
помещения. Производительность систем местной вентиляции определяется специфическими требованиями
(технологическими и санитарно-гигиеническими). При расчете общеобменной вентиляции должны быть
известны количество воздуха, подаваемого в помещение и удаляемого из него местной вентиляцией, а также
воздухообмен помещения со смежными помещениями и через неплотности в наружных ограждениях. Если
перетекание воздуха между помещениями не регламентировано нормами, то расход его через проемы
оценивают ориентировочно при анализе воздушного режима здания.
Требуемый воздухообмен в помещении определяется расчетом по вредным выделениям либо по
нормативной кратности, если это помещение рядовое с избытками в основной СО2 и тепла.
Для общественных зданий воздухообмен по вредным веществам обычно < воздухообмена по теплоизбыткам
и влаговыделениям. Во многих промышленных цехах воздухообмен по вредным веществам может оказаться
определяющим.
Для определения требуемого воздухообмена должны быть известны следующие исходные данные:
количество вредных выделений (тепла, влаги, газов и паров) в 1 ч; допустимое количество вредных веществ
в 1 м3 воздуха помещения; количество вредных выделений, содержащихся в 1 м3 воздуха, подаваемого в
помещение.
Расчет требуемого воздухообмена для основных помещений производится для трех расчетных периодов:
теплого, переходного и холодного.
Для определения требуемой производительности систем вентиляции по заданному виду вредных выделений
необходимо решить соответствующую систему из двух уравнений – уравнения баланса воздуха и уравнения
баланса вредных выделений в помещении: первое уравнение выражает закон сохранения вещества по
отношению к перемещаемому через помещение воздуху (баланс по воздуху), а второе — закон сохранения
вещества или теплоты по отношению к той или иной вредности (баланс по вредности).
∑G = 0;
∑Мвр = 0
Общее количество воздуха, проходящего через помещение, называется воздухообменом и обозначается Gо.
Для общественного здания при отсутствии местных отсосов и местного притока обычно имеет место
равенство общего воздухообмена, приточного и удаляемого воздуха
Gо= Gп= Gу. Решая составленную
систему относительно Gо, получаем окончательное выражение для расчета требуемого воздухообмена по
данному типу вредности.
Вид балансного уравнения по вредности и окончательное решение системы для различных видов вредных
выделений приведены в таблице:
Определение воздухообменов по различным вредностям
Расчетная
Балансное уравнение
Формула для расчета
вредность
по вредности
воздухообмена
Явное
3,6 Qизб.я + Gп с tп – Gу с tу = 0
Gо = 3,6 Qизб.я / с ( tу – tп)
тепло
Полное
3,6 Qизб.п + Gп Iп – Gу Iу = 0
Gо = 3,6 Qизб.п / (Iу – Iп)
тепло
Влага
Мw + Gп dп – Gу dу = 0
Gо = Мw /(dу – dп)
Углекислый
VСО2 + Gп Сп /ρп – Gу Су/ρу = 0
Gо = VСО2 /( Су/ρу – Сп /ρп )
газ
Воздухообмен, рассчитанный для одного помещения по избыткам явного и полного тепла и
влаговыделений, должен быть одинаков. Возможны расхождения между результатами расчета, которые
объясняются неточностью определения энтальпии и влагосодержания по I-d диаграмме.
На практике выбирают лишь одну из расчетных формул по полному, явному теплу или по влаговыделениям
в зависимости от углового коэффициента луча процесса ε = 3600 Qизб.полн / Мw, то есть направления линии
на I-d диаграмме:
а) если луч близок к вертикали (ε > 6000 кДж/кг), это означает, что влаговыделения малы, а превалируют
выделения явного тепла. Поэтому максимальную точность обеспечивает расчет по избыткам явного тепла
(по температуре);
б) если наклон луча близок 45° (3000 < ε < 6000 кДж/кг), это означает, что выделения явного и скрытого
тепла соизмеримы. Поэтому максимальную точность обеспечивает расчет по избыткам полного тепла (по
энтальпии);
в) если луч близок к горизонтали (0 < ε < 3000 кДж/кг), это означает, что выделения явного тепла невелики,
а превалируют влаговыделения. Поэтому максимальную точность обеспечивает расчет по избыткам влаги
(по влагосодержанию).
Расчет воздухообменов по кратности
Кратностью воздухообмена называется отношение объемного расхода подаваемого или удаляемого
воздуха к объему помещения.
К = L / Vпом.
По сути своей кратность воздухообмена – это удельный воздухообмен, то есть воздухообмен, отнесенный к
1м3 объема помещения.
Иногда говорят, что кратность воздухообмена показывает, сколько раз за час сменяется воздух в
помещении. Однако, это не совсем корректно, так как при подаче воздуха в он не просто вытесняет воздух
из помещения, а перемешивается с ним, разбавляя вредности. Обеспечить вентиляцию в режиме чистого
вытеснения воздуха из помещения крайне трудно — требуется подавать воздух почти изотермическом
режиме с малыми скоростями. Это дорого и нецелесообразно. Поэтому вентиляция вспомогательных
помещений чаще всего осуществляется в режиме перемешивания.
Нормативной кратностью называется удельный воздухообмен, установленный нормативными
документами на единицу объема помещения, или на одну единицу оборудования, одного посетителя, одну
порцию горячей пищи, один санитарный прибор и так далее. Значения нормативных кратностей
воздухообмена устанавливаются раздельно по притоку и вытяжке и приводятся в соответствующих
главах СНиП и в справочной литературе.
Расчет, таким образом, выполняется очень просто по формулам
Lпр = Кнорм.п Vпом ;
Lвыт = Кнорм.выт Vпом ;
или
Lпр = Кнорм.п Nед;
Lвыт = Кнорм.выт Nед ,
где Vпом, – объем помещения, м3;
Nед – число единиц чего-либо, по отношению к чему в справочной
литературе указана нормативная кратность.
Если не указана кратность по притоку, то это означает, что подавать организованный приток в это
помещение не следует (санузлы, курительные, аккумуляторные, кладовые), и наоборот.
Выбор расчетного воздухообмена
После расчета воздухообмена необходимо провести анализ требуемой производительности систем
общеобменной вентиляции в разные периоды года. Для систем с естественным побуждением воздуха
сезонное изменение производительности достигается эксплуатационным регулированием. Расчетным при
этом является максимальный воздухообмен, как правило, рассчитанный для летнего периода. Для систем с
искусственным побуждением движения воздуха: а) если не допускается открывание окон и проветривание,
то в количестве расчетного принимается максимальный; б) если возможно проветривание в теплый
период года, то для приточной системы в количестве расчетного принимается больший из требуемого
воздухообмена для холодного и переходного периодов года, а для вытяжной – принимается больший
воздухообмен из расчетных для 3 периодов.
Если возможно сквозное проветривание, производительность вытяжной системы можно принимать равной
производительности приточной системы.
26 Применение I-d диаграммы в вентиляционных расчетах
До расчета самого воздухообмена все остальные величины, входящие в балансные уравнения, должны быть
предварительно каким-либо образом определены.
После выбора параметров наружного и внутреннего воздуха, а также температур приточного и удаляемого
определяются остальные параметры приточного и удаляемого воздуха, которые определяют по I-d
диаграмме влажного воздуха, выполнив на ней построение схемы вентиляционного процесса для
рассматриваемого периода года. При построении предполагают, что процесс обработки воздуха будет
прямоточным, то есть без использования рециркуляции воздуха. Следует отметить, что построение процесса
на I-d диаграмме целесообразно в том, и только в том случае, если в помещении выделяется влага, или
производится обработка приточного воздуха с изменением его влагосодержания (увлажнение или
осушение). В противном же случае использование I-d диаграммы не дает никаких преимуществ, и для
расчетов достаточно знать лишь температуры воздуха. В помещения общественных зданий почти всегда
поступает влага, выдыхаемая людьми, поэтому расчет воздухообменов обычно ведут с использованием I-d
диаграммы влажного воздуха.
Построение прямоточных вентиляционных процессов
на I-d диаграмме
Прямоточные вентиляционные процессы строят на I-d диаграмме для трех периодов года. Перед
построением предварительно определяют расчетные параметры наружного воздуха, допустимые параметры
внутреннего воздуха, предполагаемые температуры приточного и удаляемого воздуха. Затем расчетом
определяют угловой коэффициент луча процесса в помещении, то есть процесса изменения состояния
приточного воздуха после выпуска его в помещение. При этом условно считается, что помещение разделено
на две зоны: рабочую зону (РЗ) и верхнюю зону. Приточный воздух, вбирая вначале тепло и влагу из РЗ,
принимает параметры, соответствующие расчетным параметрам РЗ. Затем, условно поднимаясь из РЗ в
верхнюю зону, он вбирает тепло и влагу из нее, принимает параметры, соответствующие расчетным
параметрам воздуха в верхней зоне.
Подчеркнем, что деление помещения на РЗ и верхнюю зону достаточно условно, так как часто очень трудно
выделить из общего количества теплопоступления и вредности, поступающие именно в РЗ. Кроме того,
воздух редко подается именно в РЗ, так как это конструктивно достаточно сложно, нарушает интерьер,
требует раздачи воздуха с малыми скоростями и, как следствия, большой площади
воздухораспределительных устройств. Чаще воздух подается в верхнюю зону струями из решеток или
потолочных плафонов, при этом он вначале воспринимает тепло, влагу и другие вредности именно из
верхней зоны, а не из РЗ. В принципе, деление помещения на две зоны придумано для того, чтобы отразить
тот факт, что главной заботой вентиляции и обслуживаемой ею зоной является именно РЗ, а также
подтвержденный на практике факт существования разности температур в РЗ и в верхней зоне помещения.
Если считать помещение одним большим общим объемом, то пришлось бы принимать в расчетах одну
среднюю температуру по всему объему помещения. Однако, теплый воздух всегда стремится вверх, и в
верхней зоне, как правило, температура воздуха выше, чем в РЗ. Это расслоение воздуха наблюдается в
любом помещении, в котором имеются конвективные источники теплоты, причем даже при общих
недостатках теплоты. Расслоение воздуха зависит именно от наличия конвективных струй в помещении, а не
от средней температуры воздуха. Воздух из помещений удаляется чаще всего именно из верхней зоны,
поэтому в расчеты желательно вводить более точное значение температуры воздуха в ней, определенное с
учетом предполагаемого расслоения воздуха по высоте помещения. Таким образом, при делении объема
помещения на две зоны расчетная модель помещения становится более корректной и больше соответствует
реальным условиям. Учитывая, что трудно разделить два этапа восприятия приточным воздухом
избыточного тепла и влаги в РЗ и верхней зоне, считается, что лучи двух этих процессов на I-d диаграмме
идут под одним наклоном, и угловой коэффициент луча процесса в помещении определяется по общим
избыткам полного тепла и влаги
ε = 3600 Qизб.полн / Мw
Величина полных теплопоступлений Qизб.полн в приведенной формуле выражена в Вт, а поступления влаги
Мw — в г/час. Значение ε получается в кДж/кг. При использовании в расчете других единиц измерения
следует учитывать перевод единиц.
Построение схемы прямоточного вентиляционного
процесса для холодного и переходного периодов года
Пример построения схем для холодного и переходного периодов приведен на рисунке (см далее). Порядок
построения для каждого периода следующий:
1) По температуре наружного воздуха tн и его энтальпии Iн строят точку Н наружного воздуха.
2) Из точки Н по линии dн = const проводят вертикально вверх линию процесса нагрева воздуха в
калорифере и вентиляторе Н-П до линии принятой температуры притока tп и на пересечении ставят точку
П.
3) Температуру окончания подогрева воздуха в калорифере принимают с учетом подогрева воздуха в
вентиляторе и воздуховодах на 0,5-1° ниже температуры притока. На пересечении ранее построенной линии
dн = const и линии полученного значения температуры tк ставят точку К.
4) Из точки П проводят линию с угловым коэффициентом ε, отражающую процесс изменения состояния
приточного воздуха, и на пересечении ее с линиями температур внутреннего tв и удаляемого tу воздуха
ставят соответственно точки В и У.
Воздух в РЗ должен иметь влажность не более 65%, поэтому точка В должна располагаться левее кривой
υмакс = 65%. Для холодного и переходного периодов так почти всегда и бывает, так как наружный воздух при
низкой температуре имеет маленькое влагосодержание. Температуры внутреннего и приточного воздуха для
холодного и переходного периодов принимают, как правило, одинаковые. Основное различие в постоении
заключается лишь в положении точки наружного воздуха.
Прямоточные вентиляционные процессы для холодного и переходного
периодов года Построение схемы прямоточного вентиляционного
процесса для теплого периода года
t оС
εх
εп
Уп
Ух
tУ
υ = 100%
Вп
Вх
tВ
Пх Пп
tП
tК
υмакс = 65%
Кп
Кх
Нп
tНп
IНп
Нх
tНх
dНп
dУп
d, г/кг
IНх
Для теплого периода производить нагрев воздуха в калорифере бессмысленно, поэтому точка К в
построении отсутствует. Построение процесса производится так же, как для холодного периода, только
линия нагрева Нт-Пт отображает нагрев воздуха на 0,5 - 1о только в вентиляторе. Пример построения
процесса приведен на рисунке 7.3.
Для жаркого и сухого климата воздух перед подачей его в помещение обычно охлаждается адиабатически в
оросительной камере или другом испарительном устройстве, а после процесс организуется обычным
образом. Дополнительный процесс испарительного охлаждения позволяет при жарком наружном воздухе
без использования холодильной машины поддерживать в помещении приемлемые значения температуры
внутреннего воздуха. Пример такого процесса приведен также на рисунке 7.3. Линия Нж-Аж отображает
процесс адиабатического охлаждения наружного воздуха для жаркого климата.
Прямоточные вентиляционные процессы для теплого периода года
(для обычного и жаркого климата)
Следует отметить, что для теплого периода не всегда удается выдержать требование по относительной
влажности внутреннего воздуха (максимальное значение не должно превышать 65%). Поэтому, согласно
СНиП, в местностях с высокой влажностью наружного воздуха допускается принимать значения влажности
внутреннего воздуха до 75%. Тем не менее, в приморском климате даже 75% могут быть обеспечены не
всегда.
εт
t оС
εж
Нж
Уж
Ут
tН
Вж
tУ
υ = 100%
υ = 95%
Вт
tВ
Пж
Пт
tП
tН, tА
Аж
Нт
Адиабатическое
охлаждение
IНт
dНт
dУт
d, г/кг
27 Особенности вентиляции жилых, общественных и административных зданий и помещений
Жилые здания
В жилых зданиях, как правило, проектируют вытяжную вентиляцию с естественным побуждением.
Компенсацию удаляемого воздуха предусматривают как за счет поступления наружного воздуха, так и за
счет перетекания воздуха из других помещений. Поступление наружного воздуха в помещения квартир
предусматривается через форточки, окна, фрамуги, а также через неплотности окон и дверей.
В климатических районах с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) ниже 40С в жилых зданиях высотой в 3 этажа и более допускается проектировать приточную механическую
вентиляцию с подогревом наружного воздуха.
Вытяжную вентиляцию жилых комнат во всех квартирах следует предусматривать через вытяжные каналы
кухонь, уборных, ванных (душевых) и сушильных шкафов. В квартирах в 4 комнаты и более без сквозного
или углового проветривания должна быть запроектирована естественная вытяжная вентиляция
непосредственно из жилых комнат, не смежных с санитарными узлами и кухнями. Вентиляционные каналы
из помещений кухонь, уборных, ванных (душевых), кладовых для продуктов не допускается объединять с
вентиляционными каналами из помещений поквартирных генераторов тепла, гаражей, а также помещений,
обращенных на различные фасады.
При проектировании вентиляции кухонь и санузлов можно объединять: горизонтальный вентиляционный
канал из ванной или душевой (без унитаза) с вентиляционным каналом из кухни той же квартиры;
вентиляционные каналы из уборной, ванной (душевой) и сушильного шкафа той же квартиры; вертикальные
вентканалы из кухонь хозяйственных помещений, уборных, ванных и сушильных шкафов в сборный
вентканал. Такое объединение допускается при условии, что расстояние по высоте между присоединяемыми
местными каналами составляет не менее 2 м. Местные каналы, присоединяемые к сборному каналу, должны
быть оборудованы жалюзийными решетками, допускающими монтажную регулировку.
В кухнях квартир, расположенных в двух верхних этажах, не оборудованных газовыми водонагревателями,
допускается устройство механической вентиляции.
Вентиляцию и проветривание закрытых лестничных клеток следует обеспечивать устройством вентшахт,
открывающихся окон, фрамуг, форточек. Проветривание лестничных клеток без естественного освещения
следует осуществлять через вытяжные каналы и шахты. При применении канальной приточной вентиляции,
совмещенной с воздушным отоплением, предусматривается подача воздуха в жилые помещения постоянно
по каналам воздушного отопления.
В жилых комнатах и санузлах предусматриваются регулируемые вытяжные решетки, в кухнях –
неподвижные.
В зданиях с теплым чердаком удаление воздуха из чердака проектируется через вытяжные шахты из расчета
одна шахта на каждую секцию дома, высота шахты должна быть не менее 4,5 м от покрытия.
Здания общественных и административных учреждений
При расчете вентиляции руководствуются нормативными кратностями воздухообмена, приведенными в
справочной литературе.
В административно-конторских зданиях объемом до 1500 м3 вентиляцию помещений осуществляют в виде
вытяжки из их верхней зоны с неорганизованным притоком через окна, в зданиях большего объеме вытяжку
из верхней зоны помещений компенсируют притоком также в их верхнюю зону (сверху-вниз). Расход
воздуха, подаваемого в помещения и удаляемого из них, принимается таким образом, чтобы исключить
перетекание воздуха из одних помещений в другие.
В общественных зданиях (детские учреждения, общеобразовательные школы, лечебно-профилактические
учреждения, высшие и средние учебные заведения, магазины и т. п.) вентиляцию основных помещений
осуществляют также по схеме сверху-вниз, т. е. и приточные, и вытяжные отверстия располагают в верхней
зоне помещения. В больших помещениях (залах, аудиториях) вытяжку частично можно осуществлять из
нижней зоны помещения. В высоких помещениях при больших тепловых нагрузках от светильников выпуск
воздуха следует предусматривать ниже светильников, а удаленин его – под светильниками или через
конструкцию светильников.
В помещениях детских яслей-садов проектируют приточно-вытяжную вентиляцию с естественным
побуждением.
В учебных помещениях проектируется приточно-вытяжная вентиляция из расчета 16 м3/ч на человека. При
проектировании приточной вентиляции с искусственным побуждением должна предусматриваться
естественная вытяжная вентиляция в размере однократного обмена непосредственно из учебных
помещений. Удалять воздух из учебных помещений следует через рекреационные помещения, санузлы, а
также за счет эксфильтрации через неплотности окон. В школах с числом учащихся до 200 включительно
допускается устройство вентиляции без организованного механического притока.
В помещениях с высокими витражами при отсутствии нагревательных приборов под ними приточный
воздух целесообразно подавать через продольные щели в полу, под окнами настилающимися струями.
Приточный воздух можно подавать со стороны одной из торцевых стен помещения или со стороны двух
торцевых стен навстречу друг другу, что значительно снижает скорости движения воздуха в обслуживаемой
зоне. В этих же помещениях при гладком потоке может быть организована подача приточного воздуха
настилающимися на потолок струями через плафоны.
В зданиях аптек и лечебно-профилактических учреждений, кроме инфекционных больниц (отделений),
проектируют приточно-вытяжную вентиляцию с механическим побуждением. В инфекционных больницах
вытяжную вентиляцию устраивают из каждого бокса, полубокса и от каждой палатной секции отдельно с
естественным побуждением и установкой дефлектора, а приточную вентиляцию предусматривают с
механическим побуждением и подачей воздуха в коридор. В некоторых специфических помещениях,
например, операционных, наркозных, рентгеновских кабинетах, фото и химических лабораториях,
аккумуляторных и т. п., подачу и удаление воздуха осуществляют на разных уровнях в соответствии с
рекомендациями специальных норм.
Схема организации воздухообмена в зрительных залах театров, кинотеатров и клубов зависит от их
размеров, режимов эксплуатации и климатических особенностей района. Для этих помещений
рекомендуется следующая схема решения вентиляции: а) в залах без балконов с числом мест до 400 подача
воздуха в верхнюю или среднюю по высоте зону помещения; б) в залах без балконов с числом мест более
400 подача воздуха в верхнюю зону помещения горизонтальными сосредоточенными струями через
отверстия в торцевой стене или через решетки либо плафоны в потолке, направляющие воздух вдоль
потолка в сторону сцены или экрана; в) при наличии балкона дополнительно предусматривается приток
воздуха через отверстия в задней стене под балконами в количестве, пропорциональном числу мест,
расположенных в подбалконном пространстве; г) вытяжка осуществляется через отверстия в потолке или
верхней части стен у сцены или экрана; д) в холодный период года часть удаляемого воздуха поступает на
рециркуляцию.
В здания предприятий общественного питания схема вентиляции определяется назначением помещения. В
обеденных и торговых залах воздух подают в верхнюю зону помещений, а удаляют из верхней зоны и через
отверстия (раздаточные окна, двери) в технологические помещения. В горячих цехах (кухнях) мойках
воздух подают в рабочую зону, а удаляют через местные отсосы и из верхней зоны.
28 Аэродинамический расчет систем вентиляции (механическая и естественная вентиляция)
Аэродинамический расчет систем вентиляции выполняют после расчета воздухообмена, а также решения
трассировки воздуховодов и каналов. Для проведения аэродинамического расчета вычерчивают
аксонометрическую схему системы вентиляции, на которой выделяют фасонные части воздуховодов. По
аксонометрической схеме и планам строительной части проекта определяют протяженность отдельных
ветвей системы.
Различают прямую и обратную задачи аэродинамического расчета вентиляционных систем. Цель
аэродинамического расчете зависит от типа задачи: для прямой – это определение размеров сечений всех
участков системы при заданном расходе воздуха через них; для обратной – это определение расходов
воздуха при заданных размерах сечений всех участков.
При аэродинамическом расчете вентиляционных систем схему разбивают на отдельные расчетные участки.
Расчетные участки характеризуются постоянным расходом воздуха. Границами между отдельными
участками схемы служат тройники. Потери давления на участке зависят от скорости движения воздуха и
складываются из потерь на трение и потерь в местных сопротивлениях.
При аэродинамическом расчете в системе вентиляции намечается основное расчетное направление –
магистраль, представляющая собой цепочку последовательно расположенных участков от начала системы
до наиболее удаленного ответвления. При наличии двух или более таких цепочек, одинаковых по
протяженности, за магистральное направление принимается наиболее нагруженное (имеющее больший
расход).
Потери давления в системе равны потерям давления по магистрали, слагающимся из потерь давления на
всех последовательно расположенных участках, составляющих магистраль, и потерь давления в
вентиляционном оборудовании (калориферы, фильтры и пр.).
Существует много различных способов расчета вентиляционных систем. Некоторые из них получили
широкое распространение в проектной практике.
Аэродинамический расчет систем с механическим побуждением движения воздуха несколько упрощен по
сравнению с гидравлическим расчетом систем отопления, т. к. в данном случае размеры поперечного
сечения отдельных участков принимаются по допустимым (рекомендуемым) скоростям движения воздуха.
Аэродинамический расчет вентиляционной системы, состоит из двух этапов: расчета участков основного
направления – магистрали и увязки всех остальных участков системы, проводится в такой
последовательности.
1.
Определение нагрузки отдельных расчетных участков. Систему разбивают на отдельные участки и
определяют расход воздуха на каждом из них. Расходы определяют суммированием расходов на отдельных
ответвлениях, начиная с периферийных участков. Значения расхода и длины каждого участка наносят на
аксонометрическую схему.
2.
Выбор основного (магистрального) направления. Выявляют наиболее протяженную цепочку
последовательно расположенных расчетных участков. Фиксируют оборудование и устройства, в которых
происходят потери давления: жалюзийные решетки, калориферы, фильтры и т. д.
3.
Нумерация участков магистрали. Участки основного направления нумеруют, начиная с участка с
меньшим расходом. Расход и длину каждого участка основного направления заносят в таблицу
аэродинамического расчета. Определение размеров сечения расчетных участков магистрали. Площадь
поперечного сечения расчетного участка, м2, определяется по формуле
fр = Lр/vт,
где Lр – расчетный расход воздуха на участке м3/ч, vт – рекомендуемая скорость движения воздуха на
участке, м/с.
По величине fр подбирают стандартные размеры воздуховода или канала так, чтобы фактическая площадь
поперечного сечения была примерно равна расчетной.
Результатом расчета в этом пункте являютcя величины d или a x b, соответствующие принятой площади
поперечного сечения. Для прямоугольного воздуховода, кроме того, определяют эквивалентный диаметр:
d
2a b
ab
Эти величины заносят в расчетную таблицу.
4.
Определение фактической скорости.
v = Lр/ fф
5.
Определение потерь давления на трение. По номограммам или по таблицам определяют R = f
(v, d) и поправочный коэффициент на шероховатость поверхности ш.
Потери давления на трение на 1 м длины на расчетном участке сети можно определить по формуле:
R
   v2

d
2
где  - коэффициент гидравлического трения;
d – эквивалентный диаметр прямоугольного воздуховода размером axb , определяемый по формуле:
68  ,
К
  0,11 

0.25
 э
 d

Re 
где Кэ – абсолютная эквивалентная шероховатость поверхности воздуховода, для листовой стали К э = 0,1 мм
= 0,0001 м;
Re – число Рейнольдса, определяемое по формуле:
vd ,
Re 

где  - кинематическая вязкость воздуха.
6.
Определение потерь давления в местных сопротивлениях
Потери давления на местные сопротивления на расчетном участке определяются по формуле:
Z =    v
2
2
где  - сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке.
7.
Определение потерь давления на расчетном участке
Р i  R  l  ш  Z
8.
Определение потерь давления в системе
n
Р   Р i   Р об
i 1
где
 Р
об
- потери давления в оборудовании и других устройствах вентиляционной системы.
При расчете вентиляционных систем для многоэтажных зданий или систем, обслуживающих несколько
помещений, в которых поддерживается разное давление, необходимо учитывать избыточный подпор или
разряжение в обслуживаемом помещении. Значение подпора или разряжения (рпом) определяется при
расчете воздушного режима здания и добавляется к общим потерям давления. Тогда
n
Р   Р i   Р об  р пом
i 1
На этом кончается первый этап расчета системы; значение Р служит для подбора вентилятора.
9.
Увязку всех остальных участков системы проводят, начиная с самых протяженных
ответвлений. Методика увязки ответвлений аналогична расчету участков основного направления. Разница
состоит лишь в том, что при увязке каждого ответвления известны потери в нем. Потери от точки
разветвления до конца ответвления должны быть равны потерям от этой же точки до конца главной
магистрали. Для расчета ответвлений применяется способ последовательного подбора. Размеры сечений
ответвлений считаются подобранными, если относительная невязка потерь не превышает 15%.
По конструктивным соображениям и из условий типизации деталей размеры поперечного сечений
ответвлений принимаются одинаковыми. При этом для увязки отдельных ветвей устанавливают диафрагмы.
Аэродинамический расчет вытяжных систем вентиляции с естественным побуждением движения воздуха
отличается малыми значениями рекомендуемых скоростей и заданным располагаемым давлением. В этом
случае основное расчетное направление должно проходить через наиболее удаленную ветвь системы,
имеющую наименьшее располагаемое давление:
ре = hig
hi – расстояние от вытяжной решетки на выходе воздуха в расчетное ответвление до среза вытяжной шахты;
 - расчетная разность плотности наружного и внутреннего воздуха.
Этот расчет проводят при следующих параметрах наружного воздуха: tн = 5 С, vн = 0 м/с.
Потери давления
ре  (R  l  ш  Z)  
 - коэффициент запаса, равный 1,1.
Увязку ответвлений с основным направлением проводят с учетом разницы располагаемого давления для
отдельных ответвлений.
29 Аэродинамические основы организации воздухообмена в помещении (понятие струи,
классификация и свойства струйных течений, принципы расчета воздухораспределителей)
Вентилирование помещения любого назначения представляет собой процесс переноса определенных
объемов воздуха, вытекающего из приточных отверстий, скорость и направление истечения воздуха из
отверстий, их расположение, а также температура воздуха в струе определяют характер воздушных потоков
в помещении. Приточные струи взаимодействуют между собой с тепловыми струями, возникающими возле
нагретых поверхностей и с потоками воздуха образующихся вблизи вытяжных отверстий. Строительные
конструкции омещения и технологического оборудования оказывают существенное влияние на скорость и
направление распространение струй.
Струи образуются в помещении, переносят поступающие в воздух вредные выделения и формируют в
воздухе помещений поля скоростей, температур и концентраций.
Струя – поток жидкости или газа с конечными поперечными размерами.
Если струя воздуха истекает в помещение, также заполненное воздухом, то ее называют затопленной струей.
Струя называется изотермической, если температура во всем объеме ее одинаковая и равна температуре
окружающего воздуха. В вентиляции мы имеем дело с неизотермическими струями. В неизотермических
струях действуют инерционные и гравитационные силы, действие гравитационных сил искривляет струю
вверх или вниз.
По гидродинамическому режиму струи делят на турбулентные и ламинарные. Приточные струи –
турбулентные.
Струю называют свободной, если она не имеет помех для свободного распространения. В противном случае
– струя стесненная.
При определенных условиях влияние ограждающих конструкций на развитие приточных струй можно не
учитывать и считать такие струи свободными.
Струя, истекающая из отверстия, расположенного вблизи плоскости ограждения, параллельно этой
плоскости, будет настилаться на нее. Такую струю называют настилающейся.
Приточные струи делят на 2 группы: 1) с параллельными векторами скоростей истечения; 2) с векторами
скоростей истечения, составляющими между собой некоторый угол.


а)
компактная осесимметричная струя; б)коническая в) плоская г)кольцевая (полая коническая) д) полная
веерная
Компактные струи образуются при истечении воздуха из круглых, квадратных и прямоугольных отверстий.
Такие струи осесимметричные.
Плоские струи образуются при истечении воздуха из щелевых отверстий бесконечной длины. Струя
считается плоской, если lо/2bo > 20.
Если струя истекает из кольцевой щели под углом к оси подводящего воздух канала < 180, то ее называют
кольцевой.
Если угол   135, то струя называется полой конической, при  = 90 - полной веерной.
 = 1225’ – угол бокового расширения струи.
**************** не окончен
30 Естественная общеобменная вентиляция
Естественная неорганизованная вентиляция (инфильтрация)
Пористость ограждающих конструкций зданий, а также строительные неплотности в них при разности
давлений внутреннего а наружного воздуха обуславливают воздухообмен в помещении, происходящий в
результате инфильтрации.
Чем больше разность температур внутреннего и наружного воздуха и чем больше скорость движения ветра,
тем больше разность давлений, а следовательно, и количество проникающего в помещение наружного
воздуха (инфильтрация). Кратность воздухообмена за счет инфильтации в жилых и общественных зданиях
обычно бывает 0,5-0,75 в зависимости от степени уплотнения щелей (например, замазка окон на зиму и т.
д.). В промышленных зданиях инфильтрация нередко составляет 1,5-кратный воздухообмен и более.
Инфильтрация или, иначе говоря, естественная неорганизованная вентиляция, наблюдается во всех
помещениях и учитывается при организации воздухообмена. Если в помещении применяют, например,
вытяжную механическую вентиляцию при однократном воздухообмене, то приточную вентиляцию часто не
устраивают, т. к. объем удаляемого воздуха может компенсироваться инфильтрацией.
Для усиления естественной вентиляции (проветривания) помещений в окнах делают форточки или фрамуги.
Фрамуги должны открываться под углом 45 к поверхности окна. При открытой фрамуге холодный и
наружный воздух смешивается с воздухом помещения, прошедшим нагревательные приборы, и в зону
пребывания людей поступает уже нагретым до температуры, близкой к нормальной. Фрамуги можно
оставлять открытыми в присутствии людей в помещении.
Принципиальная схема канальной системы естественной вентиляции
Канальными системами естественной вентиляции называются системы, в которых подача наружного
воздуха или удаление загрязненного осуществляется по специальным каналам, предусмотренным в
конструкциях здания, или приставным воздуховодам. Воздух в этих системах перемешивается вследствие
разности давлений наружного и внутреннего воздуха.
В системах естественной вентиляции величина располагаемого давления, которое расходуется на
преодоление сопротивления движению воздуха по каналам и др. элементам системы, незначительна и
непостоянна. Поэтому приточную канальную вентиляцию с естественным побуждением в настоящее время
почти не применяют.
Вытяжная естественная канальная вентиляция осуществляется преимущественно в жилых и общественных
зданиях для помещений, не требующих воздухообмена больше однократного.
Вытяжная естественная канальная вентиляция состоит из вертикальных внутристенных или приставных
каналов с отверстиями, закрытыми жалюзийными решетками, сборных горизонтальных воздуховодов и
вытяжной шахты. Для усиления вытяжки воздуха из помещения на шахте часто устанавливают специальную
насадку – дефлектор. Загрязненный воздух из помещений поступает через жалюзийную решетку в канал,
поднимается вверх, достигая сборных воздуховодов, и оттуда
выходит через шахту в атмосферу.
Дефлектором называются специальные насадки, устанавливаемые
на концах труб или шахт, а также непосредственно над вытяжными
отверстиями в крышах производственных зданий. Назначение
дефлектора – усилить вытяжку загрязненного воздуха из различных
помещений. Работа дефлектора основана на использовании энергии
потока воздуха – ветра, который, ударясь о поверхность дефлектора
и обтекая его, создает возле большей части его периметра
разряжение, что и усиливает вытяжку воздуха из помещений.
Дефлекторы рекомендуется устанавливать в наиболее высоких точках, непосредственно обдуваемых ветром.
Нельзя ставить дефлекторы в зоне подпора ветра, например перед стеной, на которую направлен ветер, т. к.
в этих случаях возможно опрокидывание тяги, т. е. задувание наружного воздуха внутрь помещения. Не
следует также устанавливать дефлекторы между высокими зданиями (в аэродинамической тени).
Каналы и воздуховоды
В настоящее время изготавливают специальные вентиляционные панели или блоки с каналами круглого,
прямоугольного или овального сечения, предпочтительно круглое из-за меньшего сопротивления трению
при той же площади поперечного сечения.
Если в зданиях внутренние стены кирпичные, то вентканалы устраивают в толще стен или бороздах,
заделываемых плитами. Если нет внутренних кирпичных стен, устраивают приставные воздуховоды из
блоков или плит, как правило, у внутренних стен или у наружных стен с воздушным зазором не менее 5 см
для предотвращения охлаждения воздуха в каналах и выпадения конденсата в воздуховодах.
Воздуховоды, прокладываемые на чердаках или в неотапливаемых помещениях, выполняют из двойных
гипсошлаковых или шлакобетонных плит с воздушной прослойкой.
В бесчердачных зданиях каналы можно объединять в сборный воздуховод, устраивая его под потолком
коридора, лестничных клеток и других вспомогательных помещений. Нередко по архитектурным
соображениям для объединения каналов в коридорах предусматривается подшивной потолок.
Вытяжные шахты
Вытяжные шахты систем вентиляции жилых зданий рекомендуется устраивать с обособленными или
объединенными каналами.
а – с обособленными каналами; б – с объединенными
каналами на чердаке; в – каналы, объединенные на этаже
и на чердаке.
Согласно правилам пожарной профилактики, в жилых,
общественных и вспомогательных производственных
зданиях высотой до пяти этажей запрещается
присоединять к одному вытяжному каналу помещения,
расположенные в различных этажах. В зданиях же с
числом этажей более 5 допускается объединение
отдельных вертикальных вытяжных каналов из каждых
4-5 этажей в один сборный магистральный канал.
Аэрация зданий
Аэрацией здания называется организованный и
управляемый
естественный
воздухообмен
через
открывающиеся фрамуги в окнах и вентиляционносветовые фонари с использованием теплового и
ветрового давлений.
Аэрация широко применяется в производственных зданиях с большими теплоизбытками и позволяет
осуществлять воздухообмены, достигающие миллионов м3/ч.
Тепловое давление, в результате которого воздух поступает в помещение и выходит из него, образуется за
счет разности температур наружного и внутреннего воздуха, регулируется различной степенью открытия
фрамуг и фонарей. Разность этих давлений на одном и том же уровне называется внутренним избыточным
давлением, при этом оно может быть положительным или отрицательным, или равняться 0, плоскость где
оно равно 0 называется нейтральной зоной.
Расстояние нейтральной зоны от середины вытяжного и приточного отверстий обратно пропорционально
квадратам площадей отверстий: при этом нейтральная зона располагается ближе к большему отверстию.
Нейтральная зона в помещении может существовать только при действии одних теплоизбытков, при
наличии ветра она резко смещается вверх и исчезает.
Аэрация с использованием ветрового давления основана на том, что на наветренных поверхностях здания
возникает избыточное давление, а на заветренных – разряжение.
31 Механическая общеобменная вентиляция
Системы механической вентиляции по сравнению с естественной более сложны в конструктивном
отношении и требуют больших первоначальных затрат и эксплуатационных расходов. Вместе с тем они
имеют ряд преимуществ. К основным их достоинствам относятся: независимость от температурных
колебаний наружного воздуха и его давления, а также скорости ветра; подаваемый и удаляемый воздух
можно перемещать на значительные расстояния; воздух подаваемый в помещение, можно обрабатывать, т. е.
нагревать или охлаждать, очищать, увлажнять или осушать.
Вследствие этого механическая вентиляция получила широкое применение, особенно в промышленности.
Приточные системы вентиляции состоят из следующих элементов:
1)
воздухоприемное устройство, через которое наружный воздух поступает в приточную камеру;
2)
приточной камеры с оборудованием для обработки воздуха и подачи его в помещение;
3)
сети каналов и воздуховодов, по которым воздух вентилятором распределяется по отдельным
вентилируемым помещениям;
4)
приточных отверстий с решетками, или специальных приточных насадков, через которые воздух из
приточных каналов поступает в помещение;
5)
регулирующих устройств в виде дроссель-клапанов или задвижек, устанавливаемых в
воздухоприемных устройствах, на ответвлениях воздуховодов и в каналах.
Вытяжные системы механической вентиляции обычно состоят из следующих элементов:
1)
жалюзийных решеток или специальных насадков, через которые воздух из помещения поступает в
вытяжные каналы;
2)
вытяжных каналов, по которым воздух, извлекаемый из помещения, транспортируется в сборный
воздуховод;
3)
сборных воздуховодов, соединенных с вытяжной камерой;
4)
вытяжной камеры, в которой установлен вентилятор с электродвигателем;
5)
оборудования для очистки воздуха, если удаляемый воздух сильно загрязнен;
6)
вытяжной шахты, служащей для отвода в атмосферу воздуха, извлекаемого из помещений;
7)
регулирующих устройств (дроссель-клапанов или задвижек).
Отдельные системы могут не иметь некоторых из перечисленных элементов.
В тех случаях, когда вент. оборудование создает шум выше допускаемого для данного помещения или когда
условия технологического процесса не позволяют размещать его в данном помещении оборудование
устанавливают в изолированных помещениях, называемых венткамерами.
Эти камеры должны соответствовать требованиям взрывной и пожарной безопасности, предъявляемым к
тем помещениям, которые они обслуживают.
Приточная венткамера
Приточные камеры должны размещаться по возможности ближе к обслуживаемому помещению. Размеры и
конфигурация приточных камер должны быть такими, чтобы рационально и удобно разместить
оборудование и можно было его обслуживать. Ограждающие конструкции камеры выполняются из
огнестойких материалов. Внутренние поверхности должны допускать их влажную уборку и дезинфекцию.
Вытяжные камеры состоят только из вентилятора.
Воздуховоды для таких систем изготавливают из тонколистовой стали, окрашенной или оцинкованной, а
при корродирующих вредностях – из нержавеющей стали или полимерных материалов.
Сеть воздуховодов монтируется с помощью фасонных элементов: переходы, крестовины, тройники, отводы.
Наибольшая протяженность горизонтальных магистральных воздуховодов принимается исходя из
экономических соображений 30-40 м, а в системах естественной вентиляции 8-10 м.
Скорость воздуха в воздуховодах значительно выше, чем в естественной вентиляции, причем наибольшая
скорость движения принимается около вентилятора, по направлению к конечным участкам она постепенно
убывает.
32 Особенности проектирования систем вентиляции промышленных зданий В промышленных зданиях
применяется местная приточная вентиляция (воздушные завесы, воздушные души, вентиляция кабин
крановщиков), местная вытяжная вентиляция (местные отсосы), естественная общеобменная приточная
бесканальная вентиляция (аэрация зданий).
Вытяжная общеобменная вентиляция предназначена для удаления тех вредных выделений, которые
попадают в воздух вследствие несовершенства местных отсосов, недостаточной эффективности их работы
или невозможности их устройства.
В промышленных зданиях при небольшом количестве работающих, при отсутствии постоянных рабочих
мест, при больших теплоизбытках для периодического проветривания применяется
механическая
бесканальная система приточной общеобменной вентиляции.
Аэрация зданий (это уже было выше) Аэрацией здания называется организованный и управляемый
естественный воздухообмен через открывающиеся фрамуги в окнах и вентиляционно-световые фонари с
использованием теплового и ветрового давлений.
Аэрация широко применяется в производственных зданиях с большими теплоизбытками и позволяет
осуществлять воздухообмены, достигающие миллионов м3/ч.
Тепловое давление, в результате которого воздух поступает в помещение и выходит из него, образуется за
счет разности температур наружного и внутреннего воздуха, регулируется различной степенью открытия
фрамуг и фонарей. Аэрация с использованием ветрового давления основана на том, что на наветренных
поверхностях здания возникает избыточное давление, а на заветренных – разряжение.
Местные системы вентиляции (это подробнее будет ниже)
Для борьбы с выделяющимися в воздух производственных помещений парами и газами вредных веществ, а
также пылью наиболее эффективно применение местной вытяжной вентиляции, т. е. удаление вредных
выделений от мест их образования. Удаление загрязненного воздуха от мест его сосредоточения легко
осуществить при устройстве укрытий у агрегатов, являющихся источниками вредных выделений. Вытяжка
из-под укрытий может быть как естественной, так и механической. Устройство местной вытяжной
вентиляции рекомендуется как один из наиболее экономичных и эффективных методов борьбы с вредными
выделениями.
Местный отсос представляет собой устройство для локализации вредных выделений у места их образования
и удаления загрязненного воздуха за пределы помещения с концентрациями, более высокими, чем при
общеобменной вентиляции. Это позволяет сокращать воздухообмен и тем самым снижать расходы на
обработку воздуха.
Классификация местных отсосов:
1)
полуоткрытый отсос - представляет собой укрытие, внутри которого находится источник
вредных выделений. Укрытие имеет открытый проем или отверстие (шкафы вытяжные, отсосы у
вращающихся режущих инструментов);
2)
открытые отсосы – укрытия, расположенные за пределами источника местных выделений
(бортовые, кольцевые отсосы, отсасывающие панели, зонты и т. д.)
3)
полностью закрытые отсосы – являются составной частью кожуха источника вредных
выделений, т. е. машины или аппарата (элеватора, мельницы, дробилки и т. п.), который имеет небольшие
отверстия, щели или неплотности для поступления через них воздуха из помещения.
Бортовые отсосы применяются для удаления вредных веществ с поверхности растворов, находящихся в
ванной. Отсос называется однобортовой, если расположен вдоль одной длинной стороны, двухбортовой –
если с двух сторон.
Вытяжные зонты – местные отсосы, имеющие форму усеченных конусов или пирамид, они располагаются
над источниками вредных выделений.
Если имеется несколько источников, можно использовать групповой зонт.
Загрязнение рабочей зоны пылью зависит от степени герметизации оборудования. Около источников
пылевыделения устраивают укрытия всасывающие отверстия, которые должны быть максимально
приближены к источнику. Конструкция укрытия зависит от типа оборудования.
При сварке на стационарных постах устраивают панели равномерного всасывания.
Воздушным душем называется поток воздуха, направленный на ограниченное рабочее место или
непосредственно на рабочего. Особенно эффективно применение воздушных душей при тепловом
облучении рабочего. В таких случаях воздушный душ устраивают на месте наиболее длительного
пребывания человека, а если в работе предусмотрены кратковременные перерывы для отдыха, то на месте
отдыха.
Воздушное душирование следует применять на постоянных рабочих местах при интенсивности облучения
350 Вт/м2 и более.
Воздушная завеса – вентиляционное устройство, служащее для предотвращения прохода воздуха через
открытый проем. Постоянно действующие завесы шиберного типа следует предусматривать: у постоянно
открытых ворот или технологических проемов в наружных ограждениях.
Завесы шиберного типа периодического действия следует устанавливать у ворот, не имеющих тамбуров и у
ворот, открывающихся чаще 5 раз или не менее чем на 40 минут в смену, у открывающихся
технологических проемов в наружных ограждениях при температуре наружного воздуха -15С и ниже.
В промышленности часто применяют пневмотранспорт, который одновременно выполняет функции
вытяжной вентиляции. Пневмотранспорт применяют для перемещения сухих формовочных материалов в
литейном производстве, хлопка на текстильных фабриках, для перемещения асбеста, перемещения отходов
при обработке древесины, графита, металлов и т. д.
33 Местные вытяжные системы вентиляции
Для борьбы с выделяющимися в воздух производственных помещений парами и газами вредных веществ, а
также пылью наиболее эффективно применение местной вытяжной вентиляции, т. е. удаление вредных
выделений от мест их образования. Удаление загрязненного воздуха от мест его сосредоточения легко
осуществить при устройстве укрытий у агрегатов, являющихся источниками вредных выделений. Вытяжка
из-под укрытий может быть как естественной, так и механической. Устройство местной вытяжной
вентиляции рекомендуется как один из наиболее экономичных и эффективных методов борьбы с вредными
выделениями.
Местный отсос представляет собой устройство для локализации вредных выделений у места их образования
и удаления загрязненного воздуха за пределы помещения с концентрациями, более высокими, чем при
общеобменной вентиляции. Это позволяет сокращать воздухообмен и тем самым снижать расходы на
обработку воздуха.
Требования к местным отсосам:
2.
место образования вредных выделений должно быть укрыто настолько, насколько это позволяет
технологический процесс;
3.
местный отсос не должен мешать работе или снижать производительность труда;
4.
вредные выделения должны удаляться от места их образования в направлении их естественного
движения (пыль вниз, дым вверх, тепло вверх, легкие газы вверх, тяжелые газы вниз);
5.
конструкция местного отсоса должна быть простой, иметь малое аэродинамическое сопротивление,
легко сниматься и устанавливаться на место при чистке и ремонте оборудования.
Классификация местных отсосов:
1)
полуоткрытый отсос - представляет собой укрытие, внутри которого находится источник
вредных выделений. Укрытие имеет открытый проем или отверстие (шкафы вытяжные, отсосы у
вращающихся режущих инструментов);
2)
открытые отсосы – укрытия, расположенные за пределами источника местных выделений
(бортовые, кольцевые отсосы, отсасывающие панели, зонты и т. д.)
3)
полностью закрытые отсосы – являются составной частью кожуха источника вредных
выделений, т. е. машины или аппарата (элеватора, мельницы, дробилки и т. п.), который имеет небольшие
отверстия, щели или неплотности для поступления через них воздуха из помещения.
Вытяжные шкафы
Используются в химических лабораториях.
Вытяжной шкаф может быть как с естественным, так и с механическим побуждением движения
воздуха. Естественная – если в шкафу достаточно большая температура.
Используются для проведения различного рода работ и исследований.
Образовавшиеся внутри шкафа вредные выделения удаляются вместе с воздухом за пределы
помещения естественным или механическим путем, а на их место через рабочий проем
подтекает воздух, служащий завесой препятствующей прониканию вредных выделений из шкафа.
Шкафы с механической вытяжкой бывают: с верхним, нижним или комбинированным отсосом.
Расчет вытяжных шкафов сводится к определению расхода удаляемого воздуха
L = vрекF,
Vрек – рекомендуемая скорость (справочная величина)
F – площадь открытого (рабочего) проема шкафа.
Можно рассчитывать по другим отдельным формулам.
Бортовые и кольцевые отсосы Бортовые отсосы применяются для удаления вредных веществ с поверхности
растворов, находящихся в ванной. Отсос называется однобортовой, если расположен вдоль одной длинной
стороны, двухбортовой – если с двух сторон.
Угловые бортовые отсосы:
Если ванная круглая в плане, то отсос кольцевой
Все отсосы могут быть простые и опрокинутые:
Отсос называется активированный, если он активирован поддувом воздуха:
Струю воздуха для сдува нужно подавать вблизи зеркала ванны, чтобы она налипала на него, при этом струя
становится дальнобойной, а расход воздуха в ней уменьшается.
Для нормальной работы бортовых отсосов требуется обеспечить невысокие скорости движения воздуха в
помещении, для этого помещения с ванными герметизируются, а приточный воздух подается в верхнюю
зону воздуховодами равномерной раздачи.
Материалы для изготовления местных отсосов должны быть антикоррозийными.
Объединять бортовые отсосы одной вытяжной системой можно только в тех случаях, если удаляемые
вещества не взаимодействуют между собой с образованием токсичных соединений.
Выброс воздуха вытяжными системами осуществляют факельным способом с пре5дварительной очисткой.
Вытяжные зонты
Вытяжные зонты – местные отсосы, имеющие форму усеченных конусов или пирамид, они располагаются
над источниками вредных выделений.
Если имеется несколько источников, можно использовать групповой зонт.
Расстояние между источником и зонтом должно быть минимальным, но не мешать
нормальной работе.
Размер зонта в плане принимается несколько больше, чем размер источника вредных
выделений.
Зонт могут быть с механической или естественной вытяжкой.
Расчет зонта сводится к определению его размеров и расхода воздуха.
Местные отсосы для улавливания пыли
Загрязнение рабочей зоны пылью зависит от степени герметизации оборудования. Около
источников пылевыделения устраивают укрытия всасывающие отверстия, которые
должны быть максимально приближены к источнику. Конструкция укрытия зависит от типа оборудования.
При сварке на стационарных постах устраивают панели равномерного всасывания.
34 Местные приточные системы вентиляции
Воздушным душем называется поток воздуха, направленный на ограниченное рабочее место или
непосредственно на рабочего. Особенно эффективно применение воздушных душей при тепловом
облучении рабочего. В таких случаях воздушный душ устраивают на месте наиболее длительного
пребывания человека, а если в работе предусмотрены кратковременные перерывы для отдыха, то на месте
отдыха.
Воздушное душирование следует применять на постоянных рабочих местах при интенсивности облучения
350 Вт/м2 и более. Скорость и температуру воздуха на рабочем месте при применении воздушных душей
назначают в зависимости от интенсивности теплового облучения, длительности пребывания на рабочем
месте и температуры окружающего воздуха (v = 0,5-3,5 м/с; t = 18-24 С).
Ось воздушного потока направляется на грудь человека горизонтально или сверху под углом 45 при
обеспечении на рабочем месте заданных температур и скоростей движения воздуха, а также в лицо
горизонтально или под углом 45 при обеспечении допустимой концентрации вредных выделений.
Расстояние между выпуском воздуха до рабочего места должно быть не менее 1 м.
Передвижной воздушный душ
1 – электродвигатель; 2 – кожух; 3 – сетка; 4 – осевой вентилятор; 5 –
обтекатель; 6 – конфузор; 7 – форсунка для разбрызгивания воды;
Стационарные установки могут подавать как необработанный, так и
обработанный (подогретый и увлажненный) наружный воздух.
Передвижная установка подает внутренний воздух, данный агрегат
предусматривает лишь увлажнение. В этом случае капельки воды,
попадая на одежду и открытые части тела человека, испаряются и вызывают дополнительное охлаждение.
УДВ – типовые воздухораспределитель или универсальный душирующий воздухораспределитель.
1 – корпус патрубка; 2 – направляющие лопатки; 3 –
направляющая решетка; 4 – шарнирное фланцевое
соединение, которое позволяет направлять патрубок на
рабочего; 5 – пневматическая форсунка.
35 Воздушные завесы
1.
Отопление и вентиляция Ч.2 Вентиляция, под ред.
Богословского, с.310
2.
тетрадь
Воздушная завеса – вентиляционное устройство,
служащее для предотвращения прохода воздуха через
открытый проем.
Двусторонняя завеса шиберного типа
Воздушные завесы устраивают у следующих проемов: в наружных ограждениях, во
внутренних ограждениях (препятствует перетеканию загрязненного воздуха в чистые
помещения) и у технологического оборудования (препятствует прониканию вредных
веществ в рабочую зону помещения).
Классификация воздушных завес
1)
по режиму работы:
постоянные
непостоянные (периодические)
2)
по направлению струи:
снизу-вверх (эффективны, но редко используются, т. к. засоряются)
горизонтальное направление (одно и двухсторонние)
сверху-вниз
3)
по месту забора воздуха для завесы и его подогревом:
с забором воздуха внутри помещения и подогревом (постоянные рабочие места у наружных
проемов)
с внутренним воздухозабором без подогрева (если завеса у проемов во внутренних и
наружных ограждениях в случае, если допускается периодическое понижение температуры в помещении)
с наружным воздухозабором и подогревом (используется, если завеса совмещена с
приточной вентиляционной установкой)
с наружным воздухозабором без подогрева ( в случае наличия избыточного давления в
помещении)
4)
по назначению
завесы шиберного типа (частично перекрывают проем и сокращают проникание в
помещение наружного воздуха. В помещение поступает смесь наружного воздуха с нагретым воздухом
завесы).
Завесы смешивающего типа. Они обеспечивают эффективное смешивание воздуха с
нагретым воздухом завесы, не препятствуют прониканию воздуха.
Особенности проектирования воздушных завес
Постоянно действующие завесы шиберного типа следует предусматривать: у постоянно открытых ворот или
технологических проемов в наружных ограждениях.
Завесы шиберного типа периодического действия следует устанавливать у ворот, не имеющих тамбуров и у
ворот, открывающихся чаще 5 раз или не менее чем на 40 минут в смену, у открывающихся
технологических проемов в наружных ограждениях при температуре наружного воздуха -15С и ниже.
Завесы смешивающего типа (воздушно-тепловые) следует проектировать у наружных дверей, вестибюлей
общественных и административных зданий в зависимости от температуры наружного воздуха и числа
проходящих людей, при обосновании – у наружных дверей здания, если к вестибюлю примыкают
помещения без тамбура, оборудованные системами кондиционирования, у наружных дверей помещения с
мокрым режимом.
Параметры воздуха в завесе: температура воздуха завес от 5 до 14 С в зависимости от назначения
помещения и категорий работ (уже смешанного воздуха).
Температура воздуха в струе воздушной завесы не выше 50 С, если завеса у наружных дверей, и не выше 70
С, если завеса у ворот или технологических проемов.
Скорость воздуха, подаваемого завесами у дверей не более 8 м/с, у ворот – не выше 25 м/с.
Воздухораспределительные короба располагаются с внутренней стороны проема и воздух подается под
углом 30 к плоскости проема.
Высота щели должна быть равна высоте проема.
Выпуск воздуха из ВТЗ смешенного типа предусматривается с двух сторон таким образом, чтобы
открывающиеся двери не мешали работе завесы.
В воздушно-тепловом балансе работу завес периодического действия не учитывают. Следует учитывать
работу постоянных ВТЗ с забором воздуха снаружи помещения.
В тепловом балансе следует учитывать ВТЗ постоянного действия с забором воздуха снаружи и с
подогревом.
36 Аспирация и пневматический транспорт материалов и отходов.
Основное назначение системы аспирации – это очистка воздуха в рабочей зоне от пыли и твердых отходов,
и перемещение этих отходов к месту их отделения и переработки.
Классификация:
1.
Прямоточные системы – воздух после очистки выбрасывается в атмосферу.
2.
Рециркуляционные – в-ух после очистки полностью или частично возвращается в помещение
3.
Централизованный – подключено несколько станков с зависимым и независимым включением и
выключением.
4.
Автономная система – один или несколько станков включаеммых одновременно.
Наиболее распространена коллекторная (разветвленная) и кустовая схема.
Пневматическим транспортом называют перемещение измельченных материалов и отходов по воздуховодам
в смеси с воздухом.
Пневмотранспорт применяют для перемещения сухих формовочных материалов в литейном производстве,
хлопка на текстильных фабриках, для перемещения асбеста, перемещения отходов при обработке
древесины, графита, металлов и т. д.
Системы пневмотранспорта одновременно выполняют роль вытяжной вентиляции.
Классификация:
1)
по назначению: внутрицеховые, внешние
2)
по значениям потерь давления: низкого давления (до 5000 Па), среднего (более 5 кПа до 20 кПа) и
высокого давления (более 20 кПа).
Перемещение частицы материала в потоке воздуха
Под действием силы тяжести частица будет падать с ускорением g, но так как воздух оказывает
сопротивление движению, то через некоторое время частица станет падать без ускорения с постоянной
скоростью.
Если твердую частицу поместить в восходящий поток воздуха, то при определенной скорости этого потока
эта частица зависнет в нем, т. е. будет витать.
Скорость восходящего потока воздуха, при которой твердая частица не будет иметь вертикального
перемещения, равная постоянной скорости падения частицы в неподвижном воздухе, называется скоростью
витания.
Vs=d2мg/(18в) – теоретическая зависимость
для шаровидной частицы при Re < 1 и размере частицы не более 100 мкм
d – диаметр частицы;
в – вязкость среды, Пас;
м – плотность частицы.
Для других случаев vs определяется по эмпирическим формулам.
Одиночная частица, лежащая на внутренней поверхности горизонтального воздуховода, при некоторой
скорости воздушного потока сдвинется со своего места и начнет перемещаться по длине воздуховода.
Минимальную скорость движения воздуха, при которой частица начнет сдвигаться, называют скоростью
трогания.
Vтр = 1,3(м)1/3
Находясь в потоке воздуха, частица перемещается со скоростью меньше, чем скорость движения воздуха.
Отношение скорости движения частицы, находящейся в потоке воздуха, к скорости движения воздуха,
называется относительной скоростью движения частицы.
А = vм/vв
В момент трогания частицы относительная скорость равна 0. При определенной скорости движения воздуха,
называемой критической скоростью, относительная скорость приобретет максимальное значение.
Критическая скорость воздуха зависит от формы и размера частиц, плотности частиц, концентрации частиц,
плотности воздуха.
Скорость движения воздуха, при которой происходит транспортирование материала в горизонтальном
воздуховоде, называют транспортирующей скоростью, которая несколько выше критической скорости
воздуха и является справочной величиной для каждого вида материала или отходов.
Для предотвращения закупорки вертикальных каналов скорость движения смеси в них должна быть больше
скорости движения на горизонтальном участке на значение скорости витания.
vверт = vгор + vвит
Увеличение скорости в вертикальных участках достигается уменьшением площади сечения.
Внутрицеховые системы пневматического транспорта
Все схемы приведены на примере деревообрабатывающего производства
1.
Универсальная пневмотранспортная система с магистральным коллектором постоянного
сечения и ленточным транспортером внутри него.
Вентиляторы, подключенные к
коллектору создают по всей его длине практически одинаковое разряжение. К коллектору под прямым
углом присоединены воздуховоды, удаляющие отходы от станков. Так как скорость движения воздуха в
коллекторе недостаточна для транспортирования отходов во взвешенном состоянии, примеси выпадают на
транспортер и перемещаются к приемному устройству. Из приемного устройства примеси в потоке воздуха
со скоростью транспортирования направляются в циклон, в котором происходит их отделение от воздуха.
Схема применяется при числе станков не менее 40 и позволяет подключать новые станки без значительных
переделок. Благодаря поддержанию по всей длине коллектора
почти одинакового разряжения все присоединенные к нему
ответвления по условиям перепада давления в них находятся в
равных условиях.
2.
Упрощенная
универсальная
система
с
коллекторами сборниками.
Система с разветвленной сетью воздуховодов.
Применяется при
числе
станков
менее 10.
Основной недостаток при подсоединении
новых абонентов
происходит перераспределение расходов
воздуха,
отсасываемого от станков, в результате в
отдельных
ответвлениях скорости движения воздуха окажутся меньше расчетных и могут оказаться меньше
минимальных скоростей для транспортирования, тогда эти ответвления забьются.
Межцеховые системы пневмотранспорта
1.
Всасывающе-нагнетательная система
Используется, если возможно измельчение материала (в вентиляторе)
2.
Нагнетательная
Материал перемещается по нагнетательной стороне.
Схема используется, когда недопустимо измельчение материала, для введения
материала в сеть используется загрузочное устройство типа герметичных шлюзовых
затворов или эжекционных воронок.
3.
Всасывающе-нагнетательная система с промежуточным отделителем материала, применяется,
когда недопустимо измельчение материала.
На всасывающей стороне устанавливается промежуточный отделитель материала, из
которого через эжекционную воронку материал вновь направляется в сеть по
нагнетательной стороне системы.
4.
Всасывающая система
Основной недостаток – через вентилятор проходит материал, как следствие износ
вентилятора.
Основное оборудование для систем пневмотранспорта:
нагнетатели, воздуховоды, отделители материала.
В системах низкого давления используются вентиляторы среднего давления и
низкого давления.
Если материал проходит через вентилятор, используются пылевые вентиляторы (они отличаются по
конструкции рабочего колеса, у него меньшее число лопаток и высокая прочность).
Если материал не проходит вентилятор, то используются вентиляторы общего назначения.
В системах среднего давления используются центробежные вентиляторы высокого давления и
турбовоздуходувка (несколько рабочих колес в одном кожухе, воздух проходит через них последовательно).
В системах высокого давления устанавливают воздуходувные машины ротационноого типа.
Для отделения материала применяют циклоны и матерчатые фильтры.
Воздуховоды выполняются только круглые из оцинкованной или черной стали.
Установка регулирующих устройств не допускается, т. к. они забьются.
Фасонные части выполняются с меньшим сопротивлением, чем в системах вентиляции.
На сети воздуховодов устанавливаются лючки для очистки и осмотра.
37 Борьба с шумом и вибрациями в вентиляционных системах, принципы акустического расчета
Звуком называют волновое колебание упругой среды, создающее в ней дополнительное переменное
давление. Если звук не содержит ясно выраженных частотных составляющих, его называют шумом.
Основным параметром шума является частота. Единицей измерения частоты является герц (1 Гц). Для
измерения шума введена величина логарифмического типа – децибел (дБ). Показатели в дБ характеризуют
«звуковой уровень шума». Допустимые уровни звукового давления нормируются в 8 октавных полосах.(63
Гц, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000).
Преобладающим в системах вентиляции является шум от вентилятора. Вентилятор создает
аэродинамический и механический шум. Аэродинамический шум возникает при пульсации скорости и
колебания давления в потоке воздуха, протекающего через вентилятор. Механический шум возникает при
механических колебаниях элементов вентилятора. Механический шум практически не зависит от
характеристики сети, аэродинамический – зависит. Со всеми шумами, которые обусловлены высокой
скоростью движения воздуха, можно легко бороться путем снижения скоростей.
В установках с воздуховодами шум распространяется от источника обработки воздуха по вентиляционным
каналам в разные направления. Шум проникает в помещение как через выводные воздухораспределители,
так и через заборные решетки. Установка распространяет шум также через панели перекрытия помещения, в
которых она находиться. Иногда имеют дело с шумом, который поступает по каналам извне через
распределитель, расположенный в шумном месте, либо по тому же вентиляционному каналу,
пересекающиму шумное помещение Кроме самой вентиляционной установки источниками шума могут быть
вихри, образующиеся в элементах воздуховодов и вентиляционных решетках, а также колебания
недостаточно жестких стенок воздуховодов. Кроме того, возможно проникание через вентиляционные
решетки и стенки воздуховодов посторонних шумов.
Меры по снижению шума
1. Для борьбы с шумом вентиляторных установок снижают окружную скорость вращения рабочего колеса
вентилятора.По условиям относительной бесшумности рекомендуются следующие окружные скорости
вращения рабочего колеса вентилятора: для осевых вентиляторов, устанавливаемых в жилых и
общественных зданиях, не выше 35 м/с, а для радиальных – 25 – 30 м/с; в производственных зданиях
окружные скорости принимают с учетом шума от других источников, но не выше 50 м/с.
2 Необходимо стремиться к применению более простых по составу и не очень разветвленных систем,
обладающих минимально возможным аэродинамическим сопротивлением. Это позволит применить
вентиляционные агрегаты с невысокими давлениями, менее шумные;
1.
Помещения, для которых уровень звукового давления строго регламентирован, следует располагать
вдали от приточных и вытяжных камер;
2.
Эффективно применение радиальных вентиляторов с лопатками, загнутыми назад, а также осевых
вентиляторов;
3.
Замена подшипников качения подшипниками скольжения;
4.
Вытяжные камеры следует располагать над вспомогательными помещениями;
5.
Внутренние поверхности вентиляционных камер необходимо покрывать звукопоглощающей
штукатуркой или обивать материалами, хорошо поглощающими звуки различной высоты;
6.
Для повышения звукоизолирующей способности дверей камер возможно утяжеление их
конструкции, устройство двойных дверей и обеспечение максимальной плотности притворов;
7.
Нельзя крепить непосредственно к каркасу и ограждающим конструкциям зданий
электродвигатели, вентиляторы и другое оборудование, вызывающее вибрацию;
8.
В воздуховодах следует устанавливать специальные шумоглушители;
9.
Необходимо присоединение вентилятора к воздуховоду через мягкие вставки из прорезиненной
ткани, это предотвращает передачу вибрации от вентилятора к каналу;
10.
Рекомендуется устраивать плавный участок воздух-да сразу же после места подсоединения его к
вентилятору. Длина этого участка не менее 1,5 раза больше максимал. Диаметра выходного патрубка
вентилятура и внутри должно быть установлено звукоизоляция толщиной не менее 25мм.
11.
На выходе воздуха из вентилятора должна быть предусмотрены расширительнае патрубки с углом
не менее 300, при заборе воздуха – не иене 600.Резкое изменение сечения канала почти всегда приводит к
появлению эффекта «гула».
12.
Входное отверстие в вентилятор не обходимо устраивать плавным;
13.
Присоединение воздухозаборников и распределителей воздуха к основному воздуховоду должно
бать по возможности соосным, чтобы избежать возникновения побочного шума.
14.
Эффективно применение виброизолирующий оснований;
15.
Металлические поверхности следует покрывать вибродемпфирующей мастикой.
Глушители шума
Глушители шума следует применять в тех случаях, когда не удается добиться допустимого уровня звукового
давления другими способами. В вентиляционных установках применяют глушители диссипативного
действия с поглощающим материалом.По конструкции глушители подразделяются на трубчатые, сотовые,
пластинчатые и камерные.
Трубчатые,
Сотовые,
Камерные,
Пластинчатые
В качестве звукопоглощающего материала в
шумоглушителях приточных систем
рекомендуется применять мягкие маты плотностью 15 кг/м3 из стекловолокна, базальтовое волокно. Для
вытяжных систем рекомендуют использовать более дешевые плиты из стекловолокна, минераловатные
плиты, мелкофракционный керамзит.
При использовании менее эффективных материалов необходимо увеличивать длину глушителя.
Виброизоляция вентиляционных установок
Вибрации, возникающие при работе вентиляционной установки, передаются воздуховодам и основанию, на
котором смонтирована установка. Вибрации являются причиной возникновения структурного звука
(колебаний, распространяющихся в твердых телах). При установке вентилятора на фундаменте колебания по
грунту передаются фундаментам, стенам и перекрытиям здания. При установке вентилятора на
междуэтажном перекрытии структурный звук непосредственно передается в нижележащее помещение.
Снижение структурного звука, передаваемого основанию, может быть достигнуто путем установки
вентиляторов на вибризоляторах.
Принцип акустического расчета
Для проведения акустического расчета необходим аэродинамический расчет. Принятые скорости движения
воздуха в элементах сети не должны превышать допустимых пределов. В этом случае источником шума
будет являться только вентилятор, а целью расчета – определение фактического уровня звукового давления,
создаваемого вентилятором в расчетной точке помещения и сравнение полученной величины с
нормативной.
Требуемое снижение октавных уровней звукового давления для каждой системы:
Lтрi = Li – Lдоп + 10 lg n
Li – октавный уровень звукового давления, создаваемый данным источником в расчетной точке;
n – общее число принимаемых в расчет источников шума;
Lдоп – допустимый октавный уровень звукового давления для данного помещения.
Шум нормируется в 8 октавных полосах.
Если Lтрi  0, то никаких дополнительных мероприятий по снижению шума не требуется.
Если Lтрi > 0, то нужны дополнительные мероприятия по снижению шума (установка шумоглушителя,
облицовка
В качестве виброизоляторов применяют пружинные амортизаторы и упругие прокладки.
Для предотвращения передачи вибраций от вентилятора воздуховодам, последние присоединяются к
вентилятору при помощи гибких вставок.
38 Испытания и наладка вентиляционных систем
Испытание и наладку систем вентиляции осуществляют при их приемке и в процессе эксплуатации.
При приемке испытание проводят после окончания монтажно-строительных и отделочных работ до
установки технологического оборудования или при его частичной загрузке. При этом виде технического
испытания проверяют соответствие проекту:
- производительности и полного давления вентилятора каждой вентиляционной установки;
- объемного расхода воздуха, проходящего через отдельные воздухоприемные и воздуховыпускные
устройства;
- теплопроизводительности калориферных установок;
- режима работы насосов оросительных камер;
- параметров приточного воздуха, поступающего в помещение.
Для оценки эффективности вентиляции в процессе эксплуатации системы проводят техническое и
санитарно-гигиеническое испытание установок.
При техническом испытании вентиляционной установки определяют:
- производительность и полное давление вентилятора, а также частоту вращения вентилятора и
электродвигателя;
- расходы удаляемого и подаваемого воздуха, скорости движения воздуха в вентиляционных каналах,
скорости выпуска воздуха из приточных отверстий и насадков, скорости всасывания в сечениях вытяжных
отверстий, а также распределение расходов воздуха по отдельным участкам вентиляционной сети;
- температуру приточного и удаляемого воздуха, сопротивление и теплопроизводительность калориферов;
- пропускную способность и сопротивление пылеуловителей и фильтров;
- характер работы оросительных камер;
- наличие подсосов или утечек воздуха по отдельным элементам системы.
При санитарно-гигиеническом испытании вентиляционных установок выясняют, обеспечивает ли
вентиляционная система:
- заданные значения температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне
помещения и на рабочих местах;
- требуемую чистоту воздуха в помещении в отношении содержания пыли, газов и паров вредных веществ, а
также влаги;
- необходимую чистоту, температуру и относительную влажность приточного воздуха;
- заданные значения температуры, относительной влажности и допустимой запыленности и загазованности
воздуха, удаляемого из помещений.
Проверка санитарно-гигиенической эффективности вентиляции должна проводиться в теплый и холодный
периоды года.
Приборы для технического контроля за работой вентиляции
Температуру воздуха можно определять обычными ртутными термометрами. Для измерения температуры
воздуха в течение продолжительного периода времени применяют самопишущие приборы – термографы.
При одновременном определении температуры и относительной влажности применяют аспирационные
психрометры.
Скорость движения воздуха измеряют чашечными или крыльчатыми анемометрами. При определении
малых скоростей движения воздуха пользуются кататермометрами, термоанемометрами и
электроанемометрами.
Давления, скорости и расходы воздуха в воздуховодах измеряют с помощью манометров, микроманометров
и пневмометрических трубок.
Испытание вентиляционных установок
Подготовка к испытанию сводится к сопоставлению смонтированной вентиляционной установки с
проектными данными.
При испытании сначала производят пробный пуск установки, а затем тщательно осматривают всю установку
и устраняют замеченные неисправности.
При определении расхода воздуха в воздуховоде выбирают прямой участок постоянного сечения,
отстоящий от фасонных частей на расстоянии не менее трех диаметров воздуховода, и в каком-либо сечении
выбранного участка измеряют давление в восьми-девяти точках.
Динамическое давление, Па, соответствующее средней скорости, определяется по формуле
2
 р д1  р д2  ...  р дn  ,


p 
д


n


где рд1, рд2, … рдn – динамическое давление в точках измерения, Па; n – число точек замера в сечении.
Средняя скорость движения воздуха, м/с, определяется по формуле:
2p д ,
v
ρ
где  - плотность воздуха, кг/м3.
Объемный расход перемещаемого воздуха, м3/ч:
L  3600Fv ,
где F – площадь поперечного сечения воздуховода, м2.
Производительность вентилятора определяется как средняя величина расходов на всасывании и
нагнетании:
L  Lнаг .
Lср  вс
2
Полное давление, развиваемое вентилятором, определяется как разность полных давлений после
вентилятора и до вентилятора:
р п  р п.наг  р п.вс .
Статическое давление, развиваемое вентилятором, определяется как разность между полным и
динамическим давлениями в выхлопном отверстии вентилятора или как разность статического давления на
нагнетании и полного давления на всасывании:
р ст  р п.наг  р д.наг  р ст.наг  р п.вс .
(11.6)
Измерения следует производить при постоянной частоте вращения вентилятора, для чего частоту вращения
определяют в начале и в конце испытания при помощи счетчиков оборотов или тахометров.
Действительную теплопроизводительность калориферов в результате испытания определяют по
формуле:
Q  0,278Gct к  t н  ,
где G – массовый расход воздуха, проходящий через калорифер, кг/ч; с – удельная теплоемкость воздуха,
кДж/(кг*К); tк – температура воздуха, выходящего из калориферов, 0С; tн – температура воздуха перед
калориферами, 0С.
Определив разность статических давлений до и после калориферов, находят сопротивление калориферов
проходу воздуха. При испытании фильтров определяют расход очищаемого воздуха Lизм, м3/ч, их
эффективность и сопротивление, а также фактическую удельную нагрузку.
Действительная удельная нагрузка пылеуловителя, м3/(ч*м2):
L
L действ  изм ,
Fф
где Fф – фактическая площадь пылеуловителя, м2.
Сопротивление пылеуловителя определяется как разность статических давлений до и после пылеуловителя.
Эффективность пылеуловителя, %, определяется по формуле:
С
η  (1  к )100 ,
Сн
где Ск и Сн – соответственно конечная и начальная концентрация пыли, мг/м3.
Испытание оросительных камер проводится для определения охлаждающей мощности камеры,
эффективности теплообмена в камере, количества увлажняемого воздуха и сопротивления камеры, а в
некоторых случаях расхода воды и ее температуры. Испытание оросительной камеры проводят после
установления стационарного режима ее работы.
Действительная охлаждающая мощность оросительной камеры, Вт, по воздуху вычисляется по формуле:
Qохл
действ  0.278G действ (I1  I 2 ) ,
где Gдейств – действительный расход воздуха, проходящего через дождевое пространство оросительной
камеры, кг/ч; I1 и I2 – соответственно начальная и конечная энтальпия воздуха, кДж/кг.
Действительный коэффициент орошения, г/кг, определяется как
μ действ 
Wдейств
,
G действ
где Wдейств – действительный расход разбрызгиваемой воды, кг/с.
После проведения испытания всех элементов вентиляционных установок составляется отчет по испытанию,
содержащий:
- строительную характеристику объекта, где проводится испытание;
- краткую характеристику технологического процесса и оборудования;
- санитарно-гигиеническую характеристику объекта испытания;
- описание и характеристику вентиляционных устройств;
- описание методики проведения испытания;
- результаты испытания и анализы результатов;
- выводы и предложения.
Регулирование систем вентиляции
Основная задача регулирования систем механической вентиляции состоит в обеспечении на всех участках
вентиляционной сети предусмотренных проектом расходов воздуха. Регулированию или наладке
предшествует техническое испытание вентиляционной установки, проводимое для снятия фактических
показателей ее работы.
Производительность вентиляционной установки регулируют двумя способами.
Первый способ регулирования заключается в изменении характеристики сети, т.е. в увеличении или
уменьшении суммарного сопротивления путем прикрытия или открытия регулирующих устройств
(шиберов, дроссель-клапанов, воздухораспределительных устройств и т.п.).
Второй способ заключается в изменении характеристики вентилятора путем увеличения или уменьшения
частоты его вращения. Второй способ выгоднее с экономической точки зрения.
Регулирование вентиляционной установки начинают с регулирования вентилятора с целью приведения в
соответствие с данными проекта его полного давления и производительности. Регулирование сети начинают
с ответвлений, расположенных ближе к вентилятору, с помощью регулирующих устройств. Если
ответвления не имеют регулирующих устройств, дополнительные сопротивления создают путем установки
диафрагм.
Регулирование может быть закончено, когда расходы воздуха будут отличаться от проектных данных не
более чем на 10 %.
Режимы работы систем вентиляции
Изменения в широких пределах параметров наружного климата, а также колебания выделений вредных
веществ в помещениях приводят к необходимости регулирования систем вентиляции в течение года.
Регулирование может быть качественное и количественное.
Качественное регулирование заключается в изменении, в зависимости от колебаний выделений вредных
веществ в помещении, параметров приточного воздуха при неизменном расходе.
Количественное регулирование заключается в изменении расхода приточного воздуха при сохранении
неизменными его параметров.
Эксплуатация систем вентиляции
Каждая принятая в эксплуатацию вентиляционная установка должна иметь:
- проектную документацию;
- технический паспорт;
- инструкцию по эксплуатации;
- журнал эксплуатации и ремонта.
В паспорте зафиксированы показатели всех основных элементов систем, отмечается замена отдельных
элементов.
Инструкция по эксплуатации определяет обязанности эксплуатационного персонала и необходимые
действия при эксплуатации системы.
В журнале эксплуатации и ремонта ежедневно фиксируются полная картина фактического режима
эксплуатации и проводимые ремонтные мероприятия.
Каждую вентиляционную установку цеха нумеруют своим порядковым номером (например, ВУ-5), который
наносится на кожух вентилятора несмываемой краской.
Ответственным за эксплуатацию является начальник цеха, главный механик или инженер по эксплуатации
здания.
На лиц, обслуживающих вентиляционное хозяйство, возлагаются следующие обязанности:
- своевременный пуск, остановка и регулярная чистка вентиляционных установок;
- регулярное фиксирование в журналах эксплуатации неисправностей и дефектов в работе вентиляционных
установок;
- проведение текущего мелкого ремонта и поддержание вентиляционного оборудования в порядке
КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ
39 Центральные и местные кондиционеры
Кондиционирование воздуха — это создание и автоматическое поддержание (регулирование) в закрытых
помещениях всех или отдельных его параметров (температуры, влажности, чистоты, скорости движения
воздуха) на определенном уровне с целью
обеспечения
оптимальных метеорологических условий,
наиболее благоприятных для самочувствия людей или ведения технологического процесса.
Современные системы кондиционирования могут быть классифицированы по следующим признакам:
• по основному назначению (объекту применения): комфортные и технологические;
• по принципу расположения кондиционера по отношению к обслуживаемому помещению: центральные и
местные. В центральных СКВ кондиционеры устанавливаются в необслуживаемых объектов. Системы
предназначены для создания микроклимата в одном большом или нескольких мелких помещениях.
Установка местных кондиционерах возможна на рабочих местах производственных цехов, либо в
небольших помещениях;
• по наличию собственного (входящего в конструкцию кондиционера) источника тепла и холода:
автономные и неавтономные;
• по принципу действия: прямоточные, рециркуляционные и комбинированные. Прямоточные
характеризуются обработкой в кондиционерах лишь наружного воздуха. Рециркуляционные
характеризуются обработкой воздуха в кон-ах смеси наружного и рецир-го воздуха.;
• по способу регулирования выходных параметров кондиционированного воздуха: с качественным
(однотрубным) и количественным (двухтрубным) регулированием;
• по степени обеспечения метеорологических условий в обслуживаемом помещении: первого, второго и
третьего класса;
• по количеству обслуживаемых помещений (локальных зон): однозональные и многозональные;
• по давлению, развиваемому вентиляторами кондиционеров: низкого, среднего и высокого давления.
 по режиму работы на: -круглогодичные, поддерживающие требуемые параметры воздуха в течение всего
года, -сезонные, осуществляющие для холодного периода нагрев и увлажнение воздуха, а для теплого
периода – охлаждение и осушку.
 По степени обеспечения требуемых параметров воздуха в обслуживаемом помещении в течение всего
года. Расчетные параметры наружного воздуха для СКВ выбираются в зависимости от климатических
условий местности и назначения кондиц-го помещения.
Кроме приведенных классификаций, существуют разнообразные системы кондиционирования,
обслуживающие специальные технологические процессы.
Центральные кондиционеры представляют собой неавтономные кондиционеры, снабжаемые извне холодом
(подводом холодной воды или незамерзающих жидкостей), теплом (подводом горячей воды или пара) и
электроэнергией для привода вентиляторов, насосов, запорно-регулирующих аппаратов на воздушных и
жидкостных коммуникациях. Центральные кондиционеры предназначены для обслуживания нескольких
помещений или одного большого помещения. Иногда несколько центральных кондиционеров обслуживают
одно помещение больших размеров (театральный зал, закрытый стадион, производственный цех).
Современные центральные кондиционеры выпускаются в секционном исполнении и состоят из
унифицированных типовых секций (трехмерных модулей), предназначенных для регулирования,
смешивания, нагревания, охлаждения, очистки, осушки, увлажнения и перемещения воздуха.
Наряду с существенными преимуществами, связанными с возможностью эффективного поддержания
заданной температуры, влажности и подвижности воздуха в помещениях большого объѐма, центральные
кондиционеры, вместе с тем, имеют и некоторые недостатки, основными из которых являются
необходимость проведения сложных монтажно-строительных работ, прокладка по зданию протяжѐнных
коммуникаций (воздуховодов и трубопроводов).
Центральные кондиционеры подразделяются на:
1) прямоточные
2) с рециркуляцией
Центральные кондиционеры бывают с первой и/или второй рециркуляцией.
Центральные прямоточные кондиционеры обрабатывают только наружный воздух, кондиционеры с
рециркуляцией обрабатывают смесь наружного и рециркуляционного (вытяжного) воздуха.
1-я рециркуляция представляет собой подмешивание рециркуляционного воздуха к наружному перед
теплообменником 1-го подогрева, что значительно снижает потребление тепла на первый подогрев.
2-я рециркуляция представляет собой подмешивание рециркуляционного воздуха к наружному воздуху,
прошедшему обработку в воздухоохладителе или камере орошения перед вентилятором. При этом отпадает
необходимость включения в работу теплообменника 2-го подогрева в летний период.
Кондционер с теплоутилизацией – это прямоточный кондиционер с центральным теплоутилизатором, в
котором нет смешения потоков наружного и рециркуляционного воздуха, а передача тепла от удаляемого
воздуха к наружному происходит в специальном теплообменнике.
Преимущества центральных СКВ по сравнению с местными СКВ:
улучшаются условия эксплуатации СКВ в связи с сосредоточением оборудования, требующего
систематического обслуживания и ремонта, в одном месте либо в ограниченном числе мест;
возможна надлежащая защита от передачи механического и аэродинамического шума и вибраций
в обслуживаемые помещения;
обеспечивается возможность эффективного поддержания заданных параметров воздуха в
помещениях.
Центральный кондиционер состоит из отдельных типов секций. Секции могут быть скомпонованы в 2-х
ярусном исполнении или с учетом рельефа помещения. Кроме стандартных типовых компоновок
существует возможность создания собственной уникальной компоновки кондиционера. Размеры секций
унифицированы и зависят как правило, от расхода и скорости обрабатываемого в кондиционере воздуха.
Секция охлаждения представляет собой водяной или фреоновый теплообменник – теплообменник,
изготовленный из медных трубок с алюминиевыми ребрами. Хладагент: охлажденная вода, смесь воды и
гликоля, фреон (R-22)Поступает либо от чиллера, градирни, артезианской скважины.
В секции воздухонагревания могут использоваться водяные, паровые и электрические нагреватели.
Увлажнение в центр. конд. осуществляется в секции оросительного увлажнения водой (форсуночной
камере) или секции парового увлажнения. В ф.к. происходит адиабатическое увлажнение воздуха
циркуляционной водой.
Секция фильтрации. Фильтры размещены в тех частях кондиционера, через который проходит весь
обрабатываемый воздух, и так, чтобы защитить от пыли возможно большее число секций кондиционера.
Вентиляционная секция предназначена для забора воздуха в центр.конд. и подачи его в обслуживаемое
помещение. Применяют радиальные (центробежные)вентил. одно и 2-х стороннего всасывания низкого и
среднего давления.
Секция шумоглушения предназначена для снижения уровня шума , создаваемого центр.конд. (встроенный
вентилятор, насос и т.д)
Регулирование количества воздуха (наружного и рециркуляционного), осуществляется воздушными
клапанами.
Местные СКВ устанавливаются внутри обслуживаемых помещений либо в непосредственной близости к
ним. Эти системы могут быть оборудованы как автономными, так и неавтономными местными
кондиционерами.
К достоинствам местных СКВ следует отнести: возможность быстрой установки- и ввода в эксплуатацию,
в любых помещениях при небольшом объеме строительно-монтажных работ, возможность индивидуального
регулирования температуры воздуха в помещении при меняющейся тепловой нагрузке. Недостатками
местных систем являются повышенный, шум. в помещении, создаваемый вентиляторами и компрессорами
холодильных машин, затруднения при обслуживании большого числа агрегатов, расположенных в
различных помещениях, а также сравнительно короткий срок службы местных кондиционеров (7—10 лет),
примерно в 2—3 раза меньший, чем для центральных СКВ.
Работа кондиционера протекает следующим образом. Наружный воздух, засасываемый вентилятором через
жалюзи подается на охлаждение конденсатора и затем через жалюзи выбрасывается наружу.
Поступающий воздух из помещений очищается в фильтре и вентилятором подается в испаритель холодильной машины. Охлажденный в испарителе воздух поступает в помещение. Следовательно, кондиционер
работает только в режиме охлаждения.
Системы с местными неавтономными кондиционерами, которые снабжаются тепло- и холодоносителем от
внешних источников, более распространены, поскольку их можно использовать для круглогодичного
кондиционирования. Кроме того, они создают меньший уровень шума в помещениях, так как в
кондиционерах нет холодильных машин.
Для кондиционирования воздуха в жилых и общественных (офисных) помещениях наибольшее
распространение получили кондиционеры сплит-систем.
Кондиционеры сплит-систем состоят из внешнего блока (компрессорно-конденсатного агрегата) и
внутреннего блока (испарительного).
Во внешнем блоке находятся компрессор, конденсатор и вентилятор.
Внешний блок может быть установлен на стене здания, на крыше или чердаке, в подсобном помещении или
на балконе, то есть в таком месте, где горячий конденсатор может продуваться атмосферным воздухом
более низкой температуры.
Внутренний блок устанавливается непосредственно в кондиционируемом помещении и предназначен для
охлаждения или нагревания воздуха, фильтрации его и создания необходимой подвижности воздуха в
помещении.
Основным преимуществом кондиционеров сплит-систем является относительная простота конструкции,
позволяющая получить достаточно низкую стоимость кондиционера при быстрой и легкой его установке.
Недостатком таких кондиционеров можно считать невозможность подачи в помещение свежего воздуха.
Типы кондиционеров сплит-систем:
1)
настенные 1,5-5,0 кВт;
2)
напольно-потолочные 4,0-9,0 кВт;
3)
колонного типа 5,0-14,5 кВт;
4)
кассетного типа 5,0-14,0 кВт;
5)
многозональные с изменяемым расходом хладагента.
При кондиционировании нескольких соседних комнат могут использоваться модели, в которых к одному
наружному блоку подключены два внутренних блока и даже три-четыре блока, так называемые мультисплит-системы.
Канальные кондиционеры предназначены для кондиционирования нескольких помещений. Он рассчитан на
работу в режиме рециркуляции. Внутренние блоки канальных кондиционеров устанавливаются за
подшивным потолком, а воздух забирается и раздаѐтся воздуховодами по кондиционируемым помещениям.
Б15 (40) ХОЛОДОСНАБЖЕНИЕ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
А. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Источниками холода для систем кондиционирования воздуха (СКВ) могут служить естественное
испарение воды в атмосфере, артезианская вода, вода холодных рек и озер, лед и холодильные
установки компрессионного, абсорбционного и пароэжекционного типов.
Прямое, косвенное или комбинированное испарительное охлаждение воздуха следует предусматривать,
как правило, в районах с сухим и жарким климатом, когда однии из этих способов можно обеспечить
заданные параметры воздуха а помещениях.
Артезианскую воду, воду горных рек и озер следует применять в качестве холодоносителя, если это экономически целесообразно и, как правило, если температура воды позволяет получить необходимые
параметры воздуха при нагреве воды не менее чем на 3°.
Применение льда, изготовляемого путей намораживания воды в бунтах или из водоемов, рекомендуется
для систем, потребляющих до 150 тыс. ккал/ч холода при максимальной нагрузке. Использование льда,
как правило, целесообразно в районах к северо-востоку от линии Ленинград — Волгоград — Алма-Ата.
Намораживание и хранение льда следует производить в непосредственной близости от потребителя, чтобы
лед не приходилось перевозить.
Производство искусственного холода связано с потерями холода на тракте хладагента и
хладоносителя, а также при нагревании воды в циркуляционных насосах. Величину этих потерь при
ориентировочных
расчетах
следует
принимать
равной:
для
малых
установок
холодопроизводительностью
до
150
тыс.
ккал/ч—15—20%;
для
средних
установок
холодопроизводительностью от 150 ДО 1500 тыс. ккал/ч—12—15%; для крупных установок
холодопроизводительностью более 1500 тыс. ккал/ч — 7—12%.
При неравномерном потреблении холода в часы сниженных нагрузок рекомендуется предусматривать аккумуляцию холода в баках-аккумуляторах или в емких испарителях, допускающих намораживание льда
на трубах.
Минимальная емкость системы; холодоснабжения должна быть такова, чтобы число включений машин
было не более 4 в час.
При потребности в искусственном холоде до 300 тыс. ккал/ч передачу холода от источника к воздухоохладителям иногда проектируют непосредственно с помощью фреона, который испаряется внутри
воздухоохладителя.
Все более крупные системы холодоснабжения, а также большое количество систем производительностью
менее 300 тыс. ккал/ч, как правило, проектируются с промежуточным хладоносителем — холодной
одой или рассолами, за исключением случаев, когда хладагентом является вода, например в
пароэжекторных установках.
Холодильные установки рекомендуется компоновать из двух и более однотипных холодильных машин,
допускается установка одной машины, имеющей приспособления для автоматического регулирования
производительности. Установка резервных холодильных машин, как правило, не допускается.
Б. ЕСТЕСТВЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ХОЛОДА
В качестве естественных источников холода для
кондиционирования воздуха применяется: испарение воды при атмосферном давлении, артезианская
вода, я также вода холодных рек и озер и водяной лед.
В. НАИБОЛЕЕ УПОТРЕБИТЕЛЬНЫЕ ХЛАДАГЕНТЫ
Для установок, снабжающих системы
кондиционирования воздуха холодом, применяются фреоны и аммиак.
Г . КОМПРЕССОРНЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ СТАНЦИИ
При невозможности или экономической нецелесообразности использования естественных источников холода следует применять холодильные установки:
а)
фреоновые поршневые при максимальной потребности в холоде до 3 млн. ккал/ч;
б)
фреоновые центробежные — от 1 млн. ккал/ч и более;
в)
аммиачные поршневые установки холодопроизводи те льн остью от 150 тыс. ккал/ч до 10 млн.
ккал/ч и центробежные от 9 млн. ккал/ч и более только для промышленных предприятий.
Режим работы холодильной машины определяется температурами:
tо — температура испарения холодильного агента в град, которая принимается исходя из условий работы
системы кондиционирования воздуха;
tк — температура конденсации в град, которая принимается на 3—4° выше температуры воды, уходящей
из конденсаторов;
tп— температура переохлаждения агента в град, которая Принимается на 1—2° выше начальной
температуры води, подаваемой в конденсаторы.
Сравнивать холодильные машины между собой следует приводя их производительность к одной из «сравнительных температур»:
стандартные t0 =—15°; t к = +30°; tп = +25°;
плюсовые фреоновые для кондиционирования воздуха tо=+5а; tк = +35°; tп=+30°;
нормальные (применяются редко) tо=—10°; tк =25°; tп=15 о .
Д. Пароэжекторные и абсорбционные холодильные станции
Холодильные станции с пароэжекторныии машинами требуют малых первоначальных затрат, однако
эксплуатационные затраты на них велики. Их рекомендуется применять при малом числе часов работы в
течение года (до 1000 ч), Наличии дешевого пара давлением не менее 6 кгс/см 2 для мелких и средних
машин и Не менее 1 кгс/см2 для крупных машин с барометрическими конденсаторами, наличии дешевой
охлаждающей воды для конденсаторов и в случаях, когда требуется снижение вибраций и динамических
нагрузок на строительные конструкции.
Абсорбционные холодильные машины работают на бинарных смесях, которые при равном давлении имеют
резко отличающиеся температуры кипения, причем лег-кокипящий компонент служит хладагентом, а
трудноки-пящнй — абсорбентом.
Бромнстолитиевые абсорбционные установки рекомендуются при максимальных потребностях в холоде
500 тыс. ккал/ч и более при наличии дешевого тепла в виде пара давлением 0,5 кгс/см 2 и выше или
горячей воды с температурой 900 С и выше, или дешевого газового топлива, в также в случаях, когда
требуется снижение вибраций или уменьшение динамических нагрузок на строительные конструкции.
Абсорбционные бромисто-литиевые установки экономичней пароэжекторных по расходу тепла (в 4 раза
меньше) и воды для охлаждения конденсаторов (в 2 раза меньше), однако они отличаются большой
коррозионной активностью хладагента. Водоамыиачные абсорбционные установки допускается применять
для кондиционирования воздуха помещений производственных зданий при необходимости получения
хладоносителя с температурой 2° С и ниже только в закрытых водяных системах.
Е. Системы хладоснабжения кондиционеров
В качестве хладоносителя для систем кондиционирования воздуха, как правило, используют воду или (при
необходимости глубокого охлаждения воздуха) раствор солей в воде, замерзающий при низких
температурах, либо хладагенты.
Система хладоснабжения зависит от способа получения холода, расположения источников холода и расстояния от них до потребителей.
Наиболее распространенным видом воздухоохладителя, особенно в центральных системах, является форсуночная камера. Ее присоединяют к системе хладоснабжения по одной из следующих схем:
а)
непосредственно (рис. 7.44, а) для питания холодной водой, поступающей извне с регулированием
или без регулирования ее расхода;
б)
с помощью насоса (рис. 7.44, б) для питания смесью
воды, поступающей извне и из поддона камеры, с регулированием пропорции смеси, при переменном расходе
воды из системы хладосдабжения и постоянно» общем
расходе воды, подаваемой к форсункам;
в)
с помощью двух насосов (рис. 7.44, в) для питания по
двухступенчатому циклу;
г)
с помощью теплообмеиного аппарата и насоса(рис.
7.44, г) или теплообменника в виде змеевика, устанавливаемого в поддоне камеры.
Рис. 7.44. Схемы присоединения форсуночных камер к
системе хладоснабжения
а— непосредственно;
б —- с помощью насоса;
в— с
помощью двух насосов; г — с помощью насоса и
теплообменника; / — сепаратор; 2 —форсунки;
3 —
регулирующий клапан; 4 —шаровой кран; 5 — поддон; 6 — насос; 7 — теплообменник
Расход воды, поступающей извне, рассчитывают с учетом температуры воды, подаваемой к форсункам,
tВ.Н.; температуры воды, забираемой из поддона, tВ.К. и температуры воды, подаваемой извне, tВ.З.
В форсуночных камерах, работающих с теплообменниками или на режимах адиабатического охлаждении и
увлажнения воздуха, необходимо предусматривать восполнение естественной убыли воды, происходящей в
результате испарения или утечек. Камера пополняется водой через шаровой кран, устанавливаемый в
поддоне или в емкости перед циркуляционным насосом. Шаровой кран необходим также для
обеспечения зимних режимов в камерах, питаемых летом по схемам рис. 7.44,6 и в.
Расход воды, Wз, м3/ч, необходимой для восполнения естественной убыли, зависит от типа установленных
форсунок и производительности циркуляционного насоса W:
Распыление…………………… грубое
среднее
тонкое
Wз м3/ч…………………………0,01W
0,02W
0,03W
Кроме того, следует предусматривать ежесуточную смену воды в поддонах форсуночных камер, а также
промывку камер и оборудования кондиционеров горячей водой.
Магистрали для стока воды из форсуночных камер, присоединяемые к переливным устройствам, должны
обеспечивать сброс поступающей воды.
Ответвления от поддона форсуночных камер каждого кондиционера до магистрали при снабжении камер водой по
схемам, показанным на рис. 7.44,6 к в, следует проверять на кратковременный пропуск расхода воды, равного
полной производительности. циркуляционного насоса, а при питании камер по схеме, показанной на рис. 7.44, а,
или через шаровой кран (рис. 7.44, г) на полную пропускную способность трубы, подведенной к форсункам или к
шаровому крану.
Вода, рециркулирующая в системе орошения и подаваемая извне, должна подвергаться очистке при помощи сетчатых
фильтров, а при загрязнении ее волокнистой пылью — при помощи гравийных или песчаных фильтров.
Схема снабжения холодной водой небольшой группы камер орошения, расположенной вблизи холодильной
станции, имеющей закрытый испаритель, показана на рис. 7.62; сдвоенный бак должен быть расположен ниже
поддонов камер орошения, так как вода из поддона поступает в бак самотеком. Ось насосов кондиционера и
холодильной станции должна быть ниже уровня воды в баке. Насосы работают с постоянным расходом воды.
Схема снабжения холодной водой большого числа кондиционеров показана на рис. 7.63. При сокращении
потребности в холодной воде трехходовые клапаны 3 или проходные клапаны 13 прикрывают ее поступление из
трубопровода; давление в трубопроводе поднимается н датчик 7 открывает клапан б, спуская неиспользуемую
воду в бак. Благодаря этому насос на холодильной станции работает с постоянным расходом воды.
Закрытая система холодоснабження холодной водой и рассолами осуществляется по схеме, представленной на
рис. 7,64. Уменьшение расхода воды в системе вследствие действия проходных регулирующих клапанов должно
компенсироваться регулятором давления и клапаном, пропускающим хладоноситель по обводной линии.
Сокращение общего количества хладоносителя, циркулирующего через испаритель, может привести к замораживанию.
Рис. 7.62. Схема снабжения холодной водой небольшой группы
камер орошения, расположенной вблизи холодильной станции
1 - насос каморы орошения: 2 — насос холодильной станции: 3
— бак с отработанной водой: 4 — бак с холодной водой; 5 —
внутренняя перегородка; 6 — трехходовой клапан; 7 — испаритель
холодильной станции: 8 — самотечный трубопровод: 9 —
камера орошения: 10 — перелив; 11 — питание водопроводной
водой через шаровой клапан
Рис. 7.63, Схема снабжения камер орошения холодной водой
при большом числе кондиционеров
1— камеры орошения; 2 — насосы кондиционеров; 3 —
трехходовые клапаны; 4 — бак для воды па холодильной
станции; 5 — испаритель холодильной станции; 6 — проходной
клапан; 7 — регулятор давления; 8— переливные трубы из
поддонов кондиционеров; 9 — напорный трубопровод холодной воды; 10 — самотечный трубопровод; 11— питание водопроводной водой через шаровые краны; 12 – воздухоохладитель; 13 — проходной клапан.
Рис. 7.64. Закрытая система холодоснабжения
1— испаритель холодильной станции; 2 — насос; 3 — подающий
трубопровод;4 — обратный трубопровод; 5 – переливная труба: 6—
расширитель; 7 — поверхностный воздухоохладитель;8— поверхностный
охладитель воды;
9 — камера
орошения
кондиционера; 10—
проходной
регулирующий
клапан; 11— трехходовой
регулирующий
клапан; 12— раковина; 13 — регулятор
давления;
14 — воздушная линия; 15 — перепускной трубопровод
Ж. ВОДЯНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ ХОЛОДА
Водяные аккумуляторы рассчитываются исходя из потребности систем
кондиционирования воздуха в холоде в течение расчетных суток, в то
время как расчет максимальной потребности холода ведется на основании часовой потребности при расчетных параметрах наружного
воздуха, регламентируемых СНиП П-Г.7-62, и. 2.20 и 4.08.
В среднем в течение суток наиболее высокая температура и
теплосодержание воздуха приходятся па 15 ч; к ним и относят расчетные параметры, а сутки,
которые характеризуются этими условиями, называют расчетными.
Системы кондиционирования воздуха, подающие в помещение постоянные количества обработанного наружного воздуха или смеси наружного и рециркуляционного воздуха, если последний подмешивается в
кондиционере до камеры орошения или до воздухоохладителя, в дальнейшем называют системами
первого типа. Потребность в холоде для этих систем не зависит от изменений избытков тепла в
помещениях, так как уменьшение течлоизбытков компенсируется подогревом вочдуха в калориферах
второго или местного подогрева. Она изменяется только с изменением количества и параметров
наружного воздуха, обрабатываемого в кондиционере, и зависит от продолжительности работы системы в
теченне расчетных суток
Системы кондиционирования воздуха, которые изменяют количество воздуха, подаваемого в
помещения, в зависимости от изменений избытков тепла в помещениях периодически полностью
выключаются или изменяют количество воздуха, поступающего на вторую рециркуляцию, называют
системами второго типа.
Потребность а холоде систем второго типа изменяется с изменением количества и параметров обрабатываемого наружного воздуха в зависимости от колебания избытков тепла в обслуживаемых
помещениях и от продолжительности работы системы в течение расчетных суток.
41. Характеристика основных процессов и работа оборудования тепловой схемы ТЭЦ. Экономия
теплоты при теплофикации.
Тепловые схемы теплоэлектроцентралей зависят от типа установленного оборудования и турбин.
На рисунке приведена схема коммунальной ТЭЦ с котлами и турбинами на начальные параметры пара 1,7
МПа и 375°С.
1 – пиковый водогрейный котел ТВГМ-30; 2 – паропровод на технологические нужды; 3 – сырая вода; 4–
паровой котел; 5 – трубопровод острого пара; 6 – химически очищенная вода; 7 – турбина, переведенная на
противодавление, 8 – турбина, переведенная на ухудшенный вакуум; 9 – конденсатор; 10– конденсатный
насос; 11 – вода из насосной станции; 12 – конденсатный насос; 13 – питательный насос; 14 – деаэратор; 15 –
подпиточный насос; 16 – сетевой насос; 17 – обратный водяной трубопровод; 18– подающий водяной
трубопровод; 19– основной теплофикационный подогреватель; 20 – циркуляционный насос.
На станции применен трехступенчатый подогрев сетевой воды: теплофикационный пучок в конденсаторе 9,
основной подогреватель 19 и пиковый котел 1. В конденсаторе турбины с ухудшенным вакуумом сетевая
вода подогревается до 60–70°С; в основном подогревателе вода подогревается до 80–110°С паром из
отборов турбины с противодавлением. Окончательный догрев сетевой воды в соответствии с
температурным графиком регулирования происходит в водогрейном котле 1.
Экономические показатели комбинированного и раздельного процессов можно сравнить исходя из равных
количеств выработанных в этих процессах тепловой и электрической энергии. Тогда расход условного
топлива на выработку суммарного количества энергии составит:
Принципиальная тепловая схема коммунальной ТЭЦ
в комбинированном процессе на ТЭЦ В к  Втк  Вэк ;
в раздельном процессе на конденсационной электростанции (КЭС) и РК В р  Втр  Вэр ,
к
р
где В , В – общий расход условного топлива на выработку тепловой и электрической энергий, кг;
Втк , Втр – расход, условного топлива на выработку тепла на ТЭЦ и в РК, кг;
Вэк , Вэр –расход условного топлива на выработку электроэнергии на ТЭЦ и на КЭС, кг.
В комбинированных процессах в теплофикационных турбинах часть пара срабатывает до давления в
конденсаторе, промежуточные отборы пара больших давлений используются для теплофикации и
регенеративного подогрева конденсата. Поэтому на ТЭЦ электроэнергия вырабатывается частью чисто
конденсационным методом, частью комбинированным–за счет теплофикационных и регенеративных
отборов пара
С повышением начальных параметров пара и постоянном давлении теплофикационного отбора значения
доли комбинированной выработки электроэнергии на внутреннем тепловом потреблении (регенеративный
подогрев конденсата после теплофикационных подогревателей) и удельная комбинированная выработка
электроэнергии на базе отпуска тепла на внешнее потребление (централизованное теплоснабжение)
возрастают, а с ростом давления теплофикационного отбора они уменьшаются.
В раздельных процессах в турбинах КЭС основное количество пара срабатывает до давления в
конденсаторе, некоторая часть пара из промежуточных отборов используется на регенеративный подогрев
конденсата конденсаторов. Поэтому на КЭС электроэнергии также вырабатывается частью чисто
конденсационным методом, частью комбинированным методом на базе внутреннего потребления тепла.
Ввиду неравноценности удельных расходов топлива на выработку тепловой и электрической энергий
экономию топлива при теплофикации определяют по каждому виду энергии.
Технико-экономические исследования ВТИ показали, что с повышением начальных параметров пара
удельные расходы топлива на ТЭЦ уменьшаются в такой же степени, как и на КЭС. Но абсолютная
экономия топлива на ТЭЦ дает больший эффект по сравнению с КЭС, поскольку суммарный расход топлива
на ТЭЦ значительно выше расхода топлива на КЭС.
Вместе со значительной экономией топлива теплофикация улучшает топливно-энергетический баланс
страны за счет сокращения расходов высокосортных топлив в мелких котельных и широкого пользования на
ТЭЦ низкосортных углей местной добычи. Полная механизация и автоматизация процессов на ТЭЦ и
крупных РК позволяет в 10–20 раз уменьшить штат обслуживающего персонала. Строительство ТЭЦ и РК в
2–3 раза обходится дешевле сооружения эквивалентных по тепловой мощности многочисленных
квартальных котельных, при этом одновременно уменьшаются затраты на доставку топлива к котельным и
потери топлива на складах. Сооружение небольшого числа ТЭЦ, обычно расположенных на окраине или за
пределами города, улучшает благоустройство и санитарное состояние жилых массивов, так как мелкие
котельные при их многочисленности являются основными очагами загрязнения среды и воздушного
бассейна.
42. Характеристика особенностей различных схем тепловых сетей (радиальная и кольцевая схемы,
многоступенчатые СЦТ).
Схемы транспорта тепла от источника до потребителей зависят от вида теплоносителя, взаимного
размещения источника тепла и потребителей и характера изменения тепловой нагрузки. Выбранная схема
тепловых сетей вместе с высокой экономичностью затрат на исполнение должна отвечать современным
требованиям срока службы и надежности эксплуатации.
Если технологические процессы допускают кратковременные перерывы потребления тепла, достаточные
для ликвидации аварии тепловых сетей, то на территории таких предприятий рекомендуется прокладка
радиальных однотрубных паропроводов (рис. II.10). Прокладка конденсатопровода для возврата конденсата
к источнику тепла решается исходя из местных условий и особенностей технологического процесса.
Радиальные сети сооружаются с постепенным уменьшением диаметров труб в направлении от источника
тепла. Такие сети наиболее дешевы и просты в эксплуатации. Но при авариях на головных участках
трубопроводов теплоснабжение за аварийным участком прекращается. Неудобны радиальные сети и при
ремонте магистральных линий, так как на весь период ремонтных работ все потребители за ремонтируемым
участком должны быть отключены. В этих случаях иногда применяют дублирование паропроводов, т. е.
вместо одного
паропровода прокладываются два паропровода с пропускной способностью каждого по 50%.
Когда прекращения подачи тепла на технологические цели недопустимы,
для резервирования теплоснабжения на аварийном участке могут быть
использованы радиально-кольцевые сети, которые отличаются от
радиальных устройством перемычек 2 между радиальными
магистралями 1. Резервирование по перемычкам в большинстве случаев
оказывается малоэффективным из-за недостаточной пропускной
способности перемычки, выполненной из трубы меньшего диаметра – d3
< d1.
Водяные тепловые сети отличаются многочисленностью ответвлений и
распределением тепловой нагрузки на больших территориях, большая
подверженность водяных тепловых сетей авариям предъявляет высокие требования к соблюдению
надежности теплоснабжения.
Радиальные водяные сети допускается сооружать при диаметpax магистральных трубопроводов до 700 мм
со сроком ликвидации аварии до 24 ч. Перемычки в радиально-кольцевых сетях решают проблему подачи
сетевой воды на ГВС во время летнего ремонта сетей на начальных участках.
Кольцевые сети (рис. II.11) самые дорогие, поэтому сооружается в крупных городах. Замкнутые
трубопроводы удобны для объединения нескольких источников тепла и благоприятны для оптимального
распределения нагрузки по тепловым станциям.
Технико-экономические исследования специалистов показали, что дополнительные затраты на сооружение
кольцевых сетей, выполненных из труб постоянного диаметра, зачастую компенсируются снижением
капитальных вложений на установку меньших суммарных резервов
мощностей тепловых станций.
Каждая система теплоснабжения состоит из следующих основных
элементов: источника тепловой энергии, тепловой сети, абонентских
вводов и местных систем потребителей тепла.
Системы теплоснабжения с различными устройствами и
назначениями элементов классифицируют по признакам: источнику
приготовления тепла; роду теплоносителя; способу подачи воды на горячее водоснабжение; количеству
трубопроводов тепловых сетей; способу обеспечения потребителей тепловой энергией и др.
По источнику приготовления тепла различают три вида систем теплоснабжения:
1) высокоорганизованное централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки тепла и
электроэнергии на ТЭЦ – теплофикация;
2) централизованное теплоснабжение от районных отопительных и промышленно-отопительных котельных;
3) децентрализованное теплоснабжение от мелких котельных, индивидуальных отопительных печей и т.п.
По роду теплоносителя различают водяные и паровые системы теплоснабжения. Водяные системы
применяют в основном для теплоснабжения сезонных потребителей и горячего водоснабжения, а в
некоторых случаях и для технологических процессов. Паровые системы теплоснабжения распространены
главным образом на промышленных предприятиях, где требуется высокотемпературная тепловая нагрузка.
По способу подачи воды на горячее водоснабжение делят на закрытые и открытые. В закрытых водяных
системах теплоснабжения воду из тепловых сетей используют только как греющую среду для нагревания в
подогревателях поверхностного типа водопроводной воды, поступающей затем в местную систему горячего
водоснабжения. В открытых водяных системах теплоснабжения горячая вода к водоразборным приборам
местной системы горячего водоснабжения поступает непосредственно из тепловых сетей.
По количеству трубопроводов различают однотрубные и многотрубные системы теплоснабжения.
По способу обеспечения потребителей тепловой энергией различаются одноступенчатые и
многоступенчатые системы теплоснабжения.
В одноступенчатых системах теплоснабжения потребители тепла присоединяют непосредственно к
тепловым сетям (рис.II.1).Узлы присоединения потребителей тепла к тепловым сетям называют
абонентскими вводами. На абонентском вводе каждого здания устанавливают подогреватели горячего
водоснабжения, элеваторы, насосы, арматуру, контрольно-измерительные приборы для регулирования
параметров и расходов теплоносителя по местным отопительным и водоразборным приборам. Поэтому
часто абонентский ввод называют местным тепловым пунктом (МТП). Если абонентский ввод сооружается
для отдельной, например технологической установки, то его называют индивидуальным тепловым пунктом
(ИТП).
Рис. II 1. Схема одноступенчатой системы
теплоснабжения
1 - магистральные трубопроводы; 2 ответвления; МТП – местный тепловой
пункт;
ТП
–
теплофикационный
подогреватель; ПК – пиковый котел; СН –
сетевой насос.
Непосредственное
присоединение
отопительных приборов ограничивает пределы допустимого давления в тепловых сетях, так как высокое
давление, необходимое для транспорта теплоносителя к конечным потребителям, опасно для радиаторов
отопления. В силу этого одноступенчатые системы применяют для теплоснабжения ограниченного числа
потребителей от котельных с небольшой длиной тепловых сетей.
Рис.
II
2.
Схема
двухступенчатой
системы
теплоснабжения
1
магистральные
трубопроводы;
2
ответвления;
3
распределительные сети; 4,5
- ответвления к зданиям на
отопление и вентиляцию; 6 ответвление
на
технологические процессы.
В многоступенчатых системах (рис.II.2) между источником тепла и потребителями размещают центральные
тепловые пункты (ЦТП) или контрольно-распределительные пункты (КРП), в которых параметры
теплоносителя могут изменяться по требованию местных потребителей. ЦТП и КРП оборудуются
насосными и водонагревательными установками, регулирующей и предохранительной арматурой,
контрольно-измерительными приборами, предназначенными для обеспечения группы потребителей для
обеспечения группы потребителей в квартале или районе теплом необходимых параметров. С помощью
насосных или водонагревательных установок
магистральные трубопроводы (первая ступень)
соответственно частично или полностью гидравлически изолируются от распределительных сетей (вторая
ступень). Из ЦТП или КРП теплоноситель с допустимыми или установленными параметрами для местных
потребителей по общим или отдельным трубопроводам второй ступени подается в МТП каждого здания.
При этом в МТП производятся лишь элеваторное подмешивание обратной воды из местных отопительных
установок, местное регулирование расхода воды на горячее водоснабжение и учет расхода тепла.
Полная гидравлическая изоляция тепловых сетей первой и второй ступени является важнейшим
мероприятием повышения надежности теплоснабжения и увеличения дальности транспорта тепла.
Многоступенчатые системы теплоснабжения с ЦТП и КРП позволяют в десятки раз уменьшить число
местных подогревателей горячего водоснабжения, циркуляционных насосов и регуляторов температуры,
устанавливаемых в МТП при одноступенчатой системе. В ЦТП возможна организация обработки местной
водопроводной воды для предупреждения коррозии систем горячего водоснабжения. Наконец, при
сооружении ЦТП и КРП сокращаются в значительной мере эксплуатационные затраты и затраты на
содержание персонала для обслуживания оборудования в МТП.
43. Компенсация температурных деформаций на тепловых сетях (линейное удлинение теплопроводов,
естественная компенсация, классификация компенсаторов
Температурные деформации – это усилия, возникающие при тепловом удлинение труб, способные их
деформировать и разрушать.
Удлинение труб в результате теплового расширения металла определяют по формуле
Δl=α∙l ∙(tг−tм)
где α – коэффициент линейного расширения; l- длина трубы, м; tг-температура теплоносителя; tм–
температура монтажа (температура наружного воздуха).
Если не предусмотреть компенсации удлинения труб, то в прямолинейном защемленном с обоих сторон
участке трубопровода возникнут напряжения сжатия, определяемые по закону Гука:
σ=Е∙Δl/l= α∙Е∙ (tг−tм)
где Е – модуль продольной упругости, равный в среднем для стали 2*105Мпа; Δl/l- относительное
удлинение.
Сила, которая действовала бы на защемляющие конструкции определяется по формуле:
Р= σ∙fст
где fст – площадь поперечного сечения стенки трубы.
Для компенсации удлинения труб применяют специальные устройства- компенсаторы, а также используют
гибкость труб на поворотах трассы тепловых сетей (естественную компенсацию).
Pис. VIII.13. Типы компенсирующих устройств:
a – естественная компенсация; б – S-образный компенсатор; в – П-образный компенсатор с большой
спинкой, г – то же. равносторонний (b = h); д – лирообразный компенсатор со складками; е–то же,
гладкозагнутый, ж–ω-образный; з – линзовый компенсатор
По принципу работы компенсаторы подразделяются на осевые и радиальные.
Осевые компенсаторы устанавливают на прямолинейных участках теплопровода, так как они предназначены
для компенсации усилий, возникающих только в результате осевых удлинений. Радиальные компенсаторы
устанавливают на теплосети любой конфигурации, так как они компенсируют как осевые, так и радиальные
усилия.
Естественная компенсация не требует
установки
специальных
устройств,
поэтому
ее
необходимо
использовать в первую очередь. При естественной
компенсации трубопроводов в каналах необходимо
обеспечить между стенками канала и наружной
поверхностью изолированного трубопровода зазор,
достаточный для свободного удлинения плеч трубы.
В
бесканальных
прокладках
для
использования
естественной компенсации на участках поворотов должны
быть сооружены непроходные каналы соответствующих
поперечных размеров.
На прямолинейных участках компенсация удлинений труб
решается
специальными
гибкими
компенсаторами
различной конфигурации. Лирообразные компенсаторы,
особенно со складками, из всех гибких компенсаторов
обладают наибольшей эластичностью, но вследствии
усиленной коррозии металла в складках и повышенного
гидравлического сопротивления применяются редко. Более
распространены П-образные компенсаторы со сварными и
гладкими коленами; П-образные компенсаторы со
складками, как и лирообразные, по указанным выше
причинам применяются реже.
Достоинством гибких компенсаторов является то, что они
не нуждаются в обслуживании и для их укладки в нишах не
требуется сооружение камер. К недостаткам гибких
компенсаторов относятся: повышенное гидравлическое
сопротивление, увеличение расхода труб, большие
габариты, затрудняющие их применение в городских
прокладках при насыщенности трассы городскими
подземными коммуникациями.
Линзовые компенсаторы относятся к осевым компенсаторам упругого типа.
Компенсатор собирается на сварке из полулинз, изготовленных штамповкой из тонколистовой
высокопрочной стали. Компенсирующая способность одной полулинзы составляет 5-6мм. В конструкции
компенсатора допускается объединять 3-4 линзы,большее число нежелательно из-за потери упругости и
выпучивания линз.
Каждая линза допускает угловое перемещение труб до 2-3˚, поэтому линзовые компенсаторы можно
использовать при прокладке труб на подвесных опорах, создающих большие перекосы труб. В линзовых
компенсаторах при температурных удлинениях труб происходит сжатие упругих линз. При этом
обеспечивается полная герметичность в системе и не требуется обслуживания компенсатора.
Осевая компенсация скользящего типа создается сальниковыми компенсаторами. Типовые сальниковые
компенсаторы изготавливают из стандартных труб. Компенсатор состоит из корпуса, стакана и
уплотнительных приспособлений. При удлинение трубопровода стакан вдвигается в полость корпуса.
Герметичность скользящего соединения корпуса и стакана создается сальниковой набивкой, которая
приготавливается из плетеного в квадратное или круглое сечение прографиченного асбестового шнура,
пропитанного цилиндрическим маслом. Набивка со временем истирается и теряет упругость. Для
восстановления плотности конструкции производят подтяжку сальника. Многократные подтяжки
значительно увеличивают силы трения в сальнике, в результате частично или полностью утрачивается
компенсирующая способность. Лучшие результаты дает периодическая замена сальниковой набивки.
Перекосы осей корпуса и стакана приводят к заеданию и заклиниванию компенсатора, поэтому при монтаже
требуется соблюдать высокую точность соосной укладки труб на подходах со стороны подвижного стакана.
Для этого на двух пролетах, примыкающих к стакану, допустимое расстояние между подвижными опорами
рекомендуется уменьшать в 2 раза.
Сальники требуют постоянного надзора, для их обслуживания необходимо сооружение камер больших
размеров. Для уменьшения числа дорогостоящих камер применяют сальниковые компенсаторы
двустороннего действия. Компенсаторы устанавливают на водяных и паровых сетях при условном давлении
до 2,5 Мпа. На трубопроводах малого диаметра (до 100-150 мм), обладающих большой гибкостью,
компенсаторы работают плохо, часто дают течи.
44. Требования, предъявляемые к тепловой изоляции при различных способах прокладки
теплопроводов. Определение ее толщины.
Тепловая изоляция служит для уменьшения тепловых потерь и обеспечения допустимой температуры
изолируемой поверхности. Борьба за снижение транспортных потерь тепла в теплопроводах является
важнейшим средством экономии топливных ресурсов. Дополнительные затраты, связанные с нанесением
тепловой изоляции и антикоррозионных покрытий, относительно невелики и составляют 5—8% от общей
стоимости тепловых сетей, но качественное изолирование повышает стойкость металла против коррозии, в
результате которой существенно увеличивается срок службы трубопроводов.
Тепловая изоляция трубопроводов и оборудования тепловых сетей применяется при всех способах
прокладки независимо от температуры теплоносителя. В крайне неблагоприятных условиях находится
теплоизоляция подземных и особенно бесканальных теплопроводов. Ввиду этого теплоизоляционные
материалы и конструкции должны удовлетворять ряду требований. Соображения экономичности и
долговечности требуют, чтобы выбор теплоизоляционных материалов и конструкций производился с учетом
способов прокладки и условий эксплуатации, определяемых внешней нагрузкой на теплоизоляцию, уровнем
грунтовых вод, температурой теплоносителя, гидравлическим режимом работы тепловой сети и др.
Материалы, используемые в качестве теплоизолятора, должны обладать высокими теплозащитными
свойствами и низким водопоглощением в течение длительного срока эксплуатации.
Область применения тепловой изоляции определяется температурной стойкостью вещества, способностью
сохранять первоначальные тепловые и механические свойства при высоких температурах теплоносителей.
Состояние тепловой изоляции и ее долговечность зависят также от режимов работы теплопровода. Практика
эксплуатации показала, что теплопроводы, периодически отключаемые на сезонные ремонты, корродируют
быстрее непрерывно действующих.
В конструкцию тепловой изоляции входят: антикоррозионное покрытие металлических поверхностей,
основной изоляционный слой, армирующие и крепежные изделия, наружная отделка изоляции. Операции по
нанесению тепловой изоляции выполняются в определенной технологической последовательности,
разделяющейся на этапы: 1) подготовка труб или оборудования; 2) антикоррозионная защита; 3) нанесение
основного слоя теплоизоляции; 4) наружная отделка конструкции.
Для защиты металла от коррозии применяют битумные мастики и пасты, различные лаки и эмали на
битумной основе, смолы и краски, рулонные материалы, полиэтиленовые липкие пленки, ленты и другие
материалы. Основной изоляционный слой выполняют из материалов, отвечающих требованиям
теплоизолятора.
Крепежные детали предназначены для крепления теплоизоляционных материалов на изолируемой
поверхности. В качестве крепежных изделий применяют металлические сетки, проволочные кольца и
прошивки и др.
Наружная отделка состоит из покровного слоя и защитного покрытия. Покровный слой, выполняемый
небольшой толщиной 10–20 мм, служит для предохранения основного слоя от атмосферных осадков,
грунтовой влаги и механического повреждения.
Защитное покрытие наносят на покровный слой наклеиванием водоотталкивающих рулонных или тканых
материалов с последующей окраской поверхности или без окраски.
В производственных помещениях, а иногда и на открытых площадках предприятий поверхность отделки
теплоизоляции окрашивают масляной или силикатной краской.
В непроходных каналах рекомендуется отделка лакостеклотканью с различными гидрофобными
пропитками, допускается мокрая асбестоцементная штукатурка (толщиной 10–15 мм) по металлической
сетке. Металлическая сетка улучшает сцепление штукатурки с основным изоляционным слоем. В
проходных каналах лакостеклоткань должна наноситься поверх обертки из рубероида.
По исполнению основного изоляционного слоя и наружной отделки различают несколько видов
конструкций тепловой изоляции: засыпные, мастичные, подвесные, оберточные, монолитные.
Засыпные конструкции наиболее простые и дешевые. Применяют их в непроходных каналах без воздушного
зазора и бесканальных прокладках. Отличительная особенность конструкции состоит в высокой
увлажняемости изоляции, предъявляющей повышенные требования к защите трубопроводов от коррозии,
поэтому засыпная изоляция удобна для временных прокладок сетей, а также для быстрого восстановления
разрушенной подвесной изоляции в непроходных каналах.
Мастичная изоляция составляется из сыпучих материалов, размешанных в воде с связующими
волокнистыми добавками. Густая мастика наносится на горячий трубопровод, обернутый сетчатым
каркасом, несколькими слоями толщиной по 10–15 мм. Полное высыхание каждого последующего слоя
постепенно замедляется, в результате весь процесс изоляции занимает продолжительное время. Образующая
конструкция достаточно прочна и долговечна, но вследствие большой плотности обмазки изоляция имеет
высокий коэффициент теплопроводности.
Малопроизводительные затраты ручного труда делают мастичную изоляцию непригодной для массового
производства изолировочных работ. Мастичную изоляцию часто применяют на коротких участках труб
малого диаметра (до 32 мм), подверженных сотрясениям и вибрациям, или трубопроводов с большим
числом арматуры и изгибов.
Подвесные теплоизоляционные конструкции выполняют из жестких или мягких формованных изделий
заводского изготовления. Скорлупы закрепляются на трубах по асбестоцементному или совелитовому слою
мастики и проволочной стяжкой. Швы заделывают мастикой. Подвесные изоляционные изделия выпускают
также в виде плит и сегментов. Закрепляют их на трубопроводе аналогичным образом.
Оберточная изоляция выполняется из прошивных матов в обкладках и без обкладок или из мягких плит на
синтетической связке.
Монолитные изоляции изготовляют на специализированных заводах. Процессы изолирования зависят от
исходных материалов. В последние годы для монолитной теплоизоляции предложен большой ассортимент
материалов: газо- и пеносиликаты, керамзитобетон, перлитобетон, битумоперлит, битумокерамзит, ячеистая
керамика и другие материалы, обладающие высокой температурной стойкостью, низкой
влагопроницаемостью и теплопроводностью. Особенно перспективны битумоперлитные массы.
Прокладки в песчано-цементных засыпках осуществляются путем предварительной укладки в траншею
труб, обернутых слоем минеральной ваты и толя. Смешанная песчано-цементная засыпка естественным
образом увлажняется и затвердевает, образуя прочную оболочку вокруг труб. Принятая конструкция
теплоизоляции должна иметь толщину не выше установленных норм и обеспечивать: заданные пределы
изменения температуры теплоносителя на всех участках тепловой сети; допустимую температуру на
поверхности изоляции; непревышение нормативных теплопотерь.
Толщина изоляции определяется по нормативным теплопотерям. Для чего, приняв допустимые удельные
теплопотери /справоч./, по формуле (1) определяют потребную величину полного термического
сопротивления изоляции R .
R=( τ–t0)/q
(1)
где τ – температура теплоносителя; t0- расчетная температура окружающей среды; q- удельные
тепловые потери, Вт/м.
Задавшись ориентировочным диаметром изоляции dи ( в пределах рекомендуемых толщин слоя), по
формуле (2) определяют термическое сопротивление изоляции Rи.
Rн=1/(π*d*α)
(2)
где d – диаметр трубопровода с учетом принятой толщины теплоизоляционного слоя; π*d- поверхность
трубопровода длиной 1м ;
α – коэффициент теплоотдачи на поверхности, Вт/(м2*0С).
Необходимая толщина слоя изоляции определяется из выражения (3)
ln(dи/ /dн)=2* π*λи*Rи
(3)
где dн- диаметр трубопровода без учета толщины изоляционного слоя; λи- теплопроводность изоляционного
материала; Rи- термическое сопротивление слоя изоляции, Rи= R-RН.
При несовпадении исходного и расчетного значений dи расчет повторяется методом последовательных
приближений.
Выбор толщины изоляции определяется соображениями технической и экономической целесообразности.
Рациональная конструкция может быть решена двояким путем: 1) применением различных изоляционных
материалов с одинаковой толщиной слоя, обеспечивающей требуемый теплоизолирующий эффект; 2)
применением конкретного изоляционного материала путем изменения только толщины слоя. В первом
случае преобладающим фактором в выборе экономически выгодной толщины изоляции является
сопоставление стоимости 1м изоляционной конструкции двух или нескольких материалов.
45. Пьезометрический график системы теплоснабжения. Требования и особенности его построения.
Распределение давлений в тепловых сетях удобно изображать в виде пьезометрического графика, который
дает наглядное представление о давлении или напоре в любой точке тепловой сети и поэтому обеспечивает
большие возможности учета многочисленных факторов (рельеф местности, высота зданий, особенности
абонентских систем и т. д.) при выборе оптимального гидравлического режима.
Давление, выраженное в линейных единицах измерения, называется напором давления или
пьезометрическим напором. В системах теплоснабжения пьезометрические графики характеризуют напоры,
соответствующие избыточному давлению, и они могут быть измерены обычными манометрами с
последующим переводом результатов измерения в метры.
На графиках в определенном масштабе наносят рельеф местности по разрезам вдоль тепловых трасс,
указывают высоту присоединения зданий, показывают напор в подающих и обратных линиях теплопроводов
и в оборудовании теплоподготовительной установки. Пьезометрический график позволяет наглядно
показать допустимые границы давлений и фактические их значения во всех элементах системы.
Рассмотрим пьезометрический график упрощенной системы теплоснабжения (рис. VI.9). В реальных
условиях вместо расширительного бака обычно устанавливают подпиточный насос.
При динамическом режиме, когда сетевой насос включается в работу, пьезометрический график изобразится
линией K1AlBlC1C2B2K2 для тепловой сети и линией K1N1K2 – для перемычки. Если за плоскость отчета
напоров принять уровень О – О, то отрезок Нс будет характеризовать статический напор в тепловой сети.
При работе сетевого насоса отрезок Нп характеризует напор в нагнетательном патрубке насоса, а отрезок
Нвс – напор у всасывающего патрубка насоса.
Разность Нсн=Нп–Нвс соответствует напору,
создаваемому сетевым насосом, который и
расходуется на преодоление гидравлических
сопротивлений при движении теплоносителя.
Отрезки ∆НТ, ∆Нп, ∆Но составляют потери
напора соответственно в подогревательной
установке 3, подающей и обратной магистралях
сети; ∆Н1, ∆Н2 – располагаемые напоры для
абонентских систем I и II.
Рис.
VI.9.
Пьезометрический
график
двухтрубной тепловой сети с зависимыми
схемами присоединения систем отопления:
1 – сетевой насос; 2– перемычка сетевого насоса;
3 – станционный водонагреватель;
4 – расширительный бак
При построении пьезометрического графика
нужно выполнять следующие условия:
1.
Давление
в
непосредственно
присоединяемых к сети абонентских системах не
должно превышать допускаемого как при
статическом, так и при динамическом режиме.
2.
Максимальный
напор
в
подающих
трубопроводах ограничивается прочностью труб
и всех водоподогревательных установок.
3. Напор в подающих трубопроводах, по
которым перемещается вода с температурой
более 100°С, должен быть достаточным для исключения парообразования.
4. Для предупреждения кавитации напор во всасывающем патрубке сетевого насоса должен быть не
меньше 5 м.
5. В точках присоединения абонентов следует обеспечить достаточный напор для создания
циркуляции воды в местных системах. При элеваторном смешении на абонентском вводе располагаемый
напор должен быть не меньше 10–15 м. Наличие подогревателей горячего водоснабжения при
двухступенчатой схеме требует увеличения напора до 20–25 м.
6. Уровни пьезометрических линий как при статическом, так и при динамическом режиме следует
устанавливать с учетом возможности присоединения большинства абонентских систем по наиболее
дешевым зависимым схемам. Статическое давление также не должно превышать допускаемого давления для
всех элементов системы теплоснабжения.
46
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
Основная особенность гидравлического режима открытых систем теплоснабжения заключается в том, что
при водоразборе расход воды в обратном трубопроводе тепловой сети меньше расхода в подающем
трубопроводе. Разность расходов воды в подающем и обратном трубопроводах равна водоразбору плюс
утечки из системы. На рис. 6.15 показан пьезометрический график открытой
системы теплоснабжения, в которой абонентские вводы оснащены автоматикой
и работают по принципу связанного регулирования. В рассматриваемой
системе пьезометрический график подающей линии тепловой сети сохраняется
неизменным при любом водоразборе, так как расход воды в подающей линии
тепловой сети поддерживается постоянным с помощью регуляторов расхода,
установленных на абонентских вводах.
Рис. 6.15. Пьезометрический график открытой системы теплоснабжения со связанным автоматическим регулированием на абонентских вводах (см. рис. 3.10,3)
/ — подающая линия; 2 — обратная линия при отсутствии водоразбора; 3 — обратная линия при
водоразборе, равном 30 % расхода воды в подающей линии
Положение пьезометрического графика обратной линии тепловой сети зависит от водоразбора. С
увеличением водоразбора уменьшается расход воды по обратной линии и пьезометрический график
обратной линии становится более пологим. Когда во-доразбор равен расходу воды в подающей линии
тепловой сети, расход воды в обратной линии равен нулю, пьезометрический график обратной линии
принимает вид горизонтальной прямой. При одинаковых диаметрах подающей и обратной линий тепловой
сети и отсутствии водоразбора пьезометрические графики этих линий располагаются симметрично.
Часто в открытых системах теплоснабжения вместо регулятора расхода устанавливаются постоянные
сопротивления (ПС) — дросселирующие вставки на подающей и обратной линиях сети перед узлом
водоразбора. В таких сетях изменение водоразбора или перераспределение водоразбора между подающей и
обратной линиями вызывает изменение расходов воды не только в обратной, но и в подающей линии
тепловой сети. В этих условиях осуществлять центральное регулирование отопительной нагрузки можно
только в том случае, если степень изменения расхода воды через отопительные системы  одинакова у всех
абонентов.
Теоретические исследования гидравлического режима открытых систем теплоснабжения, показывают, что
для выполнения этого условия начальная регулировка сети при
выключенном водоразборе должна проводиться по принципу так
называемой «горизонтальной дорожки», т.е. так, чтобы при чисто
отопительной нагрузке сети на всех абонентских вводах были
одинаковые полные напоры в подающей линии перед элеваторами и
одинаковые полные напоры в обратной линии после отопительных
установок.
Водоразбор из подающей линии должен осуществляться перед
элеватором после ПС, а водоразбор из обратной линии —
непосредственно после отопительных установок перед ПС. Если при
этом в условиях эксплуатации у всех абонентов поддерживается
одинаковое отношение водоразбора к расчетному расходу воды на
отопление, то получается одинаковая степень изменения расхода
воды  на отопление у всех абонентов. На рис. 6.16, а показана
принципиальная схема такой тепловой сети, а на рис. 6.16,б —
пьезометрический график этой сети при отсутствии водоразбора.
Рис. 6.16. Схема открытой системы теплоснабжения с
абонентскими вводами, отрегулированными по принципу
«горизонтальной дорожки» (о) и пьезометрический график этой системы (б)
В — воздушный кран; К — водоразборный кран; О — отопительный прибор
При выключенном водоразборе напоры в подающей линии перед элеваторами всех абонентов,
присоединенных к тепловой сети, равны Нп.э, а напоры в обратной линии после всех отопительных
установок Но.э. Располагаемый напор в элеваторных узлах всех отопительных установок один и тот же
 Нэ= Нп.э - Но.э.
По характеру гидравлического режима рассматриваемая разветвленная тепловая сеть со многими
абонентами эквивалентна тепловой сети с одним абонентом, у которого расчетные расходы воды на
отопление и горячее водоснабжение равны суммарным расходам воды на указанные виды теплового
потребления реальных абонентов, а потеря напора при отсутствии водоразбора составляет: в подающей
линии Нп. - Нп.э,в элеваторном узле  Нэ, в обратной линии Но.э. – Но.
Сопротивление подающей линии (от подающего коллектора ТЭЦ до элеваторного
узла) такой эквивалентной сети, м • с 2 /м 6 ,
Sп=( Нп. - Нп.э)/(V ор ) 2
(6.29)
Сопротивление элеваторного узла
Sэ=( Нп.э - Но.э)/(V ор ) 2
(6.30)
Сопротивление обратной линии
Sо=( Но.э - Но)/(V ор ) 2
(6.31)
Суммарное сопротивление сети
S= Sп+ Sэ+ Sо
(6.32)
р
где V о — суммарный расчетный расход воды на отопление при полностью выключенном водоразборе, м 3 /с;
Нп. ; Нп.э; Но.э ; Но — полные напоры, м.
Рассмотрим, какое влияние оказывает водоразбор на гидравлический режим отопительных установок и как
следует изменять располагаемый напор на ТЭЦ при качественном регулировании отопительной нагрузки.
Потеря напора в сети при водоразборе
 Нс= (V ор ) 2 Sп ( Vо +n) 2 + Sэ( Vо ) 2 + Sо( Vо -(1-) n) 2
(6.33)
а потеря напора в сети при отсутствии водоразбора
 Н ср = (V ор ) 2 S
(6.34)
где п — отношение расхода на горячее водоснабжение к расчетному расходу воды на отопление,
п = Vг/ V ор .
Разделив (6.33) на (6.34), получим уравнение, показывающее зависимость расхода воды на отопление от
режима водоразбора,
 2 = Sп ( Vо +n) 2 + Sэ( Vо ) 2 + Sо( Vо -(1-) n) 2 . (6.35)
Уравнение (6.35) справедливо только при Vо  (1-) n.
При Vо  (1-)n меняется направление движения воды в обратной линии тепловой сети и уравнение (6.35)
неприменимо.
Условию качественного регулирования
отопительной нагрузки соответствует Vо = 1. В этом случае
 2 = Sп (1+n) 2 + Sэ+ Sо(1-(1-) n) 2 . (6.36)
Определим по (6.36) значение  2 для некоторых частных случаев.
При отсутствии водоразбора (n = 0)
 2 =1,
(6.37)
т.е. напор на станции должен быть равен расчетному значению  Н ср .
При водоразборе только из подающей линии (=1)
 2 = 1 + n (2+ n) Sп. (6.38)
Как видно из (6.38), напор на станции должен увеличиваться с ростом водоразбора п.
При водоразборе только из обратной линии (= 0)
 2 = 1 - n (2- n) Sо. (6.39)
Уравнение (6.39) справедливо только в пределах изменения водоразбора 0 < п  1. При изменении п от нуля
до единицы значение п(2 - п) непрерывно растет от нуля до единицы, поэтому степень изменения напора на
станции а2 должна при этом изменяться от 1 до (1- Sо).
Как видно из (6.36), для поддержания постоянного расхода воды через отопительные установки ( Vо = 1)
каждому режиму водоразбора, определяемому относительным водоразбором п и характером его распределения между подающей и обратной линиями , должна соответствовать определенная степень
изменения располагаемого напора на ТЭЦ  2 . Поскольку  является функцией температуры воды в
подающей и обратной линиях тепловой сети, то при любом режиме работы открытой системы
теплоснабжения можно определить степень изменения напора на ТЭЦ а , при которой обеспечивается
подача в отопительные установки абонентов расчетного расхода воды ( Vо = 1) .
С помощью (6.35) может быть получена формула для расчета коэффициента расхода воды на отопление при
любом режиме водоразбора:
Vо = n- Sп-(1-) Sо+  Sп-(1-) Sо 2 - 2 Sп-(1-) 2 Sо+ 2 /n 2 . (6.40)
Проведем анализ уравнения (6.40) для некоторых частных случаев.
При отсутствии водоразбора (п = 0)
(6.41)
Vо = .
В этом случае при  = 1 Vо = 1, т.е. через отопительные системы проходит расчетный расход воды.
При водоразборе только из подающей линии (=1)
Vо = -n Sп+ ( n 2 Sп(Sп-1)+  2 ) (6.42)
При водоразборе только из обратной линии (= 0)
Vо = -n Sо+ ( n 2 Sо(Sо-1)+  2 ) (6.43)
Как видно из (6.42) и (6.43), при постоянном напоре на коллекторах ТЭЦ (а2 = 1) увеличение водоразбора из
подающей линии приводит к уменьшению расхода воды
на отопление ( Vо уменьшается), а увеличение водоразбора из обратной линии приводит к увеличению
расхода воды на отопление ( Vо увеличивается).
Проведенные исследования показывают, что в широком диапазоне относительных сопротивлений
подающей и обратной
линий 0 Sп 0,5 и 0 Sо 0,5 и относительных нагрузок горячего водоснабжения 0 n 1, при постоянном
напоре на коллекторах станции  2 = 1 расход воды через отопительные системы остается практически
постоянным ( Vо =1) при доле водоразбора из подающей линии = 0,4.
При > 0,4 расход воды через отопительные системы, как правило, уменьшается ( Vо 1), а при < 0,4 —
увеличивается
( Vо 1).
6.6. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕЖИМ СЕТЕЙ С НАСОСНЫМИ И ДРОССЕЛИРУЮЩИМИ
ПОДСТАНЦИЯМИ
В современных крупных системах теплоснабжения нередко сооружаются подстанции. Последнее
вызывается обычно неблагоприятным профилем района, большой дальностью передачи теплоты, высокой
расчетной температурой воды в подающей линии (превышающей допустимый уровень для абонентских
установок), необходимостью значительного увеличения пропускной способности действующих тепловых
сетей без их перекладки и т.п. Схема подстанции и ее размещение в сети определяются конкретным
назначением.
Рис. 6.17. Схема сети с насосной подстанцией на подающей линии
/ — насосная установка на ТЭЦ; 2 — насосная установка на
подстанции; 3 — обратный затвор
Но подстанция не всегда единственно возможное решение задачи. Во
многих случаях тот же технический эффект может быть получен и другим путем, например при оснащении
соответствующими устройствами всех абонентских установок. В этом случае подстанция заменяется
многочисленными индивидуальными установками. Преимущество подстанции по сравнению с индивидуальными установками заключается, как правило, в централизованном управлении системой и упрощении
ее эксплуатации.
Все основное оборудование на подстанциях оснащается приборами авторегулирования, а при отсутствии
постоянного дежурного поста также приборами дистанционного контроля и управления. Основное
оборудование подстанций состоит в большинстве случаев из насосов, дросселирующих устройств, приборов
регулирования, управления и контроля.
В приложениях 12 и 13 приведены характеристики ряда насосов, часто устанавливаемых на местных и
групповых подстанциях. Рассмотрим некоторые схемы тепловых сетей с подстанциями.
На рис. 6.17 дана схема сети с насосной подстанцией на подающей линии. Подстанция 2 предназначена для
повышения напора у абонентов группы II, присоединенных в концевых точках сети.
Рис. 6.18. Схема (а) и пьезометрический график (б) тепловой
сети со смесительными насосными подстанциями
На — напор на коллекторах ТЭЦ;
Нб— напор в узле Б; I — подающая линия; // — обратная
линия
На рис. 6.18, а рассмотрена схема тепловой сети со смесительными
насосными подстанциями на ответвлениях от главной магистрали сети.
Необходимость в сооружении таких насосных подстанций возникает в тех случаях, когда расходы воды в
абонентских установках должны быть больше расходов воды, подаваемой в эти установки из тепловой сети.
Смесительные насосы работают параллельно с насосной установкой ТЭЦ, поэтому включение в работу
смесительных насосов приводит к увеличению гидравлического сопротивления потоку воды, поступающему
из тепловой сети (6.12). Это вызывает уменьшение расхода воды из тепловой сети и увеличение
располагаемых напоров в узлах включения насосных подстанций. Чем больше напоры Н, развиваемые
насосами смесительных подстанций, тем больше доля воды , подаваемая этими насосами в абонентские
установки, и соответственно меньше доля воды (1 - ), поступающей в эти установки из тепловой сети.
На рис. 6.18, б приведен пьезометрический график рассматриваемой сети при двух режимах ее работы: без
насосных смесительных подстанций 1 и с насосными смесительными подстанциями 2.
Рис. 6.19. Принципиальная схема двухтрубной водяной тепловой сети с двумя статическими зонами (а) и
пьезометрический график этой сети (б)
1 — обратный затвор; 2 — насосы на ТЭЦ; 3 — регулятор давления «до себя»; 4 — подпиточный насос
верхней зоны; 5 — регулятор подпитки верхней зоны
На рис. 6.19 показана схема двухтрубной тепловой сети с дросселирующей подстанцией и пьезометрический график этой сети.
В связи с большой разностью вертикальных отметок поверхности земли верхней
и нижней частей района, составляющей в данном случае около 40 м, при
присоединении отопительных установок к тепловой сети по зависимой схеме
необходимо установить разные гидростатические напоры Нн и Нв для абонентов,
расположенных на разных геодезических отметках.
Эта задача решается с помощью установленных на дроссельной подстанции регулятора давления «до себя» 3 на обратной линии и обратного клапана или
затвора 1 на подающей линии тепловой сети.
При гидростатическом режиме системы теплоснабжения, т.е. когда сетевой
насос 2 выключен, утечка сетевой воды из верхней зоны восполняется водой из
нижней зоны с помощью подпиточного насоса 4 и регулятора подпитки 5,
установленных на подстанции.
При гидродинамическом режиме обратный клапан или затвор 1 открыт, а регулятор 3 поддерживает за счет дросселирования заданный напор Нв в конце обратной линии верхней зоны
района.
На рис. 6.20, а показана схема двухтрубной водяной тепловой сети с насосной подстанцией 3 на обратной
линии. Задача подстанции заключается в снижении давления в обратной линии у абонентов группы II,
расположенных на значительном расстоянии от ТЭЦ и присоединенных к концевым участкам тепловой
сети. Без насосной подстанции в обратной линии устанавливается давление, превышающее допустимое для
отопительных установок, присоединенных к тепловой сети по зависимой схеме.
Когда насосы на подстанции выключены, вода проходит по обратной линии между точками 5 и 6 через
обратный клапан или затвор 2, установленный на обратной линии, минуя насосы. При включении в работу
насосов 3 на подстанции возникает разность давлений между точками б и 5, равная перепаду давлений,
развиваемому насосами.
Под действием этой разности давлений закрывается обратный клапан или затвор 2, установленный на
обратной линии, и весь поток воды проходит от точки 5 через подстанцию к точке 6.
На рис. 6.20, бив приведены пьезометрические графики этой сети для двух вариантов: наличия регуляторов
расхода у абонентов и отсутствия таковых.
Рис. 6.20. Принципиальная схема двухтрубной водяной тепловой сети с
насосной подстанцией ня обратной линии и пьезометрический график этой
сети
а — принципиальная схема; б — пьезометрический график при
автоматизированных вводах; в — то же при неавтоматизированных вводах; 1 —
обратный затвор на насосной подстанции; 2 — обратный затвор на обратной
линии; 3 — насосы на подстанции; 4 — насосы на ТЭЦ
Если ГТП или абонентские вводы оснащены регуляторами расхода,
поддерживающими постоянный расход сетевой воды через абонентские
установки, то включение в работу насосной подстанции 3 не вызывает
изменения расхода воды в тепловой сети.
Полный напор во всех точках обратной магистрали перед насосной подстанцией
уменьшается на значение полезного напора, развиваемого подстанцией.
Если абонентские вводы не автоматизированы, то включение в работу насосной
подстанции приводит к уменьшению суммарного сопротивления тепловой сети,
поскольку насосная подстанция является отрицательным сопротивлением (6.22).
По
этому суммарный расход воды в тепловой сети возрастает. При этом в сети
происходит разрегулировка. У абонентов,расположенных между ТЭЦ и насосной подстанцией,
уменьшаются располагаемые напоры и расходы воды, а у абонентов, расположенных между насосной
подстанцией и концевой точкой сети, располагаемые напоры и расходы воды возрастают.
Задача расчета гидравлического режима такой тепловой сети заключается в определении расходов воды в
сети и располагаемых напоров в отдельных ее узлах после включения насосной подстанции. Известными
являются сопротивления всех участков тепловой сети и абонентских систем, а также напоры насосов ТЭЦ и
подстанции. Определение расходов воды проводится методом последовательных приближений, так как
сопротивление насосной подстанции заранее неизвестно.
Задаются предварительно расходом воды через насосную подстанцию, определяют сопротивление
(отрицательное) насосной подстанции, подсчитывают суммарное сопротивление сети, определяют суммарный расход воды в тепловой сети и расход воды на отдельных ее участках, в том числе и через насосную
подстанцию. Если предварительно выбранный расход воды через насосную не совпадает с полученным по
расчету, то задаются другим, более близким к полученному расходом и расчет повторяют вновь до тех пор,
пока предварительно выбранный расход воды через насосную подстанцию не совпадает с полученным по
расчету.
Значительно проще решается обратная задача, когда задан гидравлический режим сети при работе насосной
подстанции и требуется рассчитать гидравлический режим сети при выключении подстанции.
В этом случае сопротивление насосной подстанции известно, поскольку известен напор, развиваемый
насосной подстанцией, и расход воды через нее. Задача сводится
к расчету суммарного сопротивления тепловой сети без насосной подстанции и к однозначному
определению суммарного расхода в тепловой сети и расхода воды у отдельных абонентов по формулам
(6.20) и (6.23).
47 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ЗАКРЫТЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
Одно из важных условий нормальной работы систем теплоснабжения заключается в обеспечении в тепловой
сети перед групповыми или местными тепловыми пунктами (ГТП или МТП) располагаемых напоров,
достаточных для подачи в абонентские установки расходов воды, соответствующих их тепловой нагрузке.
Задача расчета гидравлического режима сети заключается в определении расходов сетевой воды у абонентов
и на отдельных участках сети, а также давлений (напоров) и располагаемых перепадов давлений (напоров) в
узловых точках сети, на групповых и местных тепловых пунктах (абонентских вводах) при заданном режиме
работы сети.
Заданными обычно являются схема тепловой сети, сопротивления s всех ее участков, давления (напоры) на
подающем и обратном коллекторах ТЭЦ или располагаемый перепад давлений (напоров) на коллекторах
ТЭЦ и давление (напор) в нейтральной точке сети. При наличии на абонентских вводах авторегуляторов
известны также расходы сетевой воды у абонентов, поскольку эти расходы поддерживаются с помощью
авторегуляторов на заданном уровне. В этом случае по известным расходам сетевой воды у абонентов
находят расходы воды на всех участках тепловой сети, а затем потери давления (напора) на всех участках
сети и строят пьезометрический график, по которому определяют давления (напоры) в узловых точках
тепловой сети и на абонентских вводах.
При отсутствии в ГТП или на МТП авторегуляторов расход сетевой
воды у абонентов заранее неизвестен и определение их является
одной из основных задач расчета гидравлического режима тепловой
сети. Для решения этой задачи необходимо знать кроме
сопротивлений всех участков тепловой сети также и сопротивления
всех МТП и абонентских установок. Рассмотрим метод расчета
расхода воды у абонентов тепловой сети при отсутствии
авторегуляторов на абонентских вводах.
На рис. 6.8 приведена схема тепловой сети в однолинейном и
двухлинейном изображениях. Примем следующую систему
обозначений. Нумерация участков сети и абонентов начинается от
станции. Участки магистрали нумеруются римскими цифрами, а ответвления к абонентам и абоненты —
арабскими.
Суммарный расход воды в сети обозначим буквой V без индекса. Расход воды через абонентскую систему
— буквой V с индексом, равным номеру абонента. Например, Vm — расход воды через абонентскую
систему m V .
Относительный расход воды через абонентскую систему, т.е. отношение расхода через абонентскую систему
к суммарному расходу воды в сети, обозначим V с индексом. Например, относительный расход воды у
абонента V = Vm/ V.
Расход воды у абонента 1 может быть найден из уравнения
s1 V12 = s15 V 2 (6.13)
где s1 — сопротивление абонентской установки 1, включая ответвление; s15 — сопротивление тепловой
сети со всеми ответвлениями "и абонентскими системами от абонента 1 до абонента 5 включительно. Из
(6.13)
s
V
1
V1  1  15
(6.14)
V
1 s1
Найдем расход воды через абонентскую установку 2, для которой справедливо следующее уравнение:
s 2V22  s 25 (V  V1 ) 2 (6.15)
где s 2 — сопротивление абонентской установки 2, включая ответвления; s 25 — сопротивление тепловой
сети со всеми ответвлениями и абонентскими системами от абонента 2 до абонента 5 включительно.
Разность расходов V –V1, можно определить из следующего уравнения:
s II 5 ( V –V1) 2  s15V 2 (6.16)
где s II 5 = s II  s 25 ; s II — сопротивление участка магистрали II, откуда
s
(V –V1) 2 = 15 V 2 . (6.17)
s II 5
Из (6.15) и (6.17)
s s
V
1
V2  2  15 25
. (6.18)
V
1 s II 5 s 2
Аналогично находят относительный расход воды через абонентскую установку 3:
s s
s
1
V3  15 2 5 35
, (6.19)
1 s II 5 s III 5 s 3
где s III 5 — сопротивление тепловой сети со всеми ответвлениями от абонента 3 до последнего абонента 5
включительно;
s III 5 = s III  s35 ; s III — сопротивление участка магистрали ///.
Если к тепловой сети присоединено n абонентов (рис. 6.9), то
относительный расход воды через систему любого абонента m
s
s
s
s
1
Vm  a  n b  n c  n  m  n
,(6.20)
1 s B n sC n s M n s m
По (6.20) можно найти расход воды через любую абонентскую систему, если известны суммарный расход
воды и сопротивления участков сети. Из (6.20) следует:
1. Относительный расход воды через абонентскую систему зависит только от сопротивления сети и
абонентских установок и не зависит от абсолютного расхода воды в сети.
2. Если к сети присоединено п абонентов, то отношение расходов воды через абонентские установки d и m,
где d< m, зависит только от сопротивления системы, начиная от узла d до конца сети, и не зависит от сопротивления сети до узла d:
Vm
s s s s
s
 en kn ln m  n d , (6.21)
Vd
s En s Kn s Ln s Mn s m
При изменении сопротивления на каком-либо участке тепловой сети у всех абонентов, расположенных
между этим участком и концевой точкой сети, расход воды изменяется пропорционально. В той части сети,
где расход меняется пропорционально, достаточно определить степень изменения расхода  только у одного
абонента.
Если в тепловой сети работают насосные подстанции, то при расчете гидравлического режима частное от
деления напора насоса на квадрат расхода воды через насос учитывают как отрицательное сопротивление
насоса:
s н.п =-Нн.п/ Vн2.п (6.22)
где Нн.п и Vн.п — напор насосной подстанции, м, и расход воды через нее, мз/с.
Суммарный расход воды в тепловой сети (см. рис. 6.9)
V  H / s An (6.23)
где Н — напор на коллекторах ТЭЦ, м;
s An — суммарное сопротивление тепловой
сети, мс 2 / м 6 . s An = s A + s аn
По известным расходам сетевой воды на участках сети и известным сопротивлениям этих участков строят
пьезометрический график, по которому определяют напоры (давления) в узловых точках сети и на абонентских вводах.
Характер ожидаемой разрегулировки при любых переключениях в тепловой сети легко установить на основе
общей зависимости расходов воды от сопротивлений отдельных элементов тепловой сети по (6.20) и (6.21).
Расчет необходим только для выявления количественных значений разрегулировки. Так, если от тепловой
сети (рис. 6.10, а) отключится какой-либо абонент х, то суммарное сопротивление сети увеличится, при
этом, как видно из (6.23), суммарный расход воды в сети уменьшится. Вследствие уменьшения расхода воды
в тепловой сети уменьшится потеря напора в ее магистралях на участке между станцией и точкой
присоединения абонента х, пьезометрический график этого участка магистрали будет более пологим
(штриховые линии на рис. 6.10, а).
Так как в точке х магистральной тепловой сети увеличится располагаемый напор, то увеличится расход
воды в сети на участке между точкой х и концевым абонентом, в результате чего пьезометрический график
этого участка будет более крутым.
Как следует из (6.21), у всех абонентов, расположенных между точкой х и концевой точкой сети, произойдет
пропорциональная разрегулировка, т.е. степень изменения расхода воды у всех абонентов будет одинакова:
 = Vп/Vд,
(6.24)
где Vп — расход воды у абонентов после отключения абонента в точке х тепловой сети;
Vд — расход воды у абонентов до отключения абонента в точке х.
У всех абонентов, расположенных между станцией и
точкой
х,
произойдет
непропорциональная
разрегулировка, т.е. степень изменения расхода воды 
будет различной у разных абонентов. Минимальное
значение  = 1 будет иметь место у абонента, расположенного непосредственно вблизи станции.
Максимальное значение  > 1 будет иметь место у
всех абонентов, присоединенных к сети в точке х и
после точки х по ходу теплоносителя от ТЭЦ.
Если на станции изменяется располагаемый напор, а
сопротивление сети з остается неизменным (см. рис.
6.10, б), то, как видно из (6.23), суммарный расход
воды в тепловой сети, а также расходы воды у всех
абонентов изменяются пропорционально корню
квадратному из располагаемого напора на станции.
48 Применение насосных и дросселирующих подстанций.
Насосные подстанции применяются со следующими целями:
1.
Для увеличения пропускной способности теплосети (для увеличения расхода).
Насосная подстанция представляет собой отрицательное гидравлическое сопротивление, поэтому при
включении насосной подстанции Sобщ ↓, Gобщ ↑
Насосную подстанцию нельзя заменить простым увеличением ΔН ст источника теплоснабжения, т.к.
статическое давление в подающей магистрали у источника теплосети будет очень большим, поэтому
насосную подстанцию удаляют от источника теплосети и размещают там, где давление в подающей
магистрали заметно снижается.
Насосную подстанцию можно размещать в обратной магистрали.
2.
Насосные подстанции используются для снижения статического давления в обратной магистрали у
концевых потребителей.
У концевых потребителей статическое давление в обратной магистрали самое большое и может быть
недопустимо большим для оборудования.
Объяснение: насосные подстанции являются отрицательным гидравлическим сопротивлением, поэтому при
включении насосной подстанции Sо ↓‚ΔНС ↓ и ΔНо становится близким к напору в обратном коллекторе
источника теплоснабжения Но ( самый низкий напор).
3.
Насосные подстанции применяются для подачи теплоносителя к потребителям с высокими
геодезическими отметками.
Пьезометрический напор в основании горы должен быть больше, чем для точки на вершине.
4.
Применяются для смешения, т.е. для уменьшения температуры теплоносителя, подаваемой к
абонентам.
Дросселирующие подстанции применяют для защиты потребителей с низкими геодезическими отметками от
высокого статического давления в обратной магистрали.
Потребителей с высокими геодезическими отметками д.подстанции защищают от опорожнения системы.
I
II
Насосная подстанция для увеличения пропускной способности тепловой сети.
Насосная подстанция для смешения
II
I
РДДС
РП
ПН
р
Hст
Hо
РП – регулятор подпитки;
РДДС – регулятор давления ″до себя″;
ΔНст - разность напоров на источнике теплосети;
Но – полный напор в обратном коллекторе источника.
Абоненты группы 1 и 2 имеют разные геодезические отметки. В статическом режиме РП защищают
абонентов гр.2 от опорожнения системы.
В динамическом режиме (СН вкл.) РП практически не работают, разные напоры в обратной магистрали для
абонентов группы 1 и 2 обеспечиваются с помощью РДДС путем дросселирования потока.
II
I
ОК
ОК
Н1
ОК
Н2
Выкл.
Вкл.
Выкл.
Вкл.
Алгоритм расчета гидравлического режима при наличии насосных подстанций.
1. Задается начальным приближением через насосные подстанции.
2. По характеристике насоса на подстанции находят ΔΗнп .
3. Находим отрицательное гидравлическое сопротивление насосной подстанции.
H
S НП  2НП
GНП
4. Используя правило для последовательного и параллельного соединения участков, находят сопротивление
сети. Находят расходы через магистральные участки, абонентские вводы и насосную подстанцию.
Если расход существенно отличается от G через насосную подстанцию, то его корректируют и расчет
исправляют. Расчет продолжают до тех пор, пока не будет выполняться 2-ой закон Кирхгофа.
49 Гидравлический удар в теплосети.
Гидравлический удар – это волновой процесс изменения давления, возникающий в капельной жидкости при
резком изменении ее скорости.
Гидравлический удар проявляется в местных мгновенных повышениях и понижениях давления.
Если расход воды через водогрейный котел уменьшается, то температура воды на выходе из котла
увеличивается, вода закипает в ТС, а затем, попадая в поток холодной жидкости без смешения происходит
конденсация в.п., возникает гидравлический удар.
Гидравлический удар возникает при резком закрытии клапанов и задвижек при установке сетевого насоса.
Волны гидравлического удара распределяются по сети со скоростью звука А≈1000м/с.
Они многократно повторяются до тех пор, пока энергия гидравлического удара не будет израсходована на
трение и деформацию трубопроводов, либо не будет погашено в специальных устройствах,
ограничивающих распределение волн гидравлического удара (расширительные баки, емкости - устройства
регулируемого давления).
Бп
1
2
К
3
4
Бо
5
6
1
H1
2'
23
H2 =H3
6
3'
4
5
4'
5'
H6
С помощью:
Бп и Бо – стабилизируются давления в т.1 и 6 в подающей и обратной магистрали;
1,2,3,4,5,6 – пьезометрический график сети при полностью открытом клапане К.
1,21,31,41,51,6 – при полностью закрытом клапане К.
Установившийся режим – статический.
Что происходит во времени при резком закрытии клапана.
Н
Hу
H1
H2= H3
τ, с
Н
Hу
H2= H3
H6
τ, с
Графики изменения напоров в переходном процессе.
Изменение напоров при медленном закрытии клапанов.
При резком закрытии клапана К жидкость в начальные моменты времени продолжает двигаться в прежнем
направлении, поэтому в т.2 возникает зона повышенного давления. Эта зона начинает распределяться в
обратном направлении со скоростью звука.
Формула Жуковского
F  m a
F 


Pу  S ПП      S ПП  
a

    a
Pу      (  a)      a – формула Жуковского
ω – скорость движения жидкости до закрытия клапана. Если скорость движения жидкости резко меняется
не до 0, то
Ру = ρ∙Δω∙а
ρ ≈ 1000кг/м3
Δω= 1м/с
Ру = 1000 · 1 · 1000 = 106 Па ≈ 105 мм. вод.ст. = 100 м вод.ст.
Данная схема имеет иллюстрированное значение. В реальных теплосетях давление из подающего
коллектора источников не фиксируется. Давление в обратном коллекторе стабилизируется с помощью
подпиточного устройства. Однако, быстрого действия подпит. устройства не достаточна для устранения
гидравлического удара. Считаем, что в реальных теплосетях нет точек регулируемого давления, которые
ограничивали бы зону распределения волн гидравлического удара.
В реальных теплосетях давление гидравлического удара рекомендуют вычислять по формуле:

Py    L 

L – длина замкнутого контура
Δτ – время изменения скорости.
Ру ≤ Рд – Рр
При резкой остановке сетевого насоса давления в обратном коллекторе увеличивается, а в подающем
уменьшается, следовательно, возникает гидравлический удар.
При запуске сетевого насоса на полную открытую сеть возникает гидравлический удар.
Для защиты от высокого давления при гидравлическом ударе применяют:
1. Обратные клапаны на перемычках, соединяющих трубопроводы с разными знаками волн давления.
При резкой остановке сетевого насоса давления в обратном коллекторе увеличивается, а в подающем
уменьшается.
Как только Ро>Рп ОК открывается и давление выравнивается.
2. Используются устройства, тормозящие распределение волн гидравлического удара (газовые и воздушные
колпаки).
3. Применяют устройства для сброса давления – предохранительные клапаны и уравнительные резервуары.
4. Устанавливают маховые колеса на валу насоса. Инерционность СН резко увеличивается, следовательно,
насос не так быстро останавливается.
Применяют быстродействующее устройство автоматического включения резервных насосов
50 Прокладка тепловых сетей, трасса, профиль.
При выборе трассы тепловых сетей исходят из следующих основных условий: надежности
теплоснабжения, быстрой ликвидации возможных неполадок и аварий, безопасности работы
обслуживающего персонала, наименьшей длины тепловой сети и минимального объема работ по ее
сооружению. При этом учитывают также возможность совместной прокладки теплопроводов с другими
инженерными сетями (водопроводом, газопроводом, канализацией, электрическими кабелями и др.), если
это допускается по условиям надежности всех сетей и безопасности их обслуживания. Совместная
прокладка может выполняться как подземным способом (в непроходных и проходных каналах, городских и
внутриквартальных коллекторах), так и надземным (многоярусные опоры, мачты, эстакады). Такие решения
обычно приводят к снижению суммарных затрат на строительство и эксплуатацию инженерных сетей.
Подземная прокладка
Для городов и населенных пунктов по архитектурным соображениям рекомендуется применять подземную
прокладку теплопроводов, независимо от качества грунта, загруженности подземных коммуникаций и
стесненности проездов. Для промышленных площадок подземная прокладка используется при высокой
насыщенности подземных коммуникаций с целью упорядочения технологических прокладок в одном
коллекторе с теплопроводами.
Подземные прокладки подразделяют (рис. IX. 1) на канальные и бесканальные.
Канальные прокладки предназначены для
защиты
трубопроводов
от
механического
воздействия грунтов и коррозионного влияния
почвы. Стены каналов облегчают работу
трубопроводов, поэтому канальные прокладки
допускаются для теплоносителей с давлением до
2,2 МПа и температурой до 350°С. В бесканальных прокладках трубопроводы работают в более
тяжелых условиях, так как они воспринимают
дополнительную нагрузку грунта и при
неудовлетворительной
защите
от
влаги
подвержены наружной коррозии. В связи с этим
бесканальные прокладки
рекомендуется
применять при температуре теплоносителя да
180°С.
Проходные каналы применяются при прокладке
в одном направлении не менее пяти труб
большого диаметра. Проходные каналы используют часто для прокладки теплопроводов под
многоколейными
железными
дорогами
и
автострадами с интенсивным движением транспорта, не допускающим вскрытия каналов и нарушения работы узлов на период ремонта сетей.
Каналы сооружают из кирпича, монолитного или сборного железобетона. Наименьшая высота канала
принимается 1,8 м, ширина определяется числом и размерами труб с учетом допустимых зазоров между
ними. Ширина прохода для обслуживания принимается не менее 0,7 м. Габариты типовых каналов
выбирают из условия свободного доступа, ремонта и обслуживания арматуры, оборудования и
теплоизоляции. Общие коллекторы оборудуют монтажными проемами, вентиляцией, освещением,
телефонной связью и средствами водоотлива.
В проходных каналах трубы большого диаметра размещают в нижнем ряду, меньшего диаметра — вверху
Теплопроводы рекомендуется укладывать в правом (по ходу теплоносителя со станции) вертикальном ряду,
остальные—в левом. При компоновке сечения канала допустимые разрывы между коммуникациями и
ограждениями принимаются по нормам строительного проектирования.
Полупроходные каналы применяют в стесненных условиях местности, когда невозможно возведение
проходных каналов Их используют в основном для прокладки сетей на коротких участках под крупными
инженерными узлами, не допускающими вскрытия каналов для ремонта трубопроводов. Высота
полупроходных каналов принимается не менее 1,4 м, свободный проход—не менее 0,6 м; при этих габаритах
возможно проведение мелкого ремонта труб. Материалы для изготовления полупроходных каналов и
принцип размещения в них коммуникаций аналогичны проходным каналам.
Непроходные каналы имеют наибольшее распространение среди других видов каналов. Каждый вид канала применяется в зависимости от местных условий изготовления, свойств грунта, места прокладки. В
непроходные каналы укладывают трубопроводы тепловых сетей, не требующие постоянного надзора.
Сборные каналы со стенками из неармированного бетона, усиленными кирпичной кладкой, прокладывают в
слабых грунтах высокой влажности. Оклеечная гидроизоляция служит защитой от проникновения в канал
грунтовой воды, воды атмосферных осадков. Каналы с прочными армированными конструкциями
перекрытий и стенок пригодны для повсеместной прокладки, в том числе и под улицами, площадями и под
автодорогами местного значения. Подготовка основания из фильтрующих материалов под каналами
предупреждает затопление тепловых сетей в период максимального паводкового подъема уровня грунтовых
вод. Каналы с дренажной обсыпкой стенок и дренажной трубой предназначены для прокладок в зоне
грунтовых вод.
Отсутствие воздушного зазора между стенками каналов и тепловой изоляцией в конструкциях ухудшает
вентиляцию воздуха и подсушку изоляции, вследствие чего тепловая изоляция постоянно находится во
влажном состоянии. Легкому влагонасыщению изоляции способствует капиллярный подъем воды со дна
канала, проникающей из грунта через неплотности стенок. Высокая влажность тепловой изоляции
увеличивает теплопотери и является основной причиной ускоренной коррозии трубопроводов. В настоящее
время прокладки в каналах без воздушного зазора не допускаются. В каналах с воздушным зазором между
стенками и изоляцией трубопроводов тепловая изоляция в меньшей степени подвержена увлажнению,
поэтому коррозия трубопроводов в таких каналах значительно ослаблена.
Вода, попавшая в каналы, частично испаряется и в виде конденсата выпадает на холодных стенках.
Конденсат, падая с перекрытия на трубопроводы, увлажняет тепловую изоляцию, поэтому необходимо
проектировать такие формы стенок каналов, чтобы капель не попадала на тепловую изоляцию. Сводчатая
форма перекрытия наиболее удобна для организованного стока такой влаги на дно канала.
Глубина заложения каналов принимается исходя из минимального объема земляных работ и надежного
укрытия от раздавливания транспортом. Наименьшее заглубление от поверхности земли до верха
перекрытия каналов в любом случае принимается не менее 0,5 м.
Бесканальная прокладка—перспективный и экономичный способ строительства тепловых сетей.
Перечень строительно-монтажных операций, а следовательно, и объем работ при бесканальной прокладке
значительно уменьшается, благодаря чему стоимость сетей по сравнению с канальной прокладкой
снижается на 20— 25%. По этим соображениям тепловые сети с диаметрами трубопровода до 500 мм
рекомендуется прокладывать преимущественно бесканально.
Бесканальные прокладки различаются по конструкции тепловой изоляции
Засыпные. В качестве изоляционного материала используются различные насыпные материалы. В траншеях трубы укладывают на бетонные или деревянные лежни или непосредственно на подстилку изоляции.
Слой изоляции плотно утрамбовывают. Под воздействием коррозии и просадки грунта наблюдались частые
разрывы сварных стыков труб. Вследствие этого засыпные конструкции рекомендуются для временной
прокладки сетей в сухих грунтах с температурой теплоносителя до 110°С.
Сборные. В сборных прокладках формованные изоляционные изделия в виде кирпичей,
сегментов,
скорлуп закрепляются на трубах бандажной проволокой. Поверх изоляции в несколько слоев накладывают
рулонную гидроизоляцию. Собранные конструкции укладывают на постель и засыпают грунтом.
Формованные изделия из диатома, асбестоцемента, пенобетона, пеносиликата большей частью легко
насыщаются влагой, поэтому собранная конструкция теплопровода даже при нанесении гидроизоляции
оказывается недостаточно герметичной. По этим причинам сборные прокладки используют как временные
сооружения.
Сборно-литые. В этих прокладках трубы укладывают в опалубку из пенобетонных плит. Пространство в
опалубке заливают пенобетонной массой. После затвердевания бетона образуется прочная оболочка,
исключающая независимое перемещение трубы при температурных удлинениях.
В некоторых конструкциях трубопроводы предварительно изолируют слоем минеральной ваты, затем
заливают твердеющей массой или засыпают материалом, который после увлажнения цементируется. В
таком исполнении трубы при удлинении свободно перемещаются в оболочке и конструкция становится
подобна канальной.
Литые. В литых прокладках трубы укладывают в съемную опалубку, в которую заливают бетонный раствор
или бетонную смесь. Если вокруг монолитной конструкции нанесено гидроизоляционное покрытие, то это
достаточно герметичное сооружение может быть использовано для прокладки в зоне грунтовых вод.
Монолитные конструкции изготовляют на заводах путем накручивания арматурной сечки с небольшим
зазором от поверхности очищенной от ржавчины трубы и заливки твердеющего раствора вокруг трубы в
специальных формах. После термообработки масса прочно сцепляется с металлом труб, образуя
монолитную конструкцию.
Бесканальную прокладку производят на глубине от поверхности земли до верха оболочки теплопровода не
менее 0,7 м. Основным недостатком бесканальных прокладок является повышенная просадка и наружная
коррозия теплопроводов. Просадка труб вызывает перенапряжение сварных стыков и заедание сальниковых
компенсаторов. Для предупреждения просадок применяется местное уплотнение грунта, иногда
используются подкладки бетонных плит под трубы или производится бетонная заливка основания. В
настоящее время для двухтрубных сетей различных диаметров разработаны типовые проекты бесканальной
прокладки в грунтах различной категории я влажности.
На трассе подземных теплопроводов сооружаются вспомогательные строительные элементы, имеющие
различное назначение. Ниши (рис. IX.6) предназначены для размещения П-образных компенсаторов при
всех видах подземной прокладки.
Камеры устанавливают по трассе подземных теплопроводов для размещения в них задвижек, сальниковых
компенсаторов, неподвижных опор, ответвлений, дренажных и воздушных устройств, измерительных
приборов. Расстояния между камерами обычно принимают равными расстояниям между неподвижными
опорами. Внутренние габариты камер зависят от числа и диаметров труб, размеров оборудования. Высота
камер принимается не менее 2 м.
Вентиляционные камеры сооружают только на трассе проходных каналов для обеспечения в них
температуры воздуха не более 50°С, а во время ремонтов — не более 40°. Вентиляция может быть
естественной и принудительной.
Монтажные проемы сооружают на трассе проходных каналов через 200—300 м для затаскивания и выемки
труб. Длина проемов не менее 4 м, а ширина—не менее максимального диаметра трубы плюс 0,1 м, но не
менее 0,7 м.
Продольный дренаж применяют для искусственного понижения уровня грунтовых вод в узкой полосе
трассы. Грунтовые и поверхностные воды, проникая через стенки каналов и покровные оболочки
бесканальных прокладок, увлажняют теплоизоляцию и вызывают коррозию труб. Для защиты подземных
прокладок от затопления применяют гидрофобные теплоизоляционные материалы, герметичные каналы и
продольное дренирование. Большое значение имеет планировка поверхности земли над теплопроводом с
уклоном в сторону от трассы, а также уплотнение и прикатка грунта для предупреждения местных просадок
почвы, в которых застаиваются талые воды и атмосферные осадки.
Надземная прокладка
Воздушный способ прокладки получил распространение на территориях промышленных предприятий и на
площадках, свободных от застроек. Неоспоримо преимущество надземной прокладки и в районах с высоким
уровнем грунтовых вод или с сильно пересеченным рельефом местности. Воздушная прокладка имеет ряд
положительных эксплуатационных преимуществ: а) лучшая доступность и обозреваемость сетей,
способствующие своевременному устранению неисправностей; б) отсутствие разрушающего влияния
грунтовых вод; в) использование более надежных в работе П-образных компенсаторов; г) широкая
возможность устройства прямолинейного продольного профиля теплопроводов, при котором уменьшается
количество воздушных и спускных вентилей. Вместе взятые факторы способствуют повышению
долговечности и снижению стоимости сетей по сравнению с канальной прокладкой на 30—60%.
Использование надземной прокладки позволяет снять ограничения параметров теплоносителей,
установленных для подземных сетей.
Надземная прокладка осуществляется на отдельно стоящих стойках и эстакадах. На территории
промышленных предприятий межцеховые коммуникации иногда прокладывают на кронштейнах,
заделанных в стенах зданий. Отдельно стоящие стойки бывают: деревянные, стальные, железобетонные,
высокие и низкие.
По способу воспринятия нагрузки различают стойки промежуточные и анкерные. Промежуточные стойки
предназначены в основном для воспринятия вертикальной нагрузки от массы труб, теплоносителя и
изоляции. Анкерные или неподвижные стойки воспринимают вертикальную и горизонтальную нагрузку
трубопроводов.
По принципу работы высокие стойки подразделяют на жесткие, гибкие и качающиеся. Жесткие стойки
прочно защемлены в фундаменте. Гибкие стойки защемлены в фундаменте, верх стоек шарнирно соединен с
трубопроводом. Качающиеся стойки шарнирно соединены с фундаментом и трубами, поэтому
температурное удлинение труб вызывает поворот стоек относительно нижних шарниров. Из всех стоек чаще
применяют жесткие как наиболее дешевые и удобные при монтаже трубопроводов.
Размещение трубопроводов в поперечном сечении эстакады должно быть таким, чтобы перегрузка одной
стороны (от оси эстакады) не превышала 30% от полной нагрузки на сечение эстакады.
На пролетных строениях между трубами устраивают проходы шириной не менее 0,6 м, с которых
производится обслуживание арматуры, теплоизоляции, опор. Эстакады с такими проходами по всей длине
трассы называют проходными. При небольшом количестве труб на эстакаде обслуживание трубопроводов
производится с переносных лестниц или площадок, такие эстакады называют непроходными.
Прокладка теплопроводов в особых условиях
Строительство тепловых сетей в сейсмических районах при 8 баллах и более, в просадочных и
вечномерзлых грунтах, а также в районах горных выработок должно осуществляться с соблюдением
дополнительных требований норм проектирования. Во всех случаях лучшим решением является прокладка
сетей на эстакадах и стойках.
В просадочных грунтах II типа и плывунах допускается укладка трубопроводов в каналах лоткового типа из
сборных железобетонных элементов или монолитного бетона. Небольшие просадки оснований каналов
устраняются втрамбовыванием в грунт слоя щебня, бетонного боя и других кусковых материалов до
полного уплотнения постели трассы на глубину не менее 0,3 м. При глубине просадки более 0,4 м основание
каналов уплотняется дополнительной укладкой по всей ширине траншеи суглинистого грунта,
обработанного битумом или дегтярными отходами. Для надземной прокладки допускается забивка свай под
основания стоек или термическая обработка грунта. Упрочнение постели трассы в сухих насыпных или
торфянистых грунтах может быть осуществлено укладкой в основании теплопроводов железобетонных
плит, а при высокой влажности слабых грунтов—с дополнительным дренированием основания.
В районах вечной мерзлоты воздушная прокладка является основным методом строительства, так как
тепловыделения подземных теплопроводов могут вызвать оттаивание грунта и просадку каналов. Если на
глубине оттаивания залегают непросадочные грунты, то допускаются обычные канальные прокладки сетей,
но с обязательной вентиляцией каналов. Однако вводы трубопроводов в здания выполняют только
надземными, для чего на расстоянии до 6 м от стен зданий трубопроводы должны быть выведены из каналов
на поверхность земли и уложены на низкие стойки. Этими мерами предупреждается размораживание грунта
вблизи фундаментов сооружений, рассчитанных по принципу сохранения мерзлоты.
В районах горных выработок и высокой сейсмичности тепловые сети прокладывают надземно или в
каналах, бесканальная прокладка допускается для сетей с условным диаметром труб до 400 мм. К
изготовлению элементов конструкций теплопроводов предъявляют повышенные требования. Особое
внимание уделяется выбору трассы, размещению опор, компенсаторов, дренажных и воздушных устройств
на трубопроводах, проектные решения по которым принимаются с учетом прогнозируемых деформаций
профиля местности. Температурные удлинения теплопроводов рекомендуется компенсировать гибкими
устройствами. Сальниковые компенсаторы допускается использовать в канальных прокладках на
трубопроводах
с
условным
диаметром
более
400 мм. Катковые и
шариковые опоры к
установке
на
трубопроводах не
допускаются.
Пересечение
теплопроводов с
инженерными
сетями
и
различными
сооружениями
производится
на
разных уровнях с
соблюдением определенных
расстояний между
ними, а также с
выполнением мероприятий,
устраняющих
вредное взаимное влияние их. При этом для снижения затрат на строительство тепловых сетей и для
повышения надежности теплоснабжения пересечение их со сложными коммуникациями (железными и
автомобильными дорогами, трамвайными путями, линиями метрополитена, реками и т. п.), зданиями и
сооружениями желательно производить под углом 90°; для линий метрополитена этот угол допускается
уменьшать до 60°, для остальных — до 45°. Минимально допустимые расстояния в свету по горизонтали и
вертикали от наружной грани строительных конструкций или оболочки бесканальной прокладки тепловых
сетей до зданий, сооружений, коммуникаций и инженерных сетей для различных случаев указаны в СНиП
41-02-2003.
Выбранная трасса тепловых сетей наносится на план геодезической съемки местности с привязкой основных
направлений к зданиям и другим сооружениям. По трассе для намечаемого типа прокладки теплопровода на
основе тепловых нагрузок потребителей определяются ориентировочно диаметры расчетных участков и
затем типы и расположение компенсаторов и неподвижных опор, а также камер при подземной прокладке.
Для снижения затрат на сооружение подземных теплопроводов следует выбирать минимальное число камер,
сооружая их только в местах установки приборов и оборудования, нуждающегося в обслуживании:
сальниковых компенсаторов, задвижек, дренажей. К уменьшению числа камер приводит использование
естественной компенсации, гибких (радиальных) и двусторонних осевых компенсаторов.
По трассе тепловых сетей строится продольный профиль на основе натурной съемки и проекта
вертикальной планировки (организации рельефа) местности. На продольный профиль наносятся: планировочные и черные отметки земли, уровень стояния грунтовых вод, существующие и проектируемые
коммуникации и сооружения с указанием их отметок, уклоны участков тепловых сетей. Если теплопроводы
проектируются с дренажем, его также отражают на профиле. В качестве примера на рис. 6.3 показаны трасса
и профиль участка подземного теплопровода в непроходном канале.
Уклон тепловых сетей на участках должен приниматься не менее 0,002 независимо от направления
движения теплоносителя и способа прокладки, за исключением отдельных участков: при пересечениях,
прокладке по мостам и т. п., где допускается прокладка без уклона, На подводках к отдельным зданиям при
подземной прокладке уклон должен выполняться от здания к ближайшей камере для предотвращения
затопления подвалов зданий. На трассе тепловых сетей в низших точках намечаются спускные устройства,
а в высших — воздушники, которые размещаются в камерах. Спуск воды из трубопроводов осуществляется
в сбросные колодцы с отводом воды из них самотеком или насосами (непосредственно из трубопроводов) в
системы канализации (при обеспечении температуры воды не выше 40°С) и в поглощающие колодцы.
51.РЕГУЛИРОВАНИЕ тепловой нагрузки систем теплоснабжения
Различают качественное, количественное и качественно-количественное регулирование. Качественное
регулирование осуществляется изменением температуры при постоянном расходе теплоносителя.
Количественное регулирование осуществляется изменением расхода при постоянной температуры.
Целесообразно применять центральное качественное и местное количественное регулирование.
Наряду с отопительными установками значительное количество тепла расходуется на горячее
водоснабжение, возрастает вентиляционная нагрузка. При одновременной подачи тепла по двухтрубным
тепловым сетям для разнородных потребителей центральное регулирование, выполняемое по
преобладающей нагрузке, должно быть дополнено групповым и местным регулированием.
В зависимости от соотношения нагрузок горячего водоснабжения и отопления центральное регулирование
разнородной нагрузки производится по отопительной нагрузке или по совместной нагрузке отопления и
горячего водоснабжения.
Регулирование отпуска теплоты по отопительной нагрузке.
В закрытых и открытых системах теплоснабжения при отношении Qг.в.ср/Qо<0,15 может применяться
центральное качественное регулирование отпуска теплоты по отопительной нагрузке.
Построение графика центрального качественного регулирования отпуска теплоты по отопительной нагрузке
основано на определении зависимости температуры сетевой воды в подающей и обратной магистралях от
температуры наружного воздуха: τ1,о=f(tн), τ2,о=f(tн).
Так как по тепловым сетям одновременно подается теплота на отопление, вентиляцию и горячее
водоснабжение, для удовлетворения тепловой нагрузки горячего водоснабжения необходимо внести
коррективы в отопительный график. Температура нагреваемой воды на выходе из водоподогревателя
горячего водоснабжения должна быть 60…650С, поэтому минимальная температура сетевой воды в
подающей магистрали принимается равной 700С. для этого отопительный график срезается на уровне 70,
полученный график температур воды в тепловой сети называется отопительно-бытовым.
при центральном качественном регулировании по отопительной нагрузке расход воды в отопительных
системах остается постоянным в течении всего отопительного сезона.
Точка излома графика делит его на две части с различными режимами регулирования: в диапазоне
температур наружного воздуха от температуры в точке излома tн||| до tр.о. осуществляется центральное
качественное регулирование отпуска теплоты, в диапазоне +80С… tн|||- местное регулирование.
Регулирование отпуска теплоты на вентиляцию можно осуществить изменением расхода сетевой воды или
нагреваемого воздуха. При центральном качественном регулировании по отопительной нагрузке
температура воды в подающем трубопроводе в диапазоне от tр.о. до tн||| изменяется в зависимости от
температуры наружного воздуха. По характеру изменения температуры воды и расхода тепла на вентиляцию
отопительный период делится на три диапазона.
В диапазоне 1 (от tн=80С до tн|||) при переменной вентиляционной нагрузке температура в подающей линии
постоянна. В этом диапазоне температур наружного воздуха дополнительно к центральному регулированию
осуществляют местное путем изменения расхода сетевой воды через калорифер.В диапазоне 2 ( от tн||| до tв.о.)
по мере увеличения вентиляционной нагрузки возрастает и температура воды. Здесь осуществляется
центральное качественное регулирование.
В диапазоне 3 ( от tр.в до tр.о) при постоянном расходе тепла на вентиляцию температура воды в подающей
линии переменна. При этом диапазоне, так же как и при первом, необходимо применять дополнительное
местное регулирование.
Тепловая нагрузка горячего водоснабжения отличается большой суточной неравномерноситью. В случае
установки аккумуляторов горячей воды расчет графиков регулирования производится по среднечасовой
нагрузке горячего водоснабжения. При отсутствии аккумуляторов графики рассчитывают исходя из
максимального часового расхода тепла.
Местное регулирование тепловой нагрузки на горячее водоснабжение производят изменением расхода
сетевой воды через водоподогреватель. При этом отопительный период разбивается на два диапазона.
В диапазоне I при постоянной нагрузке горячего водоснабжения и постоянной температуре воды расход
сетевой воды тоже остается постоянным. В диапазоне I наблюдается максимальный расход сетевой воды.
В диапазоне II постоянный расход тепла на горячее водоснабжение при переменной температуре сетевой
воды обеспечивается местным количественным регулированием. С увеличением температуры сетевой воды
регулятор РТ прикрывается, уменьшая поступление греющей воды в подогреватель.
Регулирование отпуска теплоты по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения
Центральное качественное регулирование отпуска теплоты по совместной нагрузке отопления и горячего
водоснабжения принимается , если Qг.в.ср/Qор >0,15.
Наличие нагрузки горячего водоснабжения увеличивает расход сетевой воды, что приводит к увеличению
диаметров труб, а следовательно, и стоимости тепловых сети. Значительное сокращение расчетных расходов
воды достигается при центральном качественном регулировании по совместной нагрузке отопления и
горячего водоснабжения. При этом методе регулирования в системе поддерживается постоянный расход
сетевой воды, равный расчетному расходу на отопление. Для удовлетворения нагрузки горячего
водоснабжения температура воды в подающем трубопроводе должна быть выше, чем требуется по
отопительному графику . присоединение подогревателей горячего водоснабжения не менее чем у 75%
абонентов должно быть выполнено по двухступенчатой последовательной схеме. Сетевая вода перед
поступлением в систему отопления проходит через подогреватель верхней ступени, где температура ее
снижается от τ1 до τ1,о. Расход воды на горячее водоснабжение изменяется регулятором температуры РТ. Для
качественного теплоснабжения разнородных потребителей центральное регулирование отпуска теплоты
дополняется местным количественным. Постоянный расход сетевой воды нв вводе поддерживается
регулятором РР. В часы максимального водопотребления снижается температура воды, поступающей в
систему отопления, что приводит к уменьшению отдачи тепла. Этот дебаланс компенсируется в часы
минимального водопотребления, когда в систему поступает вода с температурой более высокой, чем
требуется по отопительному графику.
Рис. график температур при центральном регулировании по совместной нагрузке отопления и горячего
водоснабжения в закрытой системе теплоснабжения.
Построение графика суммарного расхода сетевой воды при регулировании по совместной нагрузке
осуществляется сложением расходов воды на отопление и вентиляцию при соответствующих температурах
наружного воздуха.
Построение графика суммарного расхода сетевой воды при регулировании по отопительной нагрузке
осуществляется сложением расходов воды на все виды теплопотребления (отопление, вентиляция, горячее
водоснабжение) при соответствующих температурах наружного воздуха.
51. Регулирование тепловой нагрузки систем теплоснабжения.
Системы теплоснабжения представляют собой взаимосвязанный комплекс потребителей тепла,
отличающихся как характером, так и величиной теплопотребления. Режимы расходов тепла
многочисленными абонентами неодинаковы. Тепловая нагрузка отопительных установок изменяется в
зависимости от температуры наружного воздуха, оставаясь практически стабильной в течение суток. Расход
тепла на ГВС и для ряда технологических процессов не зависит от температуры наружного воздуха, но
изменяется как по часам суток, так и по дням недели. В этих условиях необходимо искусственное изменение
параметров и расход теплоносителя в соответствие с фактической потребностью абонентов. Регулирование
повышает качество теплоснабжения, сокращает перерасход тепловой энергии и топлива.
В зависимости от места осуществления регулирования различают центральное, групповое, местное и
индивидуальное регулирование. Центральное регулирование выполняют на ТЭЦ или в котельной по
преобладающей нагрузке, характерной для большинства абонентов. В городских тепловых сетях такой
нагрузкой может быть отопление или совместная нагрузка отопления и ГВС. На ряде технологических
предприятий преобладающим является технологическое теплопотребление.
Групповое регулирование производится в ЦТП для группы однородных потребителей. В ЦТП
поддерживаются требуемые расход и температура теплоносителя, поступающего в распределительные или
во внутриквартальные сети.
Местное регулирование предусматривается на абонентском вводе для дополнительной корректировке
параметров теплоносителя с учетом местных факторов.
Индивидуальное регулирование осуществляется непосредственно у теплопотребляющих приборов,
например у нагревательных приборов систем отопления, и дополняет другие виды регулирования.
Тепловая нагрузка многочисленных абонентов современных систем теплоснабжения неоднородна не только
по характеру теплопотребления, но и по параметрам теплоносителя. Поэтому центральное регулирование
отпуска тепла дополняется групповым, местным и индивидуальным, т.е. осуществляется комбинированное
регулирование.
Комбинированное регулирование, состоящее из нескольких ступеней, взаимно дополняющих друг друга,
создают наиболее полное соответствие между отпуском тепла и фактическим теплопотреблением.
По способу осуществления регулировани может быть автоматическим и ручным.
Сущность методов регулирования вытекает из уравнения теплового баланса.
Q=(Gc( - )/3600)n=kFtn
где Q – количество тепла, полученное прибором от теплоносителя и отданное нагреваемой среде; кВтч; G –
расход теплоносителя,кг/ч; с – теплоемкость теплоносителя, кДж/кгС;  и  -температура теплоносителя на
входе и выходе из теплообменника,С;n – время, ч; k – коэффициент теплопередачи, кВт/м С; F –
поверхность нагрева теплообменника, м ; t – температурный напор между греющей и нагреваемой средой, ,С.
Из уравнения следует, что регулирование , что регулирование тепловой нагрузки возможно несколькими
методами: изменением температуры теплоносителя — качественный метод; изменением расхода
теплоносителя—количественный метод; периодическим отключением систем—прерывистое регулирование;
изменением поверхности нагрева теплообменника. Сложность осуществления последнего метода
ограничивает возможность его широкого применения.
Качественное регулирование осуществляется изменением температуры при постоянном расходе
теплоносителя. Качественный метод является наиболее распространенным видом центрального
регулирования водяных тепловых сетей.
Количественное регулирование отпуска тепла производится изменением расхода теплоносителя при
постоянной его температуре в подающем трубопроводе.
Качественно-количественное регулирование выполняется путем совместного изменения температуры и
расхода теплоносителя.
Прерывистое регулирование достигается периодическим отключением систем, т. е. пропусками подачи
теплоносителя, в связи с чем этот метод называется регулированием пропусками.
Центральные пропуски возможны лишь в тепловых сетях с однородным теплопотреблением, допускающим
одновременные перерывы в подаче тепла. В современных системах теплоснабжения с разнородной тепловой
нагрузкой регулирование пропусками используется для местного регулирования.
В паровых системах теплоснабжения качественное регулирование неприемлемо ввиду того, что изменение
температур в необходимом диапазоне требует большого изменения давления. Центральное регулирование
паровых систем производится в основном количественным методом или путем пропусков. Однако
периодическое отключение приводит к неравномерному прогреву отдельных приборов и к заполнению
системы воздухом. Более эффективно местное или индивидуальное количественное регулирование.
Общее уравнение регулирования:
Расчет режимов регулирования основан на уравнениях теплового баланса, составленных для любого вида
нагрузки при нерасчетных и расчетных условиях
1
2
1
2
2
2
Q  Gп c( 1   2 )  Gв c(t1  t 2 )  kFt
(1У.2, 1У.З)
Q  Gп c( 1   2 )  Gв c(t1  t 2 )  k Ft 
где Q —текущая тепловая нагрузка; Gп —расход первичного (греющего) теплоносителя; Gв —расход
вторичной (нагреваемой) среды;
—температура первичного теплоносителя на входе и выходе из теплообменника; t ,t — соответственно,
температура нагреваемой среды на входе в теплообменник и на выходе из него. Индексом. штрих
обозначены все величины, относящиеся к расчетным условиям.
Из отношения равенств (1У.2) и (1У.З) получим общее уравнение регулирования
Q Gп c( 1   2 ) Gв c(t1  t 2 ) kt
(IV.4)



 1 , 2
Q
2
Gп c( 1   2 )
Gв c(t1  t 2 )
1
kt 
Уравнение теплового баланса может быть представлено в виде
Q=Wбtм= Wмtб=kFt,
(1У.5)
где Wб, Wм —большее и меньшее значения водяных эквивалентов теплообмениваюшихся сред; W=Gс—
эквивалент расхода воды, представляющий собой произведение массового расхода теплоносителя на его
удельную теплоемкость; tм, tб —соответственно-меньший и больший перепады температур
теплоносителей.
Для первичного теплоносителя в данном случае      , для вторичной среды t  t  t .
Центральное регулирование однородной тепловой нагрузки:
Режим регулирования водяных систем теплоснабжения зависит от многочисленных факторов, но основным
является вид тепловой нагрузки и схемы узлов вводов абонентов. Регулирование отпуска тепла значительно
упрощается при однородной тепловой нагрузке. В этих случаях можно ограничиться только центральным
регулированием. Центральное регулирование отопительной нагрузки применяют в системах
теплоснабжения с децентрализованным горячим водоснабжением. В таких системах отопление является
основной тепловой нагрузкой. Центральное регулирование осуществляется в соответствии с потребностью
тепла для отопления зданий при различных наружных температурах воздуха.
При качественном регулировании задача расчета состоит в определении температуры воды в зависимости от
тепловой нагрузки. Расход воды остается постоянным в течение всего отопительного сезона.
При количественном регулировании температура сетевой воды в подающем трубопроводе постоянна.
Регулирование тепловой нагрузки осуществляется изменением расхода воды. Задачей расчета является
определение расхода и температуры обратной воды в зависимости от величины отопительной нагрузки.
При качественно-количественном регулировании осуществляется изменение расхода и температуры сетевой
воды в зависимости от величины отопительной нагрузки.
Центральное регулирование закрытых систем по отопительной нагрузке:
Современные системы теплоснабжения характеризуются наличием разнородных потребителей,
отличающихся как видом теплопотребления, так и параметрами теплоносителя. Наряду с отопительными
установками значительное количество тепла расходуется на горячее водоснабжение, возрастает
вентиляционная нагрузка. При одновременной подаче тепла по двухтрубным тепловым сетям для
разнородных потребителей центральное регулирование, выполняемое по преобладающей нагрузке, должно
быть дополнено групповым и местным регулированием.
При этом температура сетевой воды в подающем трубопроводе закрытых систем не должна быть ниже 70°С,
так как при более низких температурах нагрев водопроводной воды в теплообменнике до 60—65°С будет
невозможен.
В зависимости от соотношения нагрузок горячего водоснабжения и отопления центральное регулирование
разнородной нагрузки производится по отопительной нагрузке или по совместной нагрузке отопления и
горячего водоснабжения.
Центральное качественное регулирование по отопительной нагрузке принимается в системах
теплоснабжения со среднечасовой нагрузкой горячего водоснабжения, не превышающей 15 %, от
расчетного расхода тепла на отопление.
При центральном качественном регулировании по отопительной нагрузке расход воды в отопительных
системах остается постоянным в течение всего отопительного сезона. Требуемый расход сетевой воды на
горячее водоснабжение и вентиляцию устанавливается соответствующими местными регуляторами. В этих
условиях присоединение абонентских установок к тепловой сети выполняется обычно по параллельной или
двухступенчатой смешанной схеме.
Центральное регулирование закрытых систем по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения:
Наличие нагрузки горячего водоснабжения увеличивает расход сетевой воды, что приводит к .увеличению
диаметров труб, а следовательно, и стоимости тепловой сети. Значительное сокра щение расчетных
расходов воды достигается при центральном качественном регулировании по совместной нагрузке
отопления и горячего водоснабжения. При этом методе регулирования в системе
поддерживается постоянный расход сетевой воды, равный расчетному расходу на отопление. Для
удовлетворения нагрузки горячего водоснабжения температура воды в подающем трубопроводе должна
быть выше, чем требуется по отопительному графику.
1
2
1
2
Центральное качественное регулирование по
совместной нагрузке отопления и горячего
водоснабжения принимается при суммарном
среднечасовом расходе тепла на горячее
водоснабжение более 15% от суммарного
максимального часового расхода на отопление.
Присоединение
подогревателей
горячего
водоснабжения не менее чем у 75% абонентов
должно быть выполнено по двухступенчатой
последовательной схеме .(РИС. IV. 14). Сетевая
вода перед поступлением в систему отопления
проходит через подогреватель верхней ступени,
где температура ее снижается. Расход воды на
горячее водоснабжение изменяется регулятором
температуры РТ. Обратная вода после системы
отопления поступает в подогреватель нижней
ступени, где остывает. Постоянный расход
сетевой вод на вводе поддерживается регулятором РР. Последовательно включение подогревателя верхней
ступени дает возможность использовать в качестве теплового аккумулятора строительные конструкции
здания. В часы максимального водопотребления снижается температура воды, поступающей в систему
отопления, что приводит к уменьшению отдачи тепла. Этот небаланс компенсируется в часы минимального
водопотребления, когда в систему отопления поступает вода с температурой более высокой, чем требуется
по отопительному графику. Суточный баланс тепла на отопление обеспечивается при расчете
температурного графика по «балансовой» нагрузке горячего водоснабжения, несколько превышающей
среднечасовой расход тепла на горячее водоснабжение.
При независимом присоединении отопительных установок для расчета повышенного графика необходимо
предварительно определить температуры сетевой воды перед отопительным подогревателем и после него.
Расчет графиков центрального регулирования производят по режиму теплопотребления «типового»
абонента, для которого отношение средней часовой нагрузки горячего водоснабжения к расчетной
отопительной такое же, как в целом по району. Для абонентов, режим теплопотребления которых отличается
от типового, предусматривается групповое или местное регулирование.
При разнородной тепловой нагрузке абонентов целесообразно сочетание центрального качественного
регулирования по совместной нагрузке с местным количественным регулированием. Это становится
возможным при замене регуляторов расхода РР регуляторами отопления РО, осуществляющими местное
регулирование отопительных систем по импульсу от температуры воздуха в отапливаемом помещении или
от устройства, моделирующего внутренний тепловой режим помещения.
Регулирование открытых систем теплоснабжения:
В открытых системах теплоснабжения разбор воды на горячее водоснабжение осуществляется в
зависимости от температуры воды в сети. При температуре воды в подающем трубопроводе равной 60°С,
водоразбор ведется только из подающей линии. С повышением температуры сетевой воды водоразбор
осуществляется одновременно из обоих трубопроводов в таком соотношении, чтобы температура воды,
поступающей на горячее водоснабжение, была равна 60°С. В холодный период отопительного сезона разбор
воды происходит только из обратной магистрали. Для смешения воды в абонентских узлах ввода
предусматривается установка терморегуляторов. Изменение места и величины водоразбора существенно
влияет на гидравлический и тепловой режимы системы теплоснабжения.
Выбор метода центрального регулирования производится в зависимости от соотношения тепловых нагрузок
горячего водоснабжения и отопления, а также схемы абонентского узла ввода. Центральное качественное
регулирование по отопительной нагрузке применяется при отношении Qср.г/Qо <0,15 и присоединен систем
отопления и горячего водоснабжения к тепловой сети по принципу несвязанного регулирования . В этом
случае расход воды на отопление поддерживается регулятором расхода РР и не зависит от нагрузки горячего
водоснабжения.
Центральное качественное регулирование по совместной нагрузке (скорректированный температурный
график) применяют при соотношении тепловых нагрузок у большинства потребителей в пределах 0,15
Qср.г/Qо 0,3. Регуляторы расхода в абонентских узлах ввода устанавливают перед ответвлением на горячее
водоснабжение; они поддерживают постоянный расход воды, равный расчетному на отопление. Водоразбор
из подающей линии уменьшает поступление сетевой воды в систему отопления. Небаланс тепла на
отопление компенсируется некоторым повышением температуры в подающем трубопроводе по сравнению с
отопительным графиком. При этом методе регулирования строительные конструкции здания могут быть
использованы в качестве аккумулятора тепла, выравнивающего неравномерности суточного графика
теплопотребления.
Для сохранения суточного баланса тепла на отопление основной расчет проводится по балансовой нагрузке
горячего водоснабжения.
Расход воды на отопление при любой температуре наружного воздуха и балансовой нагрузке горячего
водоснабжения определяют из уравнения теплового баланса системы отопления с учетом водоразбора на
горячее водоснабжение.
Качественно-количественное регулирование по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения
осуществляется двумя методами: искусственным изменением давления и при свободном располагаемом
давлении на коллекторах ТЭЦ.
Качественно - количественное регулирование при свободном располагаемом давлении на коллекторах
станции применяется при отношении тепловых нагрузок у типового абонента в пределах 0,3 > Qср.г/Qо >0,1.
Регулирование изменением
52.ОБОРУДОВАНИЕ тепловых пунктов
Перечень оборудования, установленного в тепловом пункте зависит от схем подключения систем отопления
и горячего водоснабжения, параметров теплоносителя, режимов потребления тепла и других факторов.
Рассмотрим схему теплового пункта.
В тепловом пункте устанавливается грязевик, для очистки воды от взвешенных частиц; на коллекторах
устанавливают термометры и манометры для контроля температуры и давления в ТС; регулятор расхода РР
устанавливается для стабилизации расхода воды при неравномерном отборе ее через ответвления на ГВ, В,
КВ; также устанавливаются манометры на входе в СО и на выходе из СО , чтобы контролировать давление в
точках присоединения СО к подающей и обратной магистрали; на обратной магистрали устанавливают
тепломер.
Для присоединения систем отопления с расчетной температурой воды ниже температуры в подающем
трубопроводе теплосети по зависимой схеме устанавливают элеваторы. Они просты и надежны в
эксплуатации и обеспечивают постоянство коэффициента смешения при изменениях теплового и
гидравлического режимов магистральных сетей.
Элеваторы. Выпускаются стандартных размеров. Нумерация элеваторов производится по диаметру камеры
смешения du от 15 до 59мм.
Принцип работы водоструйного элеватора заключается в использовании энергии воды подающей
магистрали. Рабочая вода с давлением Р1 на выходе из сопла приобретает значительную скорость,
статическое давление ее становится меньше, чем давление в обратной магистрали Р2, в результате чего
обратная вода подсасывается струей рабочей среды. В камере смешения скорость воды выравнивается,
давление постоянно; в диффузоре скорость смешанного потока уменьшается по мере увеличения его
сечения, а статическое давление увеличивается до Р3>Р2.
Основной расчетной характеристикой для элеватора является коэффициент смешения. При подборе
элеваторов коэффициент смешения принимаетсяна 15% выше его расчетного значения с учетом
возможности наладки присоединенной системы: u=Т1-tг/(tг-tо) *1,15
из условия бесшумной работы потери напора в соплах элеваторов не должно превышать 30м; избыточный
напор перед элеватором рекомендуется дросселировать шайбами.
Если необходимо, чтобы коэффициент смешения менялся, то принимают элеваторы с регулируемым
соплом. Увеличение коэффициента смешения обеспечивают и низконапорные бесшумные центробежные
насосы, установленные на трубопроводах подмешиваемой воды (на перемычке).
Подогреватели поверхностного типа устанавливают в тепловых пунктах систем теплоснабжения как для
горячего водоснабжения, так и для систем отопления при присоединении их по независимой схеме.
Грязевики изготавливают из стальных труб диаметром в 2,5- 3 раза больше диаметра входного патрубка.
Большая разность сечений способствует резкому снижению скорости воды и выпадению из нее взвешанных
частиц. В выходном патрубке вырезаны отверстия сечением примерно в 3-4 раза большим сечения патрубка,
закрывающиеся сеткой с ячейками 1-2мм.
При значительном засорении сопротивление грязевика увеличивается в несколько раз. Для облегчения
чистки днище делается разъемным. В период чистки грязевик должен отключаться от сети. На штуцере 2
может устанавливаться манометр для контроля давления в системе или вентиль для выпуска воздуха.
Насосы в тепловых пунктах применяют вместо элеваторов для повышения давления в подающем или
снижения давления в обратном трубопроводах, а также для циркуляции воды в системах горячего
водоснабжения или повышения давления водопроводной воды, используемой на горячее водоснабжение и
для откачки конденсата.
Смесительные насосы подбирают по количеству подмешиваемой воды и гидравлическому сопротивлению
отопительной системы. Насосы на подающем и обратном трубопроводах ввода подбираются по величине
недостаточного или избыточного напора в местной установке. Производительность этих насосов
принимается по расходу воды в системе.
Если насос установлен на перемычке, то он исполняет функции смесительного устройства и когда
располагаемое давление ТС больше располагаемого давления в СО. До перемычки на подающей магистрали
устанавливается регулятор температуры РТ , чтобы определить коэффициент смешения.
Если насос устанавливается на обратной магистрали, то он выполняет функции смешения и циркуляции и
называется циркуляционно- смесительным. РТ и РР устанавливаются для местного количественнокачественного регулирования в течении отопительного периода.
Если насос устанавливается на подающей магистрали, то но выполняет функции смешения, циркуляции и
повышения давления.
53.СИСТЕМЫ горячего водоснабжения
Система горячего водоснабжения состоит из источника приготовления горячей воды, трубопроводов, по
которым вода от источника поступает к водоразборным приборам потребителей, и приспособлений для
регулирования параметров и контроля расхода теплоносителя.
По месту расположения источника системы ГВ различают на децентрализованные и централизованные.
Децентрализованные системы обеспечиваются горячей водой от местных источников, размещенных в
непосредственной близости от водоразборных приборов.
В централизованных системах горячая вода поступает к большой группе потребителей из внешних тепловых
сетей от ТЭЦ и районных котельных или собственных котельных.
На промышленных предприятиях горячее водоснабжение может быть организовано от различных установок
по использованию вторичны энергоресурсов. Централизованное горячее водоснабжение о внешних водяных
тепловых сетей бывает двух видов: с непосредственным водоразбором в открытых системах
теплоснабжения и с нагревом местной водопроводной воды;
подогревателях в закрытых системах теплоснабжения. Централизованное горячее водоснабжение от
внешних паровых тепловых сетей также может быть двух видов: нагревом водопроводной воды в
пароводяных подогревателям и смешением водопроводной воды с паром .
В централизованных системах горячего водоснабжения от собственных котельных и утилизационных
установок способы нагрева горячей воды зависят от типа котлов и установок. Если водогрейные установки
имеют большую емкость, то горячая вода может подаваться в водоразборные приборы непосредственно.
Непосредственное приготовление горячей воды в водогрейных установках экономически выгодно тем, что
большой запас воды позволяет обходиться без аккумуляторов. Использование стальных водогрейных котлов
большой производительности специально для подогрева воды до 60—75°С на горячее водоснабжение
технически нерационально из-за повышенной коррозии хвостовых поверхностей нагрева. В местных
котельных с паровыми котлами горячая вода нагревается в пароводяных подогревателях, установленных в
котельной.
По назначению потребителей различают системы горячего водоснабжения. жилых, общественных и
производственных зданий. Системы горячего водоснабжения жилых домов и некоторых типов гостиниц
отличаются многочисленностью стояков и ответвлений к водоразборным приборам, размещенным по всему
объему здания. Во многих общественных, административных и производственных зданиях пункты общего
пользования горячей водой (санитарные узлы, общие и индивидуальные душевые и ванные кабины, мойки)
сосредоточены в нескольких помещениях. В жилых домах, лечебных, гостиничных и некоторых других
учреждениях водоразборные приборы размещаются на различных этажах; пункты общего пользования
горячей
водой
коммунальных,
спортивных,
производственных
предприятий
располагаются
преимущественно на первом этаже или в подвалах. Различное гидростатическое давление в стояках горячего
водоснабжения многоэтажных зданий требует установки на отводах в квартиры дроссельных шайб или
принятия других мероприятий для обеспечения одинаковых избыточных давлений слива воды из
водоразборных приборов на разных этажах. В малоэтажных зданиях и производственных бытовых
помещениях эти требования не имеют существенного значения.
Суточная неравномерность горячего водоснабжения жилых домов существенно отличается от
неравномерности общественно-производственного потребления горячей воды. Для последних характерно
периодическое пользование горячей водой в определенные часы суток, которое требует в одном случае
создания запасов горячей'воды в другом — временного включения подогревателей воды. По прокладке
трубопроводов от местного теплового пункта до
водоразборных приборов различают местные системы: с верхней и нижней разводкой, тупиковые и с
циркуляцией. По способу циркуляции горячей воды системы бывают с естественной и принудительной
(насосной) циркуляцией. По месту аккумулирования горячей воды различают системы: с индивидуальным
аккумулированием в МТП, с групповым аккумулированием в ЦТП или в водогрейных котлах местных
котельных, с центральным аккумулированием у источника тепла.
По назначению потребителей различают системы горячего водоснабжения жилых, общественных и
производственных зданий.
Системы ГВС жилых зданий отличаются многочисленностью стояков и ответвлений к водоразборным
приборам, размещенным по всему объему здания.
Во многих общественных, административных и производственных зданиях пункты общего пользования
горячей водой сосредоточены в нескольких помещениях
По прокладке трубопроводов от местного теплового пункта до водоразборных приборов различают местные
системы: с верхней разводкой, с нижней разводкой , тупиковые и с циркуляцией.
По способу циркуляции горячей воды системы бывают с естественной и принудительной (насосной)
циркуляцией.
По месту аккумулирования горячей воды различают системы: с индивидуальным аккумулированием в МТП,
с групповым аккумулированием в ЦТП (в котельных).
В настоящее время применяются две системы теплоснабжения- закрытая с подогревателями горячего
водоснабжения и открытая с непосредственным разбором воды на бытовые нужды из тепловой сети.
Схемы присоединения системы ГВС к тепловым сетям
1.одноступенчатая последовательная схема присоединения (к закрытым тепловым сетям, т.е. водозабор на
ГВС осуществляется из водопровода.
2.одноступенчатая параллельная схема присоединения
3.двухступенчатая последовательная схема присоединения, сначала вода подогревается в первой ступени
водоводяного подогревателя, а затем во второй.
4.двухступенчатая смешанная схема присоединения
5.водозабор на ГВС осуществляется непосредственно из тепловых сетей (открытые тепловые сети)
для выбора схемы присоединения водяного подогревателя ГВС в закрытых ТС определяют соотношение
тепловых потоков:
Qгвсmax/Qо=β
Если β=0,2-1,0, то принимается двухступенчатая схема присоединения, во всех других случая принимается
одноступенчатая параллельная.
При соотношении Qгвсmax/Qо<0,6- двухступенчатая последовательная, в других случаях – двухступенчатая
смешанная.
Аккумулирование горячей воды
Неравномерное потребление горячей воды требует синхронного изменения отпуска тепла со станции или
соответствующего приготовления ее на месте потребления. Ввиду неосуществимости кратковременного
соответствия выработки тепла на горячее водоснабжение и его потребление требуется создание на станции
излишних резервов теплоприготовительного оборудования.
рис. Графики расхода тепла на горячее водоснабжение:
а-суточный; б-интегральный; 1- изменение расхода тепла по часам суток; 2- среднечасовой расход тепла за
сутки; 3- фактическое потребление тепла; 3-сообщенное тепло.
Установка аккумуляторов горячей воды дает возможность выравнять нагрузку станционных
водонагревателей и тем самым уменьшить запас пиковой мощности на тепловой станции. Аккумуляторы на
абонентских вводах позволяют устранить колебания температуры горячей воды при минимальных и
максимальных водоразборах и уменьшить расчетную теплопроизводительности местных подогревателей.
Баки аккумуляторы принимаются в том случае если система ГВС
рассчитана по среднему расходу теплоты Qср.г..
Емкость аккумулятора определяется с помощью интегрального графика, который строится на основе
заданного суточного расхода тепла (см.рис.).
В период пользования горячей водой запас тепла в аккумуляторе изменяется от максимального до
минимального значений. Если тепло аккумулируется при переменном объеме воды с постоянной ее
температурой, то необходимая емкость аккумулятора находится из выражения:
Vак= 3600*Qмакс/(ρ*c*(tср.г.-tх))
Где Qмакс- запас тепла, кВт*ч
Если тепло аккумулируется при постоянном объеме воды за счет изменения ее температуры, то емкость
аккумулятора определяется по формуле:
Vак= 3600*(Qмакс-Qмин)/(ρ*c*(tмаксг.-tмин))
Где tмаксг.,tмин- максимальная и минимальная температура горячей воды.
В аккумуляторе постоянного объема накопление тепла осуществляется за счет увеличения нагрева воды.
Наибольшая температура воды в аккумуляторе не должна превышать 750С, а наименьшая – быть не меньше
400С.
В системах ГВС широкое распространение получили скоростные и емкостные подогреватели.
Скоростные подогреватели изготавливают из стандартных труб, внутри корпуса размещается пучок
латунных трубок. Внутри латунных трубок течет подогреваемая вода, тепло ей передается через стенки
трубок от нагреваемой воды.
Емкостные подогреватели предназначены для ГВС с периодическим водоразбором. Поверхности нагрева в
подогревателе изготавливают из стальных труб в виде змеевиков.
В системе ГВС применяют циркуляционные насосы. Расход ГВС через циркуляционный трубопровод и
соответственно расход циркуляционного насоса определяется из расчета теплопотерь подающего
трубопровода. Задача циркуляционного насоса – преодолеть сопротивление контура.
Также в системе ГВС применяют регуляторы температуры .
54.ИСПЫТАНИЯ И НАЛАДКА ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
Испытания тепловых сетей бывают пусковые и эксплуатационные. Пусковые испытания проводят после
сооружения новых сетей или капитального ремонта. Предназначены они для определения годности
сооружения к эксплуатации. В процессе эксплуатации в трубах и оборудовании накапливается шлам,
трубопроводы корродируют, защитные свойства тепловой изоляции изменяются. Пусковые и
эксплуатационные испытания разделяются на опрессовку, гидравлические и тепловые испытания и
испытания на максимальную температуру теплоносителя.
Опрессовка предназначена для определения плотности и механической прочности трубопроводов, арматуры
и оборудования. Пусковая опрессовка без канальных сетей и в непроходных каналах проводится в два этапа:
предварительно и окончательно. Предварительная опрессовка выполняется по мере окончания работ
короткими участками до установки на трубопроводах сальниковых компенсаторов, задвижек и до закрытия
каналов или засыпки траншей. Целью опрессовки является проверка прочности сварки под пробным
избыточным давлении 1,6 МПа в течение времени, необходимого для осмотра и простукивания стыков.
Окончательная опрессовка делается после завершения всех работ и установки на
трубопроводах всех элементов оборудования, но до наложения тепловой изоляции. Избыточное давление
опрессовки доводится до 1,25Pраб (Pраб- рабочее давление), но не менее 1,6 МПа в подающих трубопроводах
и 1,2 МПа в обратных трубопроводах. Длительность опрессовки определяется временем, необходимым для
осмотра сетей. Испытания по возможности должны проводить в теплое время года, при наружной
температуре ниже +10С опрессовку разрешается выполнять с подогревом воды до 500С.
Окончательная опрессовку выполняют при отключенных тепловых пунктах под избыточным давлением,
создаваемым сетевым насосом. Во время испытания циркуляция воды в сетях организуется через открытые
концевые перемычки, а необходимое давление испытания создается постепенным прикрытием задвижки на
обратном коллекторе до тех пор, пока перепад давления между подающим и обратным трубопроводами на
ТЭЦ не достигает 0,1-0,3 МПа.
Результаты испытания сетей на каждом этапе считаются удовлетворительными, если во время их
проведения не обнаруживается падение давления свыше установленных пределов, а в сварных швах, в
фланцевых соединениях и арматуре отсутствуют разрывы, течи воды и запотевания.
Гидравлические испытания предназначены для определения фактических гидравлических характеристик
новой сети и оборудования пунктов или изменения этих характеристик в процессе эксплуатации. При
гидравлических испытаниях одновременно измеряют давление, расход и температуру теплоносителя в
характерных точках сети. В контрольных точках устанавливают образцовые манометры, ртутные
термометры с ценой деления 10С и нормальные измерительные диафрагмы. По данным замеров давления в
подающем и обратном трубопроводах строят действительный пьезометрический график, а по расходам воды
на участках определяют расчетный график давления.
Тепловые испытания проводят с целью определения фактических потерь тепла в сетях и сопоставления их с
расчетными и нормативными значениями. Испытания проводят в конце отопительного сезона, когда вся
конструкция теплопровода и прилегающий грунт прогреты достаточно равномерны, что гарантирует
получение стабильных результатов. Перед испытаниями восстанавливают разрушенную изоляцию, осушают
камеры и каналы, проверяют работу дренажных устройств. Испытания выполняют на всей длине сети или
отдельных участках и ответвлениях. Тепловые пункты потребителей отключают, циркуляцию воды
производят через перемычки.
Испытания на максимальную температуру теплоносителя проводят с целью контроля надежности
конструкции, работы компенсаторов, смещения опор, для определения действительных напряжений и
деформаций наиболее нагруженных элементов сети. Испытания проводят раз в два года в конце
отопительного сезона при отключенных потребителях с циркуляцией теплоносителя через концевые
перемычки. Фактические перемещения элементов сети сравнивают с расчетными и по ним устанавливают
действительные напряжения в характерных точках.
Наладка систем теплоснабжения
Задача наладки заключается в том, чтобы обеспечить бесперебойное приготовление тепла при всех режимов
нагрузки и установить максимальное соответствие между выработкой тепла и его потребителем.
Согласованная загрузка всех звеньев системы теплоснабжения достигается наладкой.
Режим отпуска тепла планируется на основе суточных и годовых графиков нагрузки. Суточные графики
составляет диспетчерская служба теплосети по предварительным прогнозам погоды и выдает на станцию за
сутки до исполнения. Суточный график является заявочным документом, в котором указывается параметры
и часовые нормы расхода теплоносителя всему району и норма загрузки теплофикационного оборудования.
Обслуживающий персонал тепловой станции обязан строго соблюдать заявочные режимы и контролировать
параметры теплоносителя, поскольку недогрев сетевой воды приводит к уменьшению температуры в
помещении, а возврат сетевой воды с высокими температурами создает перерасход электроэнергии на
перекачку теплоносителя. Отклонение от расчетных температур воды в подающем и обратном
трубопроводах допускается в пределах +,- 20С.
При наладке режимов теплоснабжения необходимо учитывать неодинаковые условия доставки тепла на
различные расстояния. Начало местного регулирования в различных сетевых районах координируется
диспетчером ЦДП. Наладка может производиться после сооружения
новых сетей или ремонта
действующих, такая наладка называется пусковой. Во время эксплуатации сетей наладка применяется с
целью улучшения режимов потребления тепла.
Пусковая наладка необходима для обеспечения расчетного распределения теплоносителя в многочисленных
ответвлениях сетей и экономической работы тепло потребляющих установок. Если на вводах имеются
автоматические регуляторы, задача пусковой наладки – настройка регуляторов расхода на пропуск
расчетных расходов воды при расчетном гидравлическом режиме. При отсутствии абонентских регуляторов
наладку производят различными методами. Один из них программный, предусматривает наладку режимов
путем последовательного подключения потребителей к сети.
Для каждого абонента устанавливается определенный пусковой расход воды. Величина расхода зависит от
числа подключаемых абонентов, нормы расхода воды каждым потребителем и очередности их подключения
к сетям. Пусковые расходы на вводе рассчитываются из условия заполнения сетей расчетным расходом
воды и отключения от сетей абонентов, подлежащих более позднему включению. По мере включения
последующих абонентов пусковые расходы на каждом вводе постепенно снижаются и после включения
последнего абонента у всех потребителей устанавливаются нормальные расчетные расходы воды.
Пусковое регулирование по методу сопротивлений состоит в настройке на каждом абонентском вводе
расчетного сопротивления, соответствующего расчетному режиму эксплуатации. Расчетное сопротивление
вводов определяется по пьезометрическому графику, построенному по расчетным расходам воды.
Метод нормальных расходов применяют для пускового регулирования водяных сетей в тех случаях, когда
трудно установить гидравлические характеристики участков сети. Регулирование начинается с установки
устойчивого расхода, при строго постоянном располагаемом напоре сетевого насоса. Циркуляция воды идет
через открытые концевые перемычки, а затем начиная от источника последовательно включают каждый
абонент, добиваясь расчетного расхода воды на вводе.
Регулирование гидравлических режимов может быть обеспечено:
- централизованно у источника тепла;
- местными средствами регулирования;
- индивидуальными средствами.
Дежурный персонал станции и сетевых районов, производящий регулирование гидравлических режимов, а
так же управление работой сети, должны в совершенстве знать изменение гидравлических режимов на всех
участках сети, в зависимости от производимых переключений, чтобы определить очаги аварий и принимать
самостоятельно решения для их ликвидации.
Гидравлический режим паропроводов достаточно устойчив, то есть нет резкого изменения давления при
включении и отключении потребителей. Отсутствие жесткой гидравлической зависимости потребителей
облегчает применение местного количественного регулирования путем простого изменения степени
открытия задвижки. Наладка паропроводов поэтому сводится к уточнению действительных температуры и
давления в наиболее крупных ответвлениях при максимальных и минимальных расходах пара.
55.Испытание и сдача индивидуальных тепловых пунктов
Испытание и сдача ИТП, к числу которых относятся элеваторные узлы, теплоцентры и т.п., является
ответственной работой. Испытание герметичности затворов запорной трубопроводной арматуры при
строительстве и реконструкции предприятий, зданий и сооружений СНиПом не предусмотрено. Такие
испытания могут быть выполнены только в заводских условиях или на специальных стендах в соответствии
с ГОСТ 9544-75 ―Арматура трубопроводная запорная‖, который устанавливает нормы герметичности
затворов. Основываясь на приведенном разъяснении и учитывая, что ИТП на объекте необходимо испытать
совместно с эксплуатирующими организациями, определяется следующий порядок испытания, который
может быть использован всеми строительно-монтажными организациями:
1.ИТП испытываются на заготовительном предприятии:
1.1.На прочность - при открытых затворах с установкой заглушек у концевой арматуры пробным давлением,
равным полуторному рабочему. Время испытания 5 мин, падение давления не должно превышать 0,02 Мпа;
1.2 На герметичность - пробным давлением, равным рабочему, с закрытыми затворами арматуры согласно
ГОСТ 8437-75, п. 5.1. Испытание производится при двукратном подъеме и опускании затвора на 30%
рабочего хода (ГОСТ 5762-74, п.3.8). При этом допускаемое падение давления должно составлять не более
0,04 МПа в течение 5 мин (принято усреднение для задвижек и вентилей диаметром от 50 до 150 мм по
нормам герметичности затворов арматуры согласно ГОСТ 9544-75);
1.3.ЦТП снабжаются паспортами (сертификатами) с отметкой о проведении испытаний;
2.ЦТП испытываются на объекте в соответствии с изложенными выше требованиями п.1.2 в присутствии
представителей заказчика и теплоснабжающей организации.
Проверка законченного монтажа оборудования
По прибытии на объект руководитель бригады должен получить от заказчика разрешение на производство
наладочных работ и проверить, как выполняются общие меры по технике безопасности. Ответственность за
соблюдение правил техники безопасности при выполнении наладочных работ возлагается на руководителя
наладочных работ, который должен провести общий инструктаж и оформить его в журнале инструктажей на
объекте производства работ и инструктаж на рабочем месте, а также оформить в журнале инструктажей на
рабочем месте. В дальнейшем эти мероприятия проводят перед каждым этапом работ. Наладчики
подготавливают исправный инструмент, соответствующие чертежи проекта, паспорта и инструкции
заводов-изготовителей, тщательно осматривают в натуре оборудование бойлерной и насосной установок
теплоснабжения, а также системы трубопроводов к ним. Проверяют соответствие рабочим чертежам
фактических размеров основных привязочных и высотных отметок фундаментов, рам, анкерных болтов,
осматривают установленные подогреватели.
Необходимо также обратить внимание на правильность выполнения подвижных и неподвижных onoр
подогревателей; наличие опускных линий и воздушников из бойлеров и врезок noд контрольноизмерительные приборы, убедиться в надежности установки и крепления на фундаментах сетевых и
подпиточных насосов. Проверяют наличие врезок отбора проб конденсата на конденсатопроводе от каждого
водо-водяного подогревателя и каждого охладителя конденсата, наличие дренажных линий от пропусков
сальников сетевых и подпиточных насосов. Контролируют правильность обвязки бойлерной и насосной
установок трубопроводами сетевой воды, полноту установки и исправность арматуры, соответствие ее
давлению и условному проходу трубопровода, на котором она установлена; правильность установки
обратных клапанов на линии нагнетания сетевых подпиточных насосов; правильность установки
регуляторов давления ―после себя‖ на линии подпитки тепловой сети. После окончания монтажа до начала
изолировочных работ монтажная организация должна испытать трубопроводы и подогреватели на
прочность и плотность, обкатать сетевые и подпиточные насосы.
По результатам проверки монтажа оборудования бойлерной и насосной установок теплоснабжения
составляют ведомость дефектов и недоделок.
Пусковые работы
Для пуска оборудования наладчик совместно с представителями заказчика и строительно-монтажной
организации составляет график пуска бойлерной и насосной установок, который увязывается по времени с
операциями по заполнению и промывке тепловой сети и подключению тепловых потребителей.
Привлеченный эксплуатационный персонал котельной или теплового пункта должен быть ознакомлен с
оборудованием бойлерной и насосной установок, схемой трубопроводов и назначением установленной на
них арматуры и контрольно-измерительных приборов. С персоналом проводят инструктаж по правилам
пуска и обслуживания бойлеров, сетевых и подпиточных насосов.
Осматривают сетевые и подпиточные насосы, проверяют исправность заземления корпусов двигателей,
наличие защитного кожуха над вращающимися частями (полумуфтами) и масла в подшипниках. Наладчики
должны убедиться в отсутствии заедания вала электродвигателя, провернув его от руки, и в наличии
достаточного количества воды для заполнения и промывки тепловой сети, а также в том, что запорная
арматура на бойлерах закрыта, а задвижки на обводной линии (помимо бойлеров) открыты.
Далее включают подпиточный насос согласно заводской инструкции, и тепловая сеть заполняется водой
через обратную магистраль, после чего включают сетевой насос. Начинается промывка тепловой сети.
Для пуска бойлерной установки теплоснабжения после окончания промывки тепловой сети ее включают по
воде, для чего открывают воздушник на бойлере и медленно задвижки перед ним. После заполнения бойлера
водой воздушник закрывают и открывают задвижки после бойлера. Далее задвижки на обводной линии
помимо бойлеров закрывают, при этом наблюдают за показаниями манометров до и после бойлеров и
открывают запорную арматуру на линии отвода конденсата от бойлера и на обводной линии помимо
конденсатоотводчика. Прогревают и дренируют теплопровод до бойлерной установки и затем прогревают
бойлер, для чего открывают воздушники бойлеров и медленно приоткрывают запорную арматуру на
бойлере. При появлении воды из воздушника последний следует закрыть. В дальнейшем запорную арматуру
открывают, наблюдая за температурой сетевой воды на входе и выходе из бойлера. После окончательного
прогрева бойлера обводную линию помимо конденсатоотводчика закрывают и устанавливают требуемую
температуру сетевой воды на выходе из бойлера. После пуска бойлерной и насосной установок
тепловодоснабжения проводят их комплексное опробование.
Результаты пусковых работ по оборудованию бойлерной и насосной установок теплоснабжения отражают в
акте комплексного опробования. В ходе пусковых работ необходимо опробовать в работе все оборудование
бойлерной и насосной установок.
Наладка при пробной эксплуатации
Для предварительной наладки режимов работы оборудования необходимо согласовать с эксплуатационным
персоналом сроки и последовательность наладочных работ. За работой бойлерной и насосной установок
теплоснабжения наблюдают и при достижении достаточной эксплуатационной нагрузки, измеряют
фактические гидравлические потери в бойлерной установке и температуру сетевой воды на входе и выходе
из бойлера, исходя из чего определяют требуемое количество работающих блоков подогревателей и сетевых
насосов и устанавливают режим работы подпиточного насоса.
Режимная наладка
Ее проводят на максимальной, минимальной и двух промежуточных нагрузках, которые согласовывают с
заказчиком.
Перед началом работы необходимо: по оперативному журналу ознакомиться с режимом эксплуатации
бойлерной и насосной установок; подготовить журнал наблюдений; убедиться, что все термометры на
бойлерной установке имеют шкалу деления не более 1°С; установить образцовые манометры для измерения
давления греющей воды и сетевой воды на входе и выходе из бойлерной установки; подготовить
наблюдателей (провести с ними инструктаж по порядку снятия показаний приборов и заполнения журнала
наблюдений).
Затем при постоянном расходе сетевой воды (расчетном) устанавливают заданную нагрузку путем
обеспечения необходимого расхода греющей воды. Параметры работы бойлерной и насосной установок
измеряют при установившихся гидравлическом и тепловом режимах, о чем можно судить по постоянству
давлений и температур воды и сетевой воды.
Измерения для всех нагрузок заносят в карту наладки оптимальных режимов, указывая следующее:
- расход сетевой воды через бойлерную установку, м3/ч;
- расход пара на бойлерную установку, т/ч;
- температуру воды на входе в бойлерную установку и на выходе из нее, °С;
- давление воды в обратной магистрали в точке подпитки, сетевой воды на входе в насос и на выходе из
него, на выходе из бойлерной установки (блока), МПа;
- тепловую мощность бойлерной установки, МВт.
Показания приборов в период испытаний на данном режиме записывают в журнал наблюдений с
интервалом 5 мин в течение 1 ч.
По результатам испытаний проводят необходимую корректировку параметров работы оборудования.
Проведенная режимная наладка должна обеспечить экономичную и надежную работу оборудования и
снабжение потребителей сетевой водой требуемых параметров.
56.Общая принципиальная схема ТГУ
Котельная установка включает в себя : котельный агрегат (котел), с комплексом вспомогательного
оборудования объединенные в единое целое линиями коммуникации (кабели, трубопроводы, воздуховоды) .
вспомогательные элементы- это система подачи топлива, системы подачи воздуха и
удаления продуктов сгорания, система водоподготовки. Схема производства тепловой
энергии с теплоносителем в виде водяного пара или горячей воды. Основой установки
является паровой или водогрейный котел, в котором сжигается топливо и от
высокотемпературных продуктов сгорания теплота передается воде, циркулирующей по трубам
теплообменной части котла; основная конечная задача процессов в котле- превращение воды в водяной пар
(паровой котел) или подогрев воды до заданной температуры. Котел состоит из топочной или радиационной
части 1 и конвективной части 7. В топочной части происходят сжигание топлива в потоке воздуха с
образованием высокотемпературных продуктов сгорания и затем передача энергии тепловым излучением
радиационной части испарительных поверхностей нагрева котла. Топливо и воздух вводятся при камерном
сжигании топлива через горелочное устройство 2.частично охлажденные в топочном объеме 1 продукты
сгорания отсасываются дымососом 21 в конвективную часть 7 котла, и далее выбрасываются в окружающую
среду через дымовую трубу 22. Предварительно очищенная от накипеобразующих солей вода подогревается
в экономайзере 8 и затем вводится в испарительный контур 12 котла, трубы которого в верхней части
присоединены к верхнему барабану 3 котла. В испарительном контуре в результате нагрева воды образуется
пароводяная смесь, которая в результате естественной циркуляции воды по контуру поднимается в барабан
3, где происходит разделение пароводяной смеси на воду и пар. Пар, если его температура должна быть
выше температуры насыщения, далее направляется в пароперегреватель 7, а оттуда потребителю.
Чем больше теплоты будет передано от продуктов сгорания тепловоспринимающим поверхностям котла,
тем будет выше эффективность использования химической энергии топлива.
56. Классификация ТГУ. Общая принципиальная схема ТГУ.
Котельные агрегаты разделяются на два основных класса:
-паровые (для производства водяного пара );
-водогрейные (для получения горячей воды ).
Существует также некоторое количество водогрейно-паровых котлов , в которых можно получать
одновременно или разновременно пар и горячую воду .
Паровые котлы различают по типу паропроизводительности и параметрам производимого пара .
1) по паропроизводительности разделяют котлы :
- малой паропроизводительности ( до 15-20 т/ч)
- средней паропроизводительности ( от 25-35 т/ч приблизительно до 160-220 т/ч)
- большой паропроизводительности (приблизительно от 220-250 т/ч и выше).
2) по давлению производимого пара разделяют котлы :
- низкого давления (до 9 ат);
- среднего давления (от 14 до 40 ат);
- высокого давления ( от 100 до 140 ат);
- закритического давления (255 ат ).
3) по температуре пара : котельные агрегаты вырабатывают насыщенный либо перегретый пар с
температурой до 570 С и выше .
По назначению паровые котлы разделяют на :
- промышленные , устанавливаемые в производственных , производственно-отопительных и отопительных
котельных ;
- энергетические , устанавливаемые в котельных тепловых энергетических станций .
Виды промышленных и энергитических котлов
А) Вертикально-целендрические котлы состоят см. рисунок 56-а:
Из наружного цилиндрического корпуса 2 , в котором располагается внутренний цилиндрический корпус 3 .
Внизу эти два корпуса связаны кольцевой накладкой . Вверху находятся сферические днища 4 и 5 , которые
соединены цилиндрической дымовой камерой 6 и системой вертикальных труб , через которые дымовые
газы из топочной камеры 1 уходят в дымовую трубу 7 . Питательная вода подается в пространство между
барабанами 2 и3 , здесь она испаряется под воздействием тепла из топки через стену барабана 3 , а
образовавшийся пар собирается между днищами 4 и 5 , откуда он поступает в паропровод . Испарившаяся в
котле вода возмещается соответствующим количеством свежей питательной водой .
Такие котлы являются малой паропроизводительными ( от 0,2 до 1,0 т/ч) и изготавливают пар низкого
давления (9 ат). Устанавливаются на небольших промпредприятиях.
Б) Вертикально-водотрубные котлы состоят см. рисунок 56-б:
из двух горизонтальных барабанов 1 и 4 , расположенных один над другим и соединенных системой
кипятильных труб 2 и 3 диаметром 51-60 мм . Снаружи эта система омывается продольно или поперечно
потоком дымовых газов , которые отдают тепло ( конвекцией) воде , находящейся в трубах. Питательная
вода поступает в верхний барабан 1 , из него по слабо обогреваемым опускным трубам 3 вода направляется
в нижний барабан 4 , откуда она по сильно обогреваемым подъемным трубам 2 возвращается в верхний
барабан ; при этом происходит частичное испарение воды за счет тепла предаваемого через стены труб . (
Круговое движение воды - за счет разности плотностей жидкости , заполняющей опускные трубы и
пароводяной эмульсии – смеси , заполняющей подъемные трубы . В барабане 1 пар отделяется от воды и
уходит из барабана , а вода возвращается в систему опускных труб котла . К котлу устанавливают водяной
экономайзер или воздухонагреватель . Топки таких котлов экранируются гладкотрубными экранами .
Паропроизводительность таких котлов равна от 2,5 до 50 т/ч для производства пара с давлением от 14 до
40 ат , насыщенного или перегретого до 250,370425,440 С. Котлы , производящие пар с давлением 14 ат ,
устанавливаются в производственных , производственно-отопительных и отопительных котельных ; котлы ,
производящие пар с давлением 24 и 40 ат , могут быть использованы как энергетические на
электростанциях малой мощности .
В) Экранные котельные агрегаты см. рисунок 56-в отличаются наличием развитой экранной поверхности
нагрева 1 . в таких котлах камерное сжигание топлива т.е. твердое топливо сжигается только в пылевидном
состоянии . в топочных экранах испаряется фактически вся вода , подаваемая в котел , что исключает
необходимость развитой конвективной испарительной поверхности нагрева . Дымовые газы на выходе из
топки проходят через фестон 2 – небольшая испарительная поверхность нагрева к которой тепло
прередается как излучением так и конвекцией , а затем последовательно проходят через пароперегреватель 3
, водяной экономайзер 4 и воздухоподогреватель 5 .
Данные котлы являются основным типом котельных агрегатов , среди устанавливаемых на тепловых
электрических станциях . Их паропроизводительность от 35 до 2500 т/ч , для производства перегретого
пара с давлением от 40 до 255 ат и температурой 440-585 С .
4) по характеру движения воды :
- с естественной циркуляцией ;
- с многократной принудительной циркуляцией ;
- прямоточные .
Котлы с естественной циркуляцией см. рис. 56-г : в них питательная вода , подаваемая питательным насосом
1 , пройдя водяной экономайзер 2 , поступает в верхний барабан 3, проходит в пароперегреватель 6 и далее
к потребителю .
Котлы с многократной принудительной циркуляцией см. рис.56-д : питательная вода проходит в барабан 3
таким же путем как и в котлах с естественной циркуляцией , но движение ее по циркуляционному контуру
4-5 осуществляется не под действием гравитационных сил , а принудительно, особым циркуляционным
насосом 7 . Далее в из барабана в пароперегреватель и к потребителю .
Прямоточные котлы см. рис. 56-е : питательная вода проходит экономайзер , также как и в предыдущих
котлах , но циркуляционный испарительный контур отсутствует . Испарительная поверхность нагрева 4-5
является продолжением поверхности нагрева водяного экономайзерам 2 и также непосредственно переходит
в поверхность нагрева пароперегревателя 6 . Т.о. полное испарение воды происходит за время однократного
прямоточного прохождения воды в испарительной поверхности нагрева .
Котлы с естественной и многократной принудительной циркуляцией объединяют в общую группу
барабанных котлов .
Вертикально-цилиндрические и вертикально-водотрубные котлы выполняют только с естественной
циркуляцией , а экранные котлы – всех трех видов циркуляции.
Водогрейные котлы характеризуются по их теплопроизводительности ( Гкал/час) , температуре и
давлению подогретой воды , а также по роду металла , из которого он изготовлен .
1) по роду металла различают :
- чугунные водогрейные котлы ( предназначены для отопления отдельных жилых и общественных зданий ,
их теплопроизводительность  1,0 – 1,5 Гкал/ч , для подогрева воды с давлением не выше 3-4 ат до
температуры 115 С.
- стальные водогрейные котлы ( большой теплопроизводительности устанавливают в крупных квартальных
и районных котельных .
Водогрейные котлы теплопроизводительностью 30 Гкал/ч и выше устанавливают на ТЭЦ взамен пиковых
подогревателей сетевой воды, которые включают для дополнительного нагрева в период стояния низкой
наружной температурой.
57.Элементарный состав топлива. Понятие условного топлива. Энергетическое топливо. Его виды.
Топливом называют вещество, выделяющее при определенных условиях большое количество тепловой
энергии, которую в зависимости от технических и экономических показателей используют в различных
отраслях народного хозяйства. В теплоэнергетических установках выделившаяся из топлива энергия
используется для получения рабочего тела- водяного пара или горячей воды, используемых в дальнейшем в
технологических и отопительных установках, а также для производства электроэнергии.
Органическое топливо делят на ископаемое природное и искусственное, которое, в свою очередь, делится на
композиционное и синтетическое.
Ископаемое природное топливо- это топливо накопленное в недрах Земли.
Искусственное
топливо- это органическое топливо, созданное человеком путем соответствующей
переработки, как правило природных соединений, с целью получения топлив с новым, наперед заданными
свойствами.
Композиционное топливо- это механическая смесь горючих. К нему относятся топливные суспензии,
топливные эмульсии, топливные брикеты, гранулы, топливо из горючих отходов и др.
Синтетическое топливо- продукт термохимической переработки горючих веществ обладающий новыми
теплотехническими свойствами по сравнению с исходным горючим веществом. К синтетическому топливу
относятся все продукты переработки нефти: бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, жидкое топливо и
газ, полученные из угля и др.
По агрегатному состоянию органическое топливо можно разделить на твердое, жидкое и газообразное.
Состав органического топлива (твердого и жидкого ) можно разделить на горючую и негорючую части.
Горючая часть топлива- это в основном органические соединения, образованные пятью химическими
элементами: углеродом (С); водородом (Н); серой (S), кислородом (О) и азотом (N). При этом кислород и
азот топлива не участвуют в экзотермических реакциях и поэтому являются как бы ―внутренним балластом‖
топлива.
Негорючая часть топлива состоит из влаги W и минеральной части, образующей при сгорании золу S.
Твердое топливо: природное: бурый уголь, каменный уголь, горючие сланцы, торф, древесина, солома
(растительные остатки)
Искусственное: все виды топлива, которые подвергались технологическому преобразованию: кокс,
древесный уголь, нефтяной кокс
Жидкое топливо: природное: нефть; искусственное: керосин, бензин, мазут, солярка, спирт.
Газообразное топливо: природное: прир.газ, попутный газ нефтяных месторождений; искусственное:
Коксовый газ, сухая перегонка древесины-светильный газ, биогаз.
Состав газообразного топлива:
Н2+СО+Н2S+ΣCnHm=100%
ΣCnHm- предельные углеводороды
Теплота сгорания-колич. тепловой энергии, которая может выделиться в ходе химич-х реакций окисления
горючих компонентов топлива с газообр. кислородом.
Высшая теплота сгорания топлива- количество тепловой энергии, которое может выделиться при полном
сгорании 1кг твердого или жидкого топлива или1м3 газообразного топлива при условии, что образующиеся
водяные пары в продуктах сгорания конденсируются.
Если при сгорании топлива водяные пары не конденсируются , то теплота сгорания единицы массы или
объема топлива уменьшается на величину теплоты конденсации водяных паров и называется низшей
теплотой сгорания.
58 Способы сжигания топлива: слоевое, факельно- слоевое, камерное
Способы сжигания органического топлива. Известные способы сжигания органического топлива в потоке
воздуха можно проклассифицировать, взяв за определяющий параметр скорость движения воздуха wв
относительно скорости движения частиц топлива vт. По этому параметру выделяют технологию сжигания
топлива: а) в плотном фильтрующем слое (wв››vт.); б) в кипящем и фонтанирующем слое (wв›vт); В ) В
потоке воздуха (wв≈ vт); г) циклонное сжигание топлива (wв≤vт) (рис. 2.21). Часто сжигание топлива в
кипящем и фонтанирующем слое объединяют одним термином—сжигание в лсевдоожиженном слое.
Сжигание топлива в плотном фильтрующем слое. Слоевой процесс сжигания применяется только для
кускового твердого топлива, которое размещается плотным слоем на воздухораспределительной
(колосниковой) решетке. Слой топлива продувается воздухом со скоростью, при которой устойчивость слоя
не нарушается (см. рис. 2.21, а). Это обеспечивается при соблюдении неравенства
PГ С К  F w2  0.5  Г g
где РГ — гравитационная составляющая сил, действующих на частицу, Н; СК— коэффициент
гидродинамического сопротивления частицы, СК=f(Re) (Rе — число Рейнольдса для частицы); F — сечение
частицы, м2; w и рг — скорость и плотность газового потока, м/с и кг/м 3;g — гравитационное ускорение,
м2/с
Для обеспечения устойчивости слоя и уменьшения потерь топлива в результате уноса мелких его частиц
продуктами сгорания при слоевом сжигании рекомендуется применение сортированного кускового топлива.
В то же время чем крупнее топливо, тем меньше его удельная поверхность и тем меньше массовая скорость
его сгорания. Поэтому при этом способе сжигания используется топливо классов 6—13; 13—25 или 25—50
мм (классы: семечко, мелкий, орех). При попадании в горящий слой кусок угля интенсивно прогревается (с
большей скоростью, чем при горении в потоке), из него выделяется влага и разрабатывается
поверхность внутренних пор угля; выход влаги и летучих веществ изменяет структуру угольного
вещества. Эти процессы протекают в узкой зоне у поверхности слоя, не превышающей


размера среднего куска угля.
Процесс горения топлива в слое можно разделить в общем случае на две зоны: кислородную и восстановительную. В кислородной зоне основной реакцией является С+О2 с образованием СО2 и СО; в конце нее
температура слоя достигает своего максимума. Размер кислородной зоны зависит от начального состава
топлива (его зольности и влажности), крупности его кусков, температуры и не зависит от скорости воздуха.
Для сухого малозольного топлива размер кислородной зоны составляет от 2 до 10 диаметров куска топлива.
За кислородной следует восстановительная зона. В этой зоне завершаются окислительные реакции и
активно протекают реакции восстановления Н2О и СО2 при взаимодействии их с углеродом топлива. Эти
реакции эндотермические, поэтому в восстановительной зоне температура снижается и образуются
продукты вторичных реакций, в частности Н2 и СО. При слоевом сжигании высоту слоя стараются
поддерживать на уровне, близком к высоте кислородной зоны. В случае если высота слоя больше, то для
дожигания газообразных продуктов неполного горения СО, Н2 и др., а также несгоревших в слое выделившихся из угля горючих летучих веществ над слоем вводят дополнительный поток воздуха. Обычно
толщина слоя составляет от 0,07 до 0,7 м.
В связи с гидродинамической неравномерностью слоя обтекание частиц топлива в слое происходит также
неравномерно, что требует повышенного избытка воздуха (до 70 %) для обеспечения высокой степени
выгорания топлива. Горение твердого топлива в плотном слое протекает при малых тепловых потерях в
окружающую среду, высоких температурах в диффузионной области, в которой скорость горения
определяется скоростью подвода окислителя в зону реакции. В кислородной зоне температура близка к
теоретической температуре горения; минеральные составляющие угля плавятся, образуя шлаковую
подушку.
При горении топлива в твердом слое на решетке размещается большая масса топлива (до 700—1000 кг
на 1 м2), что обеспечивает надлежащую устойчивость слоевого процесса при большей тепловой его инерции.
Регулирование скорости горения производится путем изменения расхода воздуха. В топочных устройствах с
горением твердого топлива в плотном слое тепловое напряжение на 1 м 2 площади зеркала горения слоя
составляет 4— 6,5 ГДж/(м2-ч), или 1,1—1,8МВт/м2.
Сжигание топлива в кипящем (псевдосжиженном) слое (см. рис. 2.21,6). При увеличении скорости воздуха
динамический напор может достигнуть, а затем и превысить гравитационную силу частиц. Устойчивость
слоя нарушится и начнется беспорядочное движение частиц, которые будут подниматься над решеткой, а
затем совершать возвратно-поступательное движение вверх и вниз. Скорость потока, при которой
нарушается устойчивость слоя, называется критической. Увеличение скорости воздуха в кипящем слое
возможно до достижения так называемой скорости витания частиц, при которой твердые частицы
выносятся потоком газов из слоя. Пределы скорости потока, обеспечивающие сохранение кипящего слоя,
устанавливаются неравенством:
2
CKF(w2/2)pg≥ PГ СК  F wK  0.5  n g
Где wk и p — скорость и плотность газов над кипящим слоем соответственно в м/с и кг/м 3.
Значительная часть воздуха проходит через кипящий слой в виде «пузырей» (газовых объемов, не
содержащих твердых частиц), сильно перемешивающих мелкозернистый материал слоя, в результате чего
тепловые условия в объеме слоя выравниваются и процесс горения по его высоте протекает практически
при постоянной температуре в диффузионной области горения. По сравнению с плотным слоем при
кипении его объем увеличивается в 1,5—2 раза. Для обеспечения равномерного распределения воздуха по
сечению слоя воздух вводится в него через воздухораспределительную решетку снизу с живым сечением
для ввода воздуха, равным 2—5 % сечения слоя. Скорость воздуха в расчете на сечение слоя составляет
от 0,5 до 4 м/с (чаше от 0,5 до 2,5 м/с), а размер частиц топлива — от 3 до 10 мм. Высота кипящего слоя,
как правило, не превышает 0,3—0,5 м.
Важной особенностью способа сжигания топлива в кипящем слое является постоянство температуры по
объему слоя при малых тепловых потерях в окружающую среду. Это в сочетании с диффузионным
режимом горения позволяет организовать сжигание топлива при температуре 920—1220 К с высокой
полнотой его выгорания при наличии только кислородной
зоны горения. Для обеспечения таких
температур в кипящий слой вводят негорючий заполнитель: мелкий кварцевый песок, шамотную крошку,
золу и др. Концентрация топлива в кипящем слое не превышает 5 % (чаще 1—2 %), что позволяет
сжигать этим методом любое топливо (твердое, жидкое, газообразное), включая горючие отходы с очень
низкой теплотой сгорания. Повысить концентрацию топлива в кипящем слое (до 3—5 %) и тем самым
увеличить тепловое напряжение его объема (т. е. количество теплоты, выделенное в единице объема слоя)
до 3,5 МВт/м 3 (12,6 кДж/(м 3 -ч) можно путем введения в слой погруженных тепловоспринимающих поверхностей нагрева.
Введение теплообменных поверхностей в кипящий слой приводит к интенсификации теплообмена за счет
разрушения пограничного слоя твердыми частицами, ударяющимися о поверхность теплообменника.
Коэффициент теплоотдачи от слоя к этой поверхности возрастает до 200, а для очень мелких частиц в
кипящем слое — до 800 Вт/(м2-К), что позволяет уменьшить объем тепло-воспринимающих поверхностей
нагрева котла. Негорючий наполнитель в кипящем слое может быть активным по отношению к вредным
газам, образующимся при горении. Введение в качестве такого наполнителя известняка, извести или


доломита [СаМg(СОз) 2] дает возможность перевести в твердое состояние до 95 % SO2. образующейся при
сгорании серы топлива
СаСО3↔СаО + СО2;
СаО + SО2 ↔СаSО3
2СаSО3+ О2↔ СаSО4
Фонтанирующий слой организуется, как правило, в вертикальной конической камере сгорания с расширяющимся сечением кверху по ходу струи с углом раскрытия, большим угла раскрытия струи,
расширяющейся в ограниченном пространстве. Топливо вводится в нижнюю часть камеры и выносится
вверх за счет энергии струи. В верхней части камеры за счет снижения скорости струи ниже скорости
витания частиц топлива частицы выпадают из основного потока и по периферии объема камеры опускаются
до основания струи, где вновь подхватываются и поднимаются вверх. Во время движения топлива в
условиях очень интенсивного массообмена происходит его реагирование с газообразным окислителем.
Метод применяется, как правило, в камерах сгорания технологического назначения небольшой
мощности.
Сжигание топлива в потоке воздуха (факельный прямоточный процесс). При скорости газового потока,
превышающей скорость витания частиц, они выносятся из слоя, оказываются взвешенными в
газовоздушном потоке и начинают перемещаться вместе с ним, сгорая во время движения в пределах
топочного объема (см. рис. 2.21, в). Поскольку время движения топлива ограничено размерами поточного
объема, для обеспечения необходимой степени выгорания его подвергают тщательной подготовке (твердое
топливо измельчают до пылевидного состояния, жидкое топливо распыливают в капли микронных
размеров, газообразное топливо либо предварительно перемешивают с окислителем, либо организуют
перемешивание сразу при вводе в топочный объем).
При сжигании топлива, движущегося в потоке воздуха, необходимо обеспечить высокую температуру
среды в зоне воспламенения (870—2100 К в зависимости от вида топлива). Это достигается внутренней
(или внешней) рециркуляцией горячих продуктов сгорания к корню факела, а также разделением
вводимого воздуха на первичный (для воспламенения) и вторичный (для обеспечения полного сгорания
топлива). Необходимой интенсивности перемешивания топлива с окислителем в процессе горения при
сжигании топлива в потоке достигают установкой специальных гооелочных устройств и увеличением
избытка воздуха (до 25 % по отношению к теоретически необходимому при сжигании твердого топлива). Тем
не менее тепловые потери с механической неполнотой сгорания при этом способе сжигания составляют от
0,5 до 6 % (антрацит), а с химической неполнотой сгорания — до 1,5 %.
При факельном сжигании топлива в центре факела (его ядре) образуются высокие температуры (до
1800—2300 К), что в сочетании со слабым перемешиванием потоков приводит к опасности шлакования
стенок топочного объема (при сжигании твердого топлива) и образования вредных выбросов (продуктов
химической неполноты сгорания: окислов серы и азота и др.). Способ очень чувствителен к входным
условиям: степени измельчения массы топлива, избытку воздуха, степени подогрева воздуха и т. д. В то
же время этот способ сжигания позволяет создать топочные устройства с единичной мощностью (тепловой)
от 2,8 до 3000 МВт при полной автоматизации процесса сжигания. Именно поэтому этот метод нашел
широкое применение в топочной технике во всех отраслях промышленности.
Циклонный способ сжигания топлива. Наибольшей скорости сгорания можно достичь уменьшением
размера частиц с одновременной интенсификацией массопереноса в зону их горения путем увеличения
скорости их омыва-ния потоком окислителя. Этот принцип для сжигания твердого и жидкого топлива
осуществлен в циклонном и вихревом способах сжигания топлива. В отличие от сжигания в прямоструйном
потоке при этом методе сжигания частица или капля топлива циркулирует по организованному контуру
потока столько раз, сколько необходимо для ее полного сгорания.
Циркуляции газового потока (окислителя) в циклонной или вихревой топке можно достичь таким образом,
чтобы при вводе газового потока в топочном объеме образовался коаксиальный вихрь, вовлекающий
топливо в циркуляционное движение (например, тангенциальный ввод воздуха по образующей
цилиндрической поверхности камеры в случае циклонного способа сжигания).
При циклонном и вихревом способах сжигания применяются частицы твердого топлива размером 2—5 мм и
выше; процесс может идти с жидким шлакоудалением со степенью улавливания 80—90 % золы топлива в
циклонной камере. Циркуляция топлива в топочном объеме позволяет повысить их концентрацию в зоне
горения и увеличить теплонапряжение объема до 0,65—1,3 МВт/м3 при избытке воздуха 5—10 % по
отношению к теоретически необходимому. Циклонный способ сжигания пригоден для мощностей не выше
40—60 МВт (тепловых) и в настоящее в-ремя применяется только в технологических установках, а вихревой
способ, требующий меньших энергетических затрат на создание циркуляционной зоны горения и
позволяющий организовать процесс горения в устройствах большей единичной мощности, находит
применение в энергетике, в том числе в системах теплоснабжения.
59 Содержание и цель расчетов котельных агрегатов (поверочных и конструктивных)
Схема расчета. Тепловой расчет теплогенератора на органическом топливе (котла) производят с целью
определения экономических или конструктивных его параметров. Различают конструктивный и
поверочный тепловые расчеты. Конструктивный тепловой расчет — это расчет, производимый для
определения размеров топочного объема, радиационных и конвективных поверхностей нагрева,
обеспечивающих номинальную производительность котла при заданных рабочих параметрах. Целью
расчета является разработка проекта нового котла при заданных характеристиках топлива,
производительности и параметрах получаемого теплоносителя (пара или горячей воды). Поверочный
тепловой расчет — это расчет, при котором по заданной конструкции и геометрическим характеристикам
поверхностей нагрева котла для конкретного вида топлива определяются реальная производительность
котла и экономичность его работы для чего определяют: тепловые потери; коэффициент полезного
действия котла;расход топлива, скорости теплоносителя, воздуха и продуктов сгорания, температуры
теплоносителя и продуктов сгорания, коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи элементов поверхностей
нагрева котла. Поверочный расчет выполняется для оценки показателей экономичности, выбора
вспомогательного оборудования, получения исходных данных для последующих расчетов, например:
аэродинамического расчета котла и тепло-генерирующей (котельной) установки, расчета ее тепловой
схемы, гидравлических и прочностных расчетов.
Поверочный расчет также проводят при переводе котла на сжигание другого топлива, при изменении
производительности, параметров получаемого теплоносителя, проведении реконструкции поверхностей
нагрева. Результаты поверочного расчета позволяют оценить кроме экономичности степень надежности
работы топки по условиям шлакования, опасность появления низкотемпературной коррозии, недостаток
или избыток площади поверхности пароперегревателя (если он имеется). Спецификой поверочного расчета
котла является неизвестность промежуточных температур газов и рабочего тела— теплоносителя,
включая температуры уходящих газов и горячего воздуха; поэтому расчет выполняют методом
последовательных приближений, задаваясь вначале некоторым значением температуры уходящих из
котла газов, а затем сравнивая его с результатами расчета. Допустимые отклонения в значениях этой
температуры не должны превышать ±10 К. Тепловой расчет производят путем составления
материальных и тепловых балансов котла в целом и отдельно его элементов: топочного объема, включая
его радиационные поверхности нагрева; конвективных поверхностей нагрева; хвостовых поверхностей
нагрева (экономайзера и воздухоподогревателя) и др. Последовательность поверочного теплового расчета
котла представляет собой систему расчетов вначале материального и теплового балансов для котла в целом,
а затем элементов групп тепловоспринимающих поверхностей нагрева по ходу движения газов, начиная от
ввода воздуха в топочный объем и кончая выводом продуктов сгорания из воздухоподогревателя.
60. РАСЧЁТ ПОТРЕБЛЕНИЯ ВОЗДУХА. Коэффициент избытка воздуха.
Количество воздуха необходимое для горения вычисляют в м3 при нормальных условиях ( 0 С и 760
мм рт. ст.) для 1 кг твердого и жидкого топлива и для 1 м3 газообразного топлива.
Для расчета теоретически необходимого объема воздуха для полного сгорания 1 кг топлива необходимо
прежде всего определить теоретически требуемое массовое количество кислорода М0 (О2 ), которое
обеспечит нам полное сгорание 1 кг твердого или жидкого топлива , имеющего элементарный состав С р , Нр
, Ор , Nр , Sрл , Ар и Wр , по формуле :
32 С р
Н р S лр О р

 8


М (О2 )=
, кг/кг
12 100
100 100 100
0
либо объемное количество по формуле:
М о (О2 )
1

 (2,67  С р  8  Н р  S лр  О р ) , м3/кг
V (О2) =
 (О2 ) 1,428  100
о
где  = 1,428 кг/м3 – плотность кислорода при нормальных условиях.
Так как содержание кислорода в атмосферном воздухе по объему равно 21% , то теоретический объем
вычисляется по формуле:
Vов =
V о (О2 )

0,21
1
 (2,67  С р  8  Н р  S лр  О р ) , м3/кг
1,428  21
отсюда с учетом формулы R = C + Cэкв = С + 0,375Sл, % (суммарное содержание углерода и серы в топливе
можно заменить эквивалентным содержанием углерода Сэкв =
12
 S л  0,375  S л , % ) получаем расчетную
32
формулу для определения теоретически необходимого количества воздуха для сгорания 1 кг твердого или
жидкого топлива:
Vов = 0,0889(Ср + 0,375Sлр ) + 0,265 Нр - 0,0333 Ор = 0,0889 Rр + ,265 Нр - 0,0333 Ор , м3/кг
Для сжигания газообразного топлива действительна следующая формула :
Vов = 0,04760,5СОтл + 0,5Н2тл +1,5Н2Sтл + ( m +n/4)CmHnтл – О2тл , м3/ м3
Но для обеспечения полного сгорания в топку приходится подавать некоторое избыточное против
теоретически необходимого количества воздуха.
Отношение действительного количества воздуха, поданного в топку, Vдв к теоретически необходимому
для горения воздуха Vов называется коэффициентом избытка воздуха и обозначают : Vдв =   Vов , м3 / кг .
В современных топках коэффициент избытка воздуха при сжигании твердого топлива принимают равным
1,2-1,6 , а при сжигании жидкого и газообразного топлива 1,05-1,15 .
61. Расчет объемов продуктов сгорания
По уравнениям реакции окисления горючих элементов топлива, зная их молекулярную массу,
плотность и объемы, находится объемы продуктов полного сгорания.
Масса продуктов сгорания = масса топлива + атмосферный воздух
Расчет ведется на 1 кг топлива при нормальных физических условиях.
Полный объем продуктов сгорания твердого или жидкого топлива, при коэффициенте избытка воздуха,
большем единицы, будет состоять из следующих слагаемых:
Vг = V(CO2) + V(SO2) + V(N2) + V(О2) + V(Н2О)
В состав теоретического объема продуктов сгорания входят:
1.Трехатомные сухие газы СО2 , SО2; их содержание определяем по формуле:
V(RO2) = V(CO2) + V(SO2) = 0.0187Rp , м3/кг
2 Азот, поступивший из воздуха, затраченного на горение. При сгорании топлива в теоретически
необходимом количестве воздуха количество азота в дымовых газах, поступившее из воздуха равно:
Vв(N2) = 0,79 Vов , м3/кг
а поступившее из топлива :
М (N2 )
Nр
Nр


 0,008 N Р , м3/кг
V (N2) =
 ( N 2 ) 100   ( N 2 ) 100 1,257
Т
где М(N2) – масса азота, содержавшегося в топливе;
(N2) = 1,257 кг/м3 – плотность азота.
Т.о. общее количество азота, содержащегося в дымовых газах при горении в теоретически
необходимом количестве воздуха составит:
VO(N2) = 0,79 Vов + 0,008NР , м3/кг
3. Водяные пары, образовавшиеся в результате сгорания водорода топлива и испарения влаги топлива. Их
объем равен:
М ( H 2O ) 9 H P  W P 9 H P  W P
T


 0.111 HP + 0.0124WP , м3/кг
V (H2O) =
 ( H 2O) 100  ( H 2O) 100  0.804
где М(Н2О) – масса водяных паров в дымовых газах , образовавшихся в результате сгорания 1 кг топлива ;
(Н2О) = 0,804 кг/м3 – плотность водяных паров.
Количество водяных паров, попадающее вместе с теоретическим количеством воздуха для горения,
определяется из того, что в 1 кг сухого воздуха приблизительно содержится 10г водяных паров, т. е. что
влагосодержание воздуха dВ = 0,01 г/кг . Поэтому формула имеет вид:
О
VВ(H2O) =  В d ВVВ  1,293  0,01  VВО  0,0161VВО , м3/кг
 ( Н 2О )
0,804
где В = 1,293 – плотность сухого воздуха .
4. Полное количество водяных паров составляет:
VО(H2O) = 0,111 HP + 0,0124WP +0,0161VОВ , м3/кг
5. При сжигании жидкого топлива с применением паровых форсунок в дымовые газы попадает водяной пар ,
использованный для распыления топлива в количестве :
VФ(Н2О) = 1,24МФ , м3/кг
где МФ – расход пара на распыление 1 кг топлива; при сжигании мазута 0,3-0,4 м3/кг.
При сжигании газообразного топлива объемы равны:
- трехатомные сухие газы
V(RO2) = 0,01 (СО2ТЛ + 0,5 Н2ТЛ + Н2SТЛ + mCmHnТЛ) , м3/м3
- азота
VO(N2) = 0,79 Vов + , м3/м3
N 2ТЛ
100
- водяных паров
VО(H2O) = 0,01 (Н2SТЛ + Н2ТЛ +n/2CmHnТЛ + 0,124dТЛ)+0,0161VОВ , м3/м3
где dТЛ – влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м3 сухого газа , г/м3 .
«тл» - индекс, говорящий о том, что данные вещества входят в состав газообразного топлива.
Избыточный воздух, подаваемый в процессе горения не участвует, но увеличивает количество
дымовых газов, образующихся на 1 кг сожженного топлива.
При этом объем углекислоты остается неизменным, а объем двухатомных газов (включая кислород )
увеличивается до :V(N2) = VО(N2) + ( - 1) VОВ , м3/кг
Объем водяных паров увеличивается до :
V(H2O) = VО(H2O) + 0,0161( - 1) VОВ , м3/кг
Полное действительное объемное количество дымовых газов становится равным:
VГ =  V(RO2) + VО(N2) + VО(H2O)  + 0,0161( - 1) VОВ , м3/кг.
62. АНАЛИЗ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА КОТЕЛЬНОГО АГРЕГА.
Соотношение, связывающее приход и расход тепла в котельном агрегате , представляет его тепловой
баланс, т.е теплловой баланс характеризует распределение поступающего в котлоагергат тепла ,
называемого располагаемым , между полезно использованным теплом и отдельными видами потерь тепла.
Основные виды потерь тепла :
- потери тепла от химической неполноты сгорания топлива Q3 – за счет уноса тепла из топки
недогоревшими до углекислоты и водяных паров продуктов сгорания ;
-потери тепла от механической неполноты сгорания топлива Q4 – за счет уноса тепла из топки не успевшим
сгореть углеродом (очаговыми остаткам) твердого топлива при его удалении из топки ;
-потери тепла с физическим теплом шлака Q6 ШЛ – за счет удаляемого из топки скопившихся шлака
,имеющего температуру 600-700С;
-потери тепла с уходящими газами IУХ – за счет того ,что дымовые газы пройдя все поверхности нагрева
котла имеют еще относительно высокую температуру 120-180 С;
-потери тепла от наружного охлаждения котельного агрегата Q5 – за счет большой разности температур
наружной поверхности котельного агрегата , нагревающейся изнутри , и температурой окружающего
воздуха .
В сумме перечисленные потери в зависимости от типа и мощности котла , рода топлива и способа его
сжигания могут составлять 7-25% тепла , заключенного в топливе .
Цель теплового баланса – оценить эффективность работы котла ( с помощью определения КПД) и
определить необходимый расчетный часовой расход ккал/кг
топлива .
Тепловой баланс составляется на основании результатов теплового испытания .
Тепловой баланс при сжигание ТВЕРДОГО и ЖИДКОГО топлива
1.Тепловой баланс при сжигание твердого и жидкого топлива составляется в Ккал или КДж на 1 кг
израсходанного топлива либо в % .
2.Полное количестко тепла , вносимое в котел складывается из следующих величин :
QрР = QРН (ккал/кг) + iТЛ(ккал/кг) + IВ (ккал/кг) ,
где QРН - низшая теплота сгорания топлива ;
iТЛ - физическое тепло топлива ;
IВ – физическое тепло воздуха , поступающего в котел для поддержания процесса горения в топке .
Кроме этих основных составляющих ,в некоторых случаях учитывают дополнительное тепло воздуха ,
поступающего при нагреве котла посторонними источниками тепла QВ.ВНШ ( например паром отбираемым
от турбины) , а также тепло , вносимое в случае применения парового дутья или парового распыления
мазута , QФ.
3.Необходимо учесть все вышеперечисленные основные потери тепла и добавить к ним тепло ,
использованное на получение пара или горячей воды Q1 , а некоторых случаях учесть потерю тепла на
нагрев воды , охлаждающей некоторые детали топок Q6 ОХЛ .
4.Распологаемое тепло, приходящееся на 1 кг топлива можно вычеслить по формуле:
QрР = QРН + QВ.ВНШ + iТЛ + QФ , ккал/кг
Но так как тепловой баланс составляется относительно некоторой отправной температуры , и если принять
в качестве этой температуры – температуру воздуха , поступающего в котельный агрегат ,то составляющая в
приходной части уравнения IВ отсутствует .
Однако это выражение можно упростить для большинства современных котлов , не учитывая QВ.ВНШ и QФ ,
а также можно исключить величину iТЛ так как ее величина пренебрежительно мала и составляет всего 0,10,2% .
Поэтому получаем формулу :
QрР = QРН , ккал/кг
5.Чтобы учесть тот факт , что баланс составляется относительно температуры воздуха , поступающего в
котельный агрегат и величина IВ отсутствует, необходимо ввести поправку в величину IУХ :
Q2 = IУХ- IУХ
6. Общее уравнение баланса имеет вид :
QрР = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 ШЛ + Q6 ОХЛ, ккал/кг
где Q6 ОХЛ и Q6 ШЛ – можно пренебречь ввиду современности котельных агрегатов .
7. Для того , чтобы составить уравнение баланса в % , необходимо общее уравнение баланса разделить на
р
Q Р и умножить на 100 . Получим :
q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6IШЛ + q6 ОХЛ = 100%
Q
Q
1
2
В этом уравнении q1 = QРР  100% , q2  QРР  100% и т. д.
Процентная форма теплового баланса наиболее распространенная .
7.Тепло, использованное в котле, определяем по следующему балансовому уравнению, отнесенное к 1 ч
работы :
ВQ1 = DQК.А ,
(1)
Где В – часовой расход топлива на котел, кг/ч ;
D- часовая производительность котла, кг/ч ;
QК.А – количество тепла, отданное питательной воде при превращении ее пар или обратной сетевой воде
при получении горячей воды , отнесенное к 1 кг произведенного пара или нагретой воды .
 '
а) при производстве перегретого пара QК.А = (iП.П – iП.В) +
(i  i П .В ) , ккал/кг,
100
где iП.П, iП.В и i’ – энтальпии перегретого пара , питательной и котловой воды ( последняя принимается
равной энтальпии воды при температуре кипения) ;
 - процент непрерывной продувки , составляет 2-5%D.
б) в случаи производства насыщенного пара iП.П = i’’ – энтальпия насыщенного пара. При отсутствии
продувки 
=0.
100
(i '  i П .В )
в) при получении горячей воды: QК.А = i2 – i1,
где i2 и i1 – соответственно энтальпии воды поступающей в котел и выходящей из него.
8.Разделив уравнение (1) на В и QрР и умножением на 100 получим:
q1 
DQК . А
 100%
,
ВQ РР
если величина q1 не известна, то ее можно определить как остаточный член из общего уравнения теплового
баланса, т.е. по формуле :
q1 = 100 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6IШЛ + q6 ОХЛ) = 100 - , %
6
q
2
9.Потеря тепла с уходящими газами определяется по формуле :
( I УХ   УХ I ХО.В )(100  q 4 )
,%
q2 
QРР
где IУХ – энтальпия уходящих газов при коэффициенте избытка воздуха УХ и температуре уходящих газов
УХ, ккал/кг; IХ.ВО – энтальпия воздуха теоретически необходимого для горения , при температуре с которой
он поступает в котельный агрегат , ккал/ кг ;
(100-q4 ) – вводится для учета того, что энтальпия дымовых газов и воздуха , необходимого для горения ,
определяется на 1 кг действительно сожженного топлива , а не для 1 кг топлива , поступившего в топку .
10.
Потеря тепла от наружного охлаждения определяется по номограмме в зависимости от
паропроизводительности котла.
11.
Потеря с физическим теплом шлака по формуле :
q6шл 
а ШЛ с ШЛ t ШЛ А Р
M ШЛ с ШЛ t ШЛ

100

 100 ,%
QРР
QРР
где МШЛ – масса шлака, кг/кг;
аШЛ – доля золы топлива в шлаке;
сШЛ – теплоемкость шлака, ккал/кгград;
tШЛ – температура шлака , С.
Данная потеря тепла учитывается при слоевом сжигании топлива , при факельном и слоевом сжигании
,когда шлак удаляется в жидком виде или когда сжигается многозольное топливо , для которого А Р  Q , % .
Р
Р
100
tШЛ = 600С – при удалении в твердом состоянии ;
tШЛ = температуре жидкоплавкого состояния , увеличиной на 100 С ;
сШЛ при повышении температуры от 100 до 1500 С возрастает с 0,2 до 0,3 ккал/кгград. ккал/кгград
Тепловой баланс при сжигании газообразного топлива
При сжигании газообразного топлива тепловой баланс аналогичен тепловому балансу твердого топлива , но
имеет некоторые особенности в большинстве случаев связанных с составом топлива .
Основная особенность заключается в том, что при сжигании газообразного топлива низшую теплоту
сгорания относят к сухому топливу , т. е. к величине QСН . И величины потерь тепла от механической
неполноты сгорания Q4 и с физическим теплом шлака Q6ШЛ отсутствуют . Поэтому общее уравнение
теплового баланса будет иметь вид :
QрР = QСН = Q1 + Q2 + Q3 + Q5 , ккал/м3
В процентной форме выглядит так:
q1 + q2 + q3 + q5 = 100%,
где q1 = 100 – (q2 + q3 + q5 ) = 100 - , %
6
q
2
I  УХ I ХО.В
q2  УХ
 100 , %
QРР
В современных котельных при сжигании газообразного топлива величина q2 составляет 6-8 %.
КПД котельного агрегата
КПД – отношение величины использованного в котле тепла к величине располагаемого тепла топлива:
КБР. А 
Q1
q
100  (q2  q3  q4  q5  q6 ШЛ  q6ОХЛ ) ,
 1 
Р
QР 100
100
Так как часть энергии, содержащейся в паре расходуется на работу самого котлоагрегата (приведение в
движение вспомогательных механизмов, обдувка поверхностей нагрева и пр.) то вводят понятие КПД нетто:
Q ЭЛ  QСП.Н ,
КНТ. А  КБР. А (1  С .Н
)
QК . А
ЭЛ
С .Н
где Q
- количество тепла, содержащееся в паре, затраченном на выработку того количества
электроэнергии, которое израсходовано на приведение в движение вспомогательных механизмов котельной
установки, ккал/час;
- количество тепла, содержащееся в паре, представляющий собой непосредственно расход
Q
котельного агрегата, ккал/час.
Расчетный часовой расход топлива вычисляется по формуле:
П
С .Н
ВР  В(1 
q4
)
100
Коэффициент сохранения тепла вычисляется по формуле :
  1
q5
100
63. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ ТРАКТ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА. Варианты реализации.
Наиболее распространенной схемой аэродинамики котельной установки является уравновешенная
схема при которой аэродинамический тракт обслуживают две машины, т. е. он состоит из двух частей:
воздушный и газовый тракт.
Воздушный тракт обслуживается дутьевым вентилятором, а газовый тракт (разрежение) – дымососом.
Обслуживание заключается в обеспечении заданного давления воздуха и продуктов сгорания.
При работе котлоагрегатов с давлением в топочной камере выше давления атмосферного воздуха или при
небольшой производительности, когда оказывается достаточной тяга развиваемая дымовой трубой, дымосос
не ставиться. В очень маленьких котельных, можно обойтись и без дутьевого вентилятора.
Наиболее распространена уравновешенная схема – когда осуществляется работа как дутьевого
вентилятора, так и дымососа.
Воздушный тракт: Воздух необходимый для горения топлива подает вентилятор. Давление, развиваемое
вентилятором, расходуется на на преодоление сопротивления воздушного тракта – на входе, в поворотах, на
трение, в шиберах, воздуховодах, колосник. решетках или горелках до поступления в топку.
Если скорость <12 м/с, то потери на прения можно считать равными нулю.
123456789-
топочная камера
амбразура горения
смесительная камера горелки
заслонка регулирования подачи газа
исполнительный механизм
заслонка регулирования подачи воздуха
исполнительный механизм
дутьевой вентилятор
фронт пламени
Газовый тракт: Продукты сгорания топлива удаляются из кот.агрегата за счет температурного разряжения,
создаваемого за счет труба и дымососаЭти устройства преодолевают сопротивление котельной движению
потоков газа, иногда содержащие твердые частицы.
Цель аэрод.расчета – подбор тяго-дутьевого оборудования. Т.е. вентилятор и дымосос при заданном расходе
должны обеспечивать необходимый напор для преодоления сопротивления участка тракта.
Основной характеристикой аэродинамического тракта является аэродинамическое сопротивление,
которое препятствует движению дымовых газов или воздуха и складывается из сопротивления трения и
местного сопротивления.
При аэродинамическом расчете тракта учитывают либо только значение сопротивления трения, либо
значение местного сопротивления, так как в котлах нет таких элементов тракта, где при большом
сопротивления трения имелось бы большое местное сопротивление.
Сопротивление трения определяется по формуле:
 = 
l
,
d экв
где  - коэффициент трения, определяется по формуле:

0,316
Re0, 25
l – длина трубы;
dэкв – диаметр трубы или эквивалентный диаметр канала ,
Величина коэффициента местного сопротивления в зависимости от конфигурации фасонной части
может изменятся в широких пределах; ее определяют экспериментально и выражают в виде графиков,
формул или числовых коэффициентов .
Для работы аэродинамического тракта котельного агрегата должны выполнятся следующие процессы:
Тяга – для удаления из топки газообразных продуктов сгорания и перемещения их через систему
поверхностей нагрева . Может быть естественной , когда тяга создается дымовой трубой, а воздух поступает
в топку в следствии разряжения, создаваемого в топке тягой дымовой трубы ; и искусственной , когда
воздух в топку подается дутьевым вентилятором , а тяга осуществляется дымососом .
Движение потока дымовых газов в газовом тракте котельной установки представляет собой сложное
турбулентное движение, так как газовый тракт имеет повороты, поперечное сечение его неоднократно
изменяется, а отдельные газоходы заполнены трубными пучками с различными характеристиками. При
сжигании твердого топлива движение газов осложняется присутствием летучей золы, содержание которой
меняется по длине тракта. Движение потока воздуха в воздушном тракте отличается теми же
особенностями, за исключением того, что воздух не забалластирован пылевидными примесями, т.е. является
чистым газом.
Самотяга определяется тем, что движение газов в системах каналов и газоходов подвержено влиянию
окружающей воздушной атмосферы, находящейся в поле тяжести. Это влияние заключается в том ,что
подъем некоторого объема воздуха или другого газа , движущегося в каналах и газоходах , с начального
уровня на некоторую высоту сопровождается опусканием того же объема атмосферного воздуха с этой
высоты до начального уровня.
При направлении потока вверх самотяга оказывает положительное влияние, уменьшая перепад
полного давления , при направлении потока вверх – отрицательное влияние , увеличивая перепад
полного давления . При равенстве плотностей текущей среды и окружающего воздуха , и при
горизонтальных газовоздуховодах самотяга равна нулю .
Перепад полного давления по газовому тракту котельной установки определяют как сумму
аэродинамических сопротивлений всех элементов газового тракта и всех величин самотяги по газоходам
агрегата:
Нпг = hг hск.а , кГ/м2
при этом основное значение имеет аэродинамическое сопротивление газового элементов тракта , а
суммарная величина самотяги незначительна , так как она попеременно то положительна , то отрицательна .
Воздушный тракт проще газового, особенно в котельных установках не имеющих воздухоподогревателя .
При отсутствии воздухоподогревателя действительный часовой объем воздуха равен : Vчасх.в = Вр Vов
‖т t х.в  273 760 , м3/ч
273
b
Величина перепада полного давления воздушного тракта определяется по формуле : Н = hв + h‖т +0,95
Нт , кГ/м3,
Где hв – сумма аэродинамических сопротивлений всех элементов воздушного тракта , кГ/м3 ;
h‖т – разряжение в верхней части топки , кГ/м3 ;
Нт – расстояние по вертикали между горизонтальными сечением средней линии выходного окна из топки и
местом входа воздуха в топку , м .
Влияние барометрического давления при аэродинамическом расчете как правило не учитывается, а
принимают во внимание только при расчете котельных установок находящихся на высоте  200 м над
уровнем моря.
Аэродинамическая схема и эпюра распределения давления приведены на рис. 63.
64. Водоподготовка. Требования к питательной воде котельной установки и характеристика
природных источников водоснабжения.
В производственных и отопительных котельных поступающая из водопровода, артезианских скважин
или водоемов вода расходуется на восполнение потерь конденсата, пара, сетевой воды и на собственные
нужды котельной установки, включая техническое водоснабжение.
Возмещение расходов пара или воды на покрытие потерь и другие нужды котельной установки
осуществляют через специальные устройства, комплекс которых называют водоподготовкой.
В принципе пригодна любая вода, но подвергнутая обработке. В природной (сырой) воде всегда
содержатся взвешенные и растворенные твердые вещества, а также растворенные газы и если ее не
обработать, то она не пригодна для питания котлов, потому что при наличии в воде твердых минеральных
примесей котел быстро засоряется накипью и забивается шлаком, а имеющиеся в воде коррозионные газы
(кислород и углерод) вызывают коррозию.
Наилучшей водой для питания котлов является конденсат пара, получаемый от отопительных
поверхностей теплообменников
и паровых турбин. Такой конденсат содержит малое количество
минеральных примесей, так как в процессе испарения котловой воды с этими примесями, они не переходят
в пар. Но одного конденсата не достаточно так как часть пара и воды теряется из цикла и необходимо
вводить добавочную воду.
Добавочной водой может быть любая сырая вода после тщательной химической и термической
обработки в специальных установках. Обычно сырую воду очищают от грубодисперсных (частицы от 5мк и
более ) и коллоидальных (частицы размером от 0,001-0,5мк) примесей и накипеобразующих солей и
освобождают от растворенного воздуха.
Грубодисперсные примеси удаляют отстаиванием в резервуарах либо фильтрацией. Удаление
коллоидальных примесей – коагуляцией, т.е. обработке сернокислым алюминием (коагулянт). Удаление
солей – умягчением, пропуская через слой особого зернистого материала – катионита, который поглощает из
воды катионы кальция и магния, отдавая в замен катионы веществ не образующих накипь. Освобождение
воды от растворенных газов – деаэрацией в различных деаэраторах.
Если котельная питается от городского или промышленного водопровода, где вода уже
профильтрована и коагулирована, то обработка заключается только в умягчении и деаэрации .
Основными показателями, характеризующими качество сырой, питательной и котловой воды являются :
1. Сухой или растворенный остаток количество примесей минерального и органического происхождения,
мг/кг, полученное при упаривании воды и высушенное при 100 0С. Чем выше сухой остаток, тем хуже
качество воды.
2. Общее солесодержание – характеризует общее количество минеральных веществ, растворенных в воде.
Оно является подсчитанным по ионному составу общей концентрации солей в воде. [мг/кг] Солесодержание
определяется выпариванием до сухого остатка, который затем взвешивается, часть его может составлять
органика, но большая часть минеральная (неорганика). Для природной пресной воды S=2-200мг/кг.
3. Жесткость - характеризует содержание в воде кальциевых или магниевых солей, обусловливающих
накипеобразующие свойства воды. Различают общую (ЖО), временную или карбонатная (ЖК) и постоянную
или некарбонатную (Жп) жесткость .
Численное значение жесткости воды выражается чере концентрацию в воде соответствующих ионов
растворенных веществ, выраженную в эквивалентных единицах.
Общая жесткость представляет собой сумму (ЖК) и (Жп), характеризует суммарное содержание
кальциевых и магниевых солей :
ЖО = ЖСа и ЖMg, мг /кг
Временная жесткость содержание в воде бикарбонатов кальция и магния Са (НСО-3), Mg(НСО-3).
Величина постоянной (некарбонатной ) жесткости равна :
Жп = ЖО - ЖК , мг /кг
4. Щелочность – характеризует содержание щелочных соединений : гидраты , карбонаты, бикарбонаты ,
фосфаты окисей натрия , кальция и магния – NaOH и др., Na2CO3 и др., NaHCO3 и др., Na3PO4 и др .
Величина щелочности равна суммарной концентрации всех выше перечисленных элементов (анионов),
в зависимости от того какой анион обуславливает щелочность, различают гидроксильнуюОН -,
карбонатнуюСО2-3 , бикарбонатную Н СО2-3 щелочь.
5. Кремнесодержание – характеризует общую концентрацию в воде различных соединений кремния в
молекулярной и коллоидальной формах. Условно кремнесодержание пересчитывают на SiО2 или SiО2-3 – и
выражают в [мг/кг] или [мкг/кг].
6. Концентрация водородных ионов – одна из важнейших характеристик воды. Данная характеристика
основана на процессе диссоциации молекул воды на ионы водорода Н+ и гидроксильные ионы ОН.
Н2О = Н+ + ОНКонцентрация водородных и гидроксильных ионов в воде связана законом действующих масс, который
можно выразить так:
( Н  )(ОН  )
 К ,
( Н 2О )
где (Н+), (ОН-) , (Н2О) – соответственно концентрации ионов водорода, гидроксильных ионов и
недиссоциированных молекул воды .
Так как в воде диссоциирует незначительное количество молекул, то величина (Н2О) = const и
формула будет иметь вид :
(Н+) (ОН-)= К(Н2О) = КВ,
где КВ – постоянная ионного произведения воды , зависит от температуры ; для воды при 22С КВ = 10-14 .
Так как для химически чистой воды (Н+) = (ОН-) ,то концентрация водородных ионов в ней при 22С
равна (Н+) = 10-7.
В практике концентрация водородных ионов выражают через ее отрицательный логарифм. Тогда
показатель концентрации водородных ионов выражаемым символом рН , для абсолютно чистой воды при
22С он равен :
рН = -lg(Н+) = 7
для воды с кислой реакцией рН  7
для воды с щелочной реакцией рН  7 .
7. Содержание коррозионно активных газов – характеризуется содержанием в ней кислорода и углекислого
газа , выраженным в [мг/кг] или [мкг/кг].
Б.15 (65) Водоподготовка. Технологические процессы водоподготовки котельных агрегатов
Источником водоснабжения котельных установок могут быть хозяйственно-питьевой водопровод, артезианские
скважины, пруды, реки и озера. В природной воде всегда содержатся примеси либо в виде взвешенных
веществ (песок, частицы глины), либо растворенных солей, или коллоидно-растворенных соединений и
растворенных газов (кислород, углекислый газ и т. д.).
Состав примесей в воде и их количество разнообразны и зависят от того, через какие породы протекает вода. В
большинстве случаев из растворимых солей в воде содержатся хлористый магний МgС12. хлористый натрий
NaCl, хлористый кальций СаС12, сульфаты кальция СаSО4 и магния МgS0 4 , карбонатные и бикарбонатные
соли кальция или магния СаСО3, МgСО3, Са (НСО3)2, Мg(НСО3)2 и др. В коллоидно-растворенном
состоянии в воде содержатся в первую очередь вещества органического происхождения, а также различные
соединения железа, алюминия, кремния.
Наличие указанных примесей не позволяет применять без предварительной обработки исходную (сырую) воду
для питания котлов и тепловых сетей, так как при нагреве и испарении такой воды на внутренних стенках
труб и барабанов котла осаждаются соли, образуя так называемую накипь. Загрязнение поверхности нагрева
накипью значительно ухудшает условия теплообмена и может привести к опасному перегреву стенок труб, а
содержание агрессивных газов (О2, СО2) вызывает их коррозию. Для обеспечения надежной и экономичной
работы котлоагрегатов вода к ним подается строго определенного качества. Главными показателями качества
воды являются: прозрачность, сухой остаток, щелочность и жесткость.
Для поддержания допустимых норм качества котловой воды производится продувка котлов: часть воды из
котла выпускается и заменяется очищенной водой с меньшим солесодержанием и щелочностью. Продувка
может быть непрерывная и периодическая. Величину продувки П принято выражать в процентах от
производительности котла, а определять по сухому остатку и щелочности
где СК и С П — концентрация
нормируемого вещества в котловой и питательной
100
П
. воде.
СК
 1 При П≤2 % применяется только периодическая продувка, а при П>2 % — как
СП
периодическая, так и непрерывная. Во избежание больших потерь теплоты с продувочной
водой продувка уменьшается за счет соответствующей обработки воды.
Способы обработки воды. Природная вода перед поступлением в котел подвергается обработке, которая в
общем случае предусматривает удаление взвешенных примесей из воды, умягчение ее (снижение жесткости),
снижение общего солесодержания, уменьшение и поддержание определенной щелочности, удаление из воды
агрессивных газов (СО2, О3).
Взвешенные примеси удаляют из исходной воды путем фильтрования ее в специальных устройствах —
механических (осветлительных) фильтрах. Б качестве фильтрующих материалов применяют кварцевый песок,
мраморную крошку, антрацит. При использовании воды из водопровода ее не фильтруют.
Для умягчения воды применяются два вида обработки — внутрикотловая и докотловая. Внутрикотловая
обработка питательной воды используется в не-экранированных котлах низкого давления, а также в
жаротрубных котлах. При внутрикотловой обработке в котел вместе с питательной водой вводят различные
вещества — реагенты (антинакипины). Реагенты вступают во взаимодействие с солями, образующими накипь,
вызывая их осаждение в виде шлама, который по мере накопления удаляется из котла продувкой. В качестве
реагентов применяют каустическую NaОН и кальцинированную Na2СО3 соду.
В современных производственно-отопительных котельных, как правило, применяется докотловая обработка
методом катионного обмена. Для этого исходную воду пропускают через специальные фильтры, заполненные
материалами, которые вступают в обменные реакции с солями жесткости. При этом катионы кальция и магния в
воде замещаются на катионы натрия или другие, соли которых не образуют накипь.
Из катионирующих материалов наиболее широкое применение получили глауконит (природный минерал) и
сульфоуголь (бурый или каменный уголь, обработанный концентрированной серной кислотой). Сульфоуголь
может быть насыщен обменными катионами натрия, водорода или аммония. В зависимости от вида
применяемого катионитного материала различают натрий-катионирование, водород-катионирование (Нкатионирование) и аммоний-катионирование (NН4-катионирование).
В производственно-отопительных котельных наибольшее распространение получило Na-катионирование (рис.
V. 14) и совместное Na-NН4-катионирование.
Рис. V. 14. Схема Nа-катионитовой установки
Умягчаемая вода при Na-катионировании поступает в
катионитовый фильтр 2, где соли жесткости вступают в реакцию с
сульфоуглем. В результате этого жесткость воды резко
понижается и может быть доведена до 0,01—0,02 мг-экв/кг. В
процессе работы установки сульфоуголь насыщается кальцием и магнием и теряет способность к обмену с солями жесткости. Для
восстановления
обменной
способности
сульфоугля
его
периодически обрабатывают 6—10 %-ным раствором поваренной
соли (NaС1), поступающим в фильтр из солерастворителя. Эта операция называется процессом регенерации.
При Nа-катионировании щелочность воды несколько повышается и в том случае, когда продувка по
щелочности велика, избыточную щелочность необходимо нейтрализовать кислотами или присадкой
аммониевых солей, в частности сульфатом аммония. Под влиянием высокой температуры сульфат аммония в
котле разлагается на аммиак и серную кислоту (NН4)2SО4→2NН3 + Н2SО4. Аммиак уходит с паром, а серная
кислота нейтрализует щелочь. Аммониевые соли вводят непосредственно в трубопровод питательной воды с
помощью специального дозатора.
Если величина продувки по щелочности составляет более 10 %, а по сухому остатку более 5 %, для
нейтрализации щелочности воды вместо аммониевых присадок применяют совместное натрий-аммонийкатионирование (рис. V.15). По этой схеме исходная вода вначале проходит через Nа-катионитовый фильтр 2, а
затем умягченная вода полностью или частично проходит через NН4-катионитовый фильтр 4, заполненный также
сульфоуглем, обогащенным солями аммония. Аммоний-катионитовый фильтр регенерируется 2—3%-ным
раствором сульфата аммония, содержащимся в резервуаре 3. Натрий-катионитовый фильтр, как уже
отмечалось, регенерируют раствором поваренной соли, поступающим из солерастворителя 1.
В небольших установках, в отличие от рассмотренной схемы, может быть осуществлено совместное Nа—
NН4-катионирование. При этом часть фильтра заполняется сульфоуглем, обогащенным поваренной
солью (NаС1), а часть сульфоуглем, насыщенным
сульфатом аммония
(NН4)2SO4. Регенерация фильтра осуществляется общим раствором сульфата аммония и хлористого
натрия.
Катионитовые фильтры (рис. V.16) имеют диаметры 700—3000 мм и высоту примерно 3—6 м. Фильтр
заполняют катионитом приблизительно на 2/3 его высоты. В нижней части катионитового фильтра
расположено дренажное устройство, предназначенное для равномерного распределения воды по сечению
фильтра. Это устройство, состоящее из коллектора и системы труб, закрепляется в бетонной подушке.
Фильтр имеет ряд задвижек, с помощью которых его включают в работу, производят взрыхление, регенерацию
и промывку после регенерации. Катионитовый фильтр регенерируют 2—3 раза в сутки.
Рис. V.16. Катионнтовый фильтр
Деаэрация питательной воды. Рассмотренные способы обработки воды обеспечивают ее умягчение, но при
этом из нее не удаляются растворенные агрессивные газы — кислород О2 и углекислый газ СОа,
вызывающие коррозию стенок котла. Содержание указанных газов в питательной воде не должно превышать
допустимых норм.
Процесс удаления из воды растворенных газов называется дегазацией, или деаэрацией. Известно несколько
способов деаэрации: термический, химический, электромагнитный и др.
Термический способ деаэрации воды, получивший широкое распространение, основан на том, что
растворимость газов в воде с повышением ее температуры уменьшается, а при температуре ее кит пения газы
почти полностью удаляются из воды. Таким способом газы удаляются из воды в специальных устройствах —
термических деаэраторах.
В паровых котельных применяют смешивающие деаэраторы атмосферного типа (рис. V.17), которые состоят
из горизонтального цилиндрического (деаэраторного) бака 9 и установленной на нем вертикальной колонки 6.
Деаэраторный бак, который часто называют баком-аккумулятором, предназначен для сбора и хранения
дегазированной воды. Он обычно является питательным баком.
Вода, подлежащая дегазации, подается в верхнюю часть колонки. Греющий пар поступает в колонку снизу и,
поднимаясь, соприкасается с водой, движущейся ему навстречу. При движении вниз вода проходит через
специально установленные в колонке устройства, разбиваясь на мелкие струйки. В результате
непосредственного контакта с паром вода нагревается до кипения.
Растворенные газы выделяются из нее и вместе с небольшим количеством несконденсировавшегася пара
(выпар) отводятся через верхний штуцер колонки, а деаэрированная вода собирается в баке. Давление в
колонке атмосферного деаэратора поддерживается в пределах 105—120 кПа, а температура воды — 102—
104° С.
Расход пара на термический деаэратор Dд, кг/ч, составляет:
D(i"i ' )
DÄ 
,
(i  i" )
Где D – полное количество деаэрируемой воды, кг/ч; i" — энтальпия воды в деаэраторе, равная 436
кДж/кг при давлении р=120 кПа; i' — энтальпия воды перед входом в деаэратор, кДж/кг; i — энтальпия
греющего пара, кДж/кг; η— КПД, учитывающий потери теплоты деаэратором и равный 0,98—0,99/
Для повышения эффекта деаэрации применяют продувку (барботирование) воды паром. Для этого в нем
размещают барботажное устройство — дырчатые трубы или коробку с дырчатыми листами, через которые
подается пар повышенного давления. Для обеспечения нормальной работы деаэратор оборудуется различными
pапорно-регулирующими устройствами, водоуказательными стеклами, манометром и другими приборами.
На тепловых электростанциях применяют деаэраторы повышенного давления (0,6—0,7 МПа), а в котельных с
водогрейными котлами — вакуумные деаэраторы с давлением ниже атмосферного.
Вакуумный деаэратор, как и атмосферный, состоит из бакааккумулятора и колонки (рис. V.18). Вода после химической
подготовки проходит через охладитель выпара и поступает в
колонку деаэратора. Из колонки вода стекает в бак-аккумулятор,
где она подогревается до кипения горячей сетевой водой, циркулирующей в змеевике, который установлен внутри бака-аккумулятора.
Такие деаэраторы работают при давлении 20—30 кПа, чему
соответствует температура кипения воды около 60— 70 "С. Из
деаэрационного бака-аккумулятора вода подается подпиточными
насосами во всасывающую магистраль сетевых насосов и частично
отводится к эжектору, с помощью которого создается вакуум в
деаэраторе. Вода в деаэратор подается за счет атмосферного
давления (поскольку в деаэраторе разрежение), а в некоторых
случаях специальным насосом.
Дегазация воды химическим способом осуществляется путем
сульфитирования, т. е. введения в нагретую (до 80° С)
питательную воду раствора сульфита натрия Nа2SО3.
Этот
способ по сравнению с термической дегазацией более дорогой и
поэтому не получил широкого распространения.
66. Источники загрязнения воздушной среды. Основные вредности, выделяющиеся при работе ТГУ.
При сжигании различных видов органического топлива трубы ТГУ выбрасываеют огромное количество
продуктов сгорания (дымовых газов). В продуктах сгорания, выбрасываемых в атмосферу, содержатся
вредные компоненты, основными из которых являются:
1) твердые частицы при сжигании твердого и жидкого топлива;
2) газообразные окислы серы SO2 и SO3;
3) окислы азота NОx;
4) оксид углерода СО;
5) диоксид углерода СО2;
6) углеводороды;
7) бензапирен.
Обычно при правильно организованном сжигании топлива количество образовавшегося оксида углерода
должно быть близким к нулю и в результате происходящей реакции полного горения образуется СО 2. При
некачественной организации топочного процесса, особенно при пониженных и переменных котла, может
происходить неполное сжигание углеводородов и, следовательно, их выброс через дымовую трубу в
окружающую атмосферу (СН4, С2Н6 и т.д.). Бензапирен обычно при сжигании топлива в топках котлов не
образуется.
При сжигании топлива образуется большое количество окиси азота. Образование окиси азота увеличивается
с ростом температуры и избытка воздуха в топке. Образовавшаяся окись азота в конвективных газах
частично окисляется до двуокиси азота (1-2%). В атмосфере распадается на окись азота и атмосферный
кислород. Затем в результате реагирования с углеводородами (выхлопным газом) вновь образуется двуокись
азота. Это соединение является не только токсичным, но и влияет на дыхательную систему человека.
Количество оксидов азота, образующихся при горении зависит от уровня и распределения температур, т.е.
от соотношения скорости горения и скорости отвода теплоты от факела.
Наибольший выход оксидов азота образуется при горении высококалорийного топлива в форсированных
топках. В воде окись азота практически не растворяется. Очистка продуктов питания от него технически
сложна и в большинстве случаев экономически не рентабельна.
67. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПРЕДУПРЕЖДЕНИЮ ЗАГРЯЗНЕНИЯ воздушной среды. Конструирование
дымовых труб. Контроль за вредными выбросами.
Наиболее активной формой защиты окружающей среды от вредных воздействий промышленных
предприятий является полный переход к безотходным и малоотходным технологиям. Это требует решения
комплекса технологических, конструктивных и организационных задач, основанных на испытании
новейших технологических предложений.
Направления экологизации:
совершенство технологических процессов и разработка нового оборудования с меньшим уровнем выброса
примесей и отходов в окр. среду;
экологическая экспертиза всех видов производств и пром. продукции;
замена токсичных отходов на нетоксичные;
широкое применение других методов на утилизацию отходов.
В качестве методов применяют:
аппараты для очистки газовых выбросов;
глушители шума при сбросе газов в атмосферу;
виброизоляторы;
технологического оборудования;
экраны для защиты от электромагнитных полей и прочее…
Меры: вынесение промпредприятий за пределы крупных городов;
оптимальное расположение предприятий с учетом топографии местности и розы ветров;
устраивание санитарно-защитных зон вокруг промпредприятий;
рациональная планировка городской застройки;
правовые ограничения движения транспорта с целью уменьшения токсичных выбросов.
Виды контроля источников загрязнения окружающей природной среды:
по способу определения контролируемого параметра (инструментальный, инструментально-лабораторный,
индикаторный и расчетный); по месту контроля (источник выделения, источник загрязнения); по объему
проведения контроля (полный или выборочный – по номенклатуре источников и контролируемых
параметров); по частоте измерения (эпизодический и систематический); по форме проведения (плановый и
экстренный).
При контроле выбросов в атмосферу используются следующие методы:
Инструментальный метод с использованием автоматических газоанализаторов и пылемеров, непрерывно
измеряющих концентрации загрязняющих веществ в выбросах. Этим методом контролируются, например,
SO2, NOx, CO, CxHx, NH3, CI2, HF.
Инструментально-лабораторный метод, основанный на отборе проб вредных веществ из контролируемых
источников автоматическими и полуавтоматическими приборами с последующим анализом проб в
химических лабораториях. Применяется для контроля специфических загрязняющих веществ, не
обеспеченных средствами инструментального контроля.
Индикаторный метод, основанный на использовании селективных индикаторных элементов, экспресс
анализов. Применяется для предварительной оценки концентрации загрязняющих веществ.
Расчетный метод определения массовых выбросов загрязняющих веществ для предварительной оценки и
при невозможности прямых измерений на основе специальных методик.
Метод контроля выбросов по результатам анализа фактического загрязнения атмосферы, основанный на
определении фактических уровней загрязненности воздуха выбросами за их пределами на границе зоны
влияния и последующего их сравнения с эталонными (с учетом направления и скорости ветра) или
фоновыми. Применяется для контроля большого числа мелких источников, в том числе неорганизованных,
рассредоточенных по территории предприятия.
Приборное обеспечение:
Измерители концентраций пыли и газа: использование индикаторных трубок, применяется для
предварительной оценки концентрации (из-за большой погрешности до 25%). Принцип действия
сорбционных трубок основан на способности газообразных веществ взаимодействовать с пленкой вязкого
сорбирующего вещества, равномерно распределенного на твердом носителе. При этом сорбирующее
вещество меняет цвет. Все большее распространение находят оптические методы анализа: концентрация
газа или твердых частиц измеряется непрерывно в потоке газа. Системы работают бесконтактно без
предварительного отбора проб на основе разных способов, таких как измерение рассеивания света,
трансмиссометрия, а также спектральный или абсорбционный анализ. Преимущества:
беспробоотборный метод, отсутствие зонда; измерение без запаздывания; многокомпонентный анализ;
возможность построения автоматизированных комплексов с анализом, хранением и передачей данных
контроля.
Принцип трансмиссии реализован в приборах для измерения плотности частиц дыма и пыли в загрязненных
газах. Принцип заключается в следующем: источник света излучает пучок лучей, который проходит
запыленную среду газа. На конце измерительного канала свет направляется назад и снова посылается через
запыленную среду газа. Часть света частицы рассеивают. Принимающая сторона измеряет остаточную
интенсивность света, сравнивает ее с начальной. Таким образом, измеряется оптическая непрозрачность, а
тем самым и концентрация частиц.
Принцип измерения рассеиваемого луча света используется для измерения небольших концентраций пыли.
Источник света излучает инфракрасный свет, который, проходя через частицы газового потока, рассеивается
и регистрируется датчиком. Интенсивность начального луча и интенсивность рассеиваемого луча
сравнивается и таким образом устанавливается оптическая пропускная способность, а с помощью этой
величины вычисляется и концентрация частиц.
Каждый газ (SO2, NO, CO и др.) имеет свой «оптический отпечаток пальца», то есть поглощает свет с
определенной длинной волны, например, монооксид углерода преимущественно в ИК-диапозоне, оксид
серы и оксид азота – в УФ-диапазоне. Во время анализа газовая смесь облучается УФ или ИК-светом. При
проведении спектрального анализа остаточного потока света, величина которого сравнивается со спектром
чистого газа, устанавливается концентрация соответствующих газов. Существуют и другие методы
определения концентрации газа.
Конструирование дымовых труб…
68. ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ. Предельно допустимые выбросы.
Основной физической характеристикой примесей атмосферы является концентрация, т. е. масса вещества
(мг) в единицу объема в м3 при нормальных условиях.
ПДК – максимальная концентрация примесей в атмосфере, отнесенная к определенному времени
осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает
ни на него, ни на окружающую среду в целом вредного действия, включая отдаленные последствия.
Если вещество оказывает на окруж. среду вредное действие в меньших концентрациях, чем на организм
человека, то при нормировании исходят из порога действия этого вещества на окруж. среду.
ПДК бывает максимально-разовой и среднесуточной, также нормами устанавливается класс опасности
вещества.
Максимально-разовая ПДКmax – это основная характеристика вредного вещества, устанавливается для
предупреждения рефлекторных реакций у
человека при кратковременном воздействии примесей
(рефлекторная реакция – запах, привкус, световое ощущение).
ПДК среднесуточная ПДКс.с – установлена для предупреждения общетоксичного, концерагенного,
мутагенного и другого влияния на организм человека.
Наибольшая концентрация каждого вредного вещества в приземном слое не должно превышать ПДК max при
экспозиции не более 20 мин. вредного воздействия.
Если вредное воздействие более 20 мин, то концентрация не должна превышать ПДКс.с
Безразмерная концентрация суммарная концентрация должно быть не больше 1.
C1
ÏDK

1
C2
ÏDK
 ... 
2
Cn
ÏDK
1
n
В соответствии с ГОСТом для каждого проектируемого и действующего предприятия устанавливаются
предельно-допустимые выбросы при условии, что выбросы вредных веществ от источника в совокупности с
другими источниками, с учетом перспектив их развития не создадут приземной концентрации
превышающей ПДК. Кроме этого необходимо учитывать фоновую концентрацию от естественных
источников.
С = С + Сф  ПДКмахраз,
С – концентрация от источника.
ПДВ (т/год) или (г/с).
Для неорганизованных выбросов и совокупности мелких одиночных источников устанавливают суммарный
ПДВ. Если значения ПДВ по объективным причинам не могут быть достигнуты, то устанавливают величину
временно согласованных выбросов превышающих ПДВ.
69. САНИТАРНО-ЗАЩИТНЫЕ ЗОНЫ.
Площадки для строительства промышленных предприятий и жилых массивов следует определять с учетом
рельефа местности.
Промышленный объект должен располагаться на ровном месте, обдуваемым ветром. Площадка жилой
застройки не должна превышать площадки промышленной застройки. Взаимное расположение предприятий
и населенных пунктов определяется по розе ветров теплого периода года. Промышленные объекты
располагается за чертой населенного пункта и с подветренной стороны. Расстояние между зданиями
промышленного объекта в направлении Аэродинамической тени должно быть больше 8 высот впереди
стоящего здания, если оно широкое и больше 10 высот, если оно узкое. В этом случае вредные вещества не
будут накапливаться в межкорпусном пространстве.
Источники вредных выделений следует отделять от жилой застройки санитарно-защитными зонами. В
зависимости от выделяемых вредностей выделены 5 санитарно-защитных зон:
1 класс – 1000 м;
2 класс – 500 м;
3 класс – 300 м;
4 класс – 100 м;
5 класс – 50 м.
Предприятия, не выделяющие вредные вещества, допускается располагать в пределах жилых районов.
Санитарно-защитные зоны нельзя рассматривать как резервную территорию предприятия и использовать ее
для расширения промышленной площадки, она должна быть благоустроенной и озеленена газоустойчивыми
породами деревьев и кустарников.
Металлургические предприятия: 1 или 2 класс, машиностроительные: 3 или 5 класс.
Для максимального ослабления влияния на окружающую среду загрязнений территория СЗЗ должна быть
озеленена газоустойчивыми деревьями и кустарниками. Со стороны жилой застройки ширина зелѐных
насаждений должна быть не менее 50 м. Предприятия, не выделяющие вредных веществ допускается
размещать в пределах городской застройки.
Площадки для строительства промышленных предприятий и жилых массивов следует определять с учетом
рельефа местности.
Озеленение СЗЗ должно быть выполнено с учѐтом оптимальных условий проветривания. Взаимное
расположение предприятий и населенных пунктов определяется по розе ветров теплого периода года.
Промышленные объекты располагается за чертой населенного пункта и с подветренной стороны. Расстояние
между зданиями промышленного объекта в направлении аэродинамической тени должно быть больше 8
высот впереди стоящего здания, если оно широкое и больше 10 высот, если оно узкое. В этом случае
вредные вещества не будут накапливаться в межкорпусном пространстве.
Территория СЗЗ не должна рассматриваться как резервная и использоваться при расширении предприятия.
70. Альтернативные источники тепловой энергии. Оценка перспектив их использования.
При существующем уровне научно-технического прогресса энергопотребление может быть покрыто лишь за
счет использования органических топлив (уголь, нефть, газ), гидроэнергии и атомной энергии на основе
тепловых нейтронов. Однако, по результатам многочисленных исследований органическое топливо к 2020 г.
может удовлетворить запросы мировой энергетики
только частично. Остальная часть энергопотребности может быть удовлетворена за счет других источников
энергии – нетрадиционных и возобновляемых.
Возобновляемые источники энергии – это источники на основе постоянно существующих или периодически
возникающих в окружающей среде потоков энергии. Возобновляемая энергия не является следствием
целенаправленной деятельности человека, и это является ее отличительным признаком.
Невозобновляемые источники энергии – это природные запасы веществ и материалов, которые могут быть
использованы человеком для производства энергии. Примером могут служить ядерное топливо, уголь,
нефть, газ. Энергия невозобновляемых источников в отличие от возобновляемых находится в природе в
связанном состоянии и высвобождается в результате целенаправленных действийчеловека.
К нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии относятся: торф; энергия биомассы (отходы
сельскохозяйственные, лесного комплекса, коммунально-бытовые и промышленные; энергетические
плантации: сельскохозяйственные культуры, древесно-кустарниковая и травянистая растительность);
энергия ветра; энергия солнца; энергия водных потоков на суше (гидроэлектростанции мощностью менее 1
МВт: миниГЭС, микроГЭС); средне и высокопотенциальная геотермальная энергия (гидротермальные и
парогидротермальные источники; сухие, глубоко залегающие горные породы); энергия морей и океанов
(приливы и отливы, течения, волны, температурный градиент, градиент солености); низкопотенциальная
тепловая энергия (почвы и грунта, зданийипомещений, сельскохозяйственных животных).
Стратегическими целями использования возобновляемых источников энергии и местных видов топлива
являются:
– сокращение потребления невозобновляемых топливно-энергетических ресурсов;
– снижение экологической нагрузки от топливно-энергетического комплекса;
– обеспечение децентрализованных потребителей и регионов с дальним и сезонным завозом топлива;
– снижение расходов на дальнепривозное топливо.
Необходимость развития возобновляемой энергетики определяется ее ролью в решении следующих
проблем:
– обеспечение устойчивого тепло- и электроснабжения населения и производства в зонах
децентрализованного энергоснабжения, в первую очередь в районах Крайнего Севера и приравненных к ним
территориях. Объем завоза топлива в эти районы составляет около 7 млн. т нефтепродуктов и свыше 23 млн.
т угля;
– обеспечение гарантированного минимума энергоснабжения населения и производства в зонах
централизованного энергоснабжения, испытывающих дефицит энергии, предотвращение ущербов от
аварийных и ограничительных отключений;
– снижение вредных выбросов от энергетических установок в городах и населенных пунктах со сложной
экологической обстановкой, а также в местах массового отдыха населения.
71. Утилизация тепловой энергии с помощью теплообменников и тепловых насосов.
Схема утилизации тепловой энергии
Системы утилизации тепловой энергии.
Системы утилизации тепловой энергии позволяет использовать теплоту выхлопных газов и
охлаждающей жидкости зарубашечного пространства двигателей дизельных и газопоршневых
электроагрегатов мощностью от 100 кВт и выше для получения от них (наряду с электроэнергией)
горячей воды.
В общем случае система утилизации тепловой энергии (УТЭ) представляет собой комбинированный
теплообменник (рис.1), состоящий из водоводяного (ВВТ) и газо-водяного (ГВТ) теплообменников.
Входы теплообменников включены соответственно в магистраль жидкостного охлаждения (ОЖ)
двигателя и в контур его выхлопной системы (ОГ). Выходной контур утилизатора (общий для обоих
теплообменников) заполнен циркулирующей по нему водой и замкнут на приемник (потребитель)
тепловой энергии (ПТЭ) непосредственно или через дополнительный водо-водяной сетевой
теплообменник (СТО) — рис. 2
Применительно к варианту с использованием СТО (рис.2) в качестве теплоносителя может
использоваться как вода, так и низкозамерзающая жидкость (например, тосол).
Принципиальные схемы систем утилизации
Д — двигатель; Г — генератор; ОГ — отработанные газы; ОЖ — охлаждающая жидкость двигателя;
Н — насос в системе охлаждения двигателя (штатный); УТЭ — утилизатор тепловой энергии;
ВВТ — водо-водяной теплообменник; ГВТ — газо-водяной теплообменник; ПТЭ — потребитель
тепловой энергии; СТО — сетевой теплообменник; ЦН — циркуляционный насос.
На рис.3 приведена принципиальная схема более простой и вместе с тем более эффективной системы
утилизации. В ней газо-водяной (ГВТ) и сетевой (СТО) теплообменники включены напрямую в контур
охлаждающей жидкости (ОЖ) двигателя. Последняя, отбирая тепло одновременно и от двигателя, и от
отработанных газов (ОГ), переносит его непосредственно к СТО. Такая схема утилизатора
реализована в мини-ТЭС МТП. 800/575, выполненной на основе газопоршневого электроагрегата.
При ограниченной потребности в тепловой энергии утилизируется только теплота отработанных газов
двигателя. В этом случае система утилизации существенно упрощается (рис.4). Такая система
использована в мини-ТЭС МТД. 250/190 и МТД.400/240, выполненных на основе дизельных
электроагрегатов.
Для утилизации теплоты газов, уходящих из промышленных печей, применяют газотрубные
утилизаторы ВГ, состоящие из теплообменника, входной водоохлаждаемой и выходной газовых камер.
Перспективным является контактный утилизатор капельного типа, использующий в качестве рабочей
жидкости 38-42%-ный раствор хлорида лития.
Разработан аппарат с кипящим слоем, предназначенный не только для утилизации теплоты удаляемого
воздуха, но и для охлаждения циркуляционной воды (в качестве градирни), адиабатного охлаждения и
увлажнения воздуха и других целей.
Тепловой насос - техническое устройство, которое поглощает тепло с низкой температурой, за счет
приложения энергии превращает его в тепло с высокой температурой и распределяет его по выбранному
контуру.
Тепловой насос в качестве источника тепла может использовать: наружный воздух, воду рек, озер, морей,
подземные воды, грунтовое тепло, солнечная энергия. Может быть также повторно использовано тепло,
непригодное для прямого обогрева: сбросные воды, нагретые продукты технологических процессов,
вытяжной воздух системы вентиляции.
Производимые сегодня тепловые насосы - устройства с очень эффективными техническими
возможностями, служащими для экономии энергии и сокращения выбросов CO2. Высокая эффективность и
сниженное энергопотребление тепловых насосов делают их весьма выгодными для использования при
строительстве новых зданий (частных домов и коттеджей, гостиниц, офисных центров и многоэтажных
жилых комплексов).
Тепловые насосы позволяют использовать теплоноситель с температурой от -4 до +27 оС при работе на
обогрев и от +10 до +43 оС при работе на охлаждение.
Примерно три четверти необходимой для отопления энергии тепловой насос получает из окружающей
среды, для остальной четверти ему требуется в качестве движущей энергии электрический ток. Тепло
окружающей среды - тепловая энергия солнца, накопленная в грунте, воде и воздухе – имеется в
распоряжении в неограниченных количествах. Тепловой насос обеспечивает возможность экономного и
экологически щадящего отопления с использованием тепла окружающей среды.
Тепловые насосы. Типы.
Тепловые насосы"воздух-воздух"
Перекачивают тепло из внешнего воздуха внутрь помещения в режиме отопления и в обратном направлении
в режиме кондиционирования. Установки устойчиво работают во всем диапазоне положительных внешних
температур. В южных областях России, где температура редко опускается ниже 0 °С, тепловые насосы типа
"воздух - воздух", оснащенные вспомогательными модулями электроподогрева, обеспечивают весьма
эффективное решение задач отопления и кондиционирования.
Тепловые насосы "вода - воздух"
Перекачивают тепло из воды в воздух помещения и в обратном на правлении. Этот тип тепловых насосов
применяется в различных геотермальных схемах, в которых водяной контур располагается в земле, водоемах
или использует непосредственно воду из скважин. Этот же тип насосов используется в системах с
кольцевым контуром для отопления и кондиционирования больших зданий.
Тепловые насосы "вода - вода"
Так же известны как "чиллер - котел". Могут охлаждать воду в целях применения в системах
кондиционирования, либо нагревать в целях отопления. В режиме отопления такие насосы наиболее
эффективны, когда они производят воду с температурой до 40-50 °С. Поэтому они могут применятся в
воздушных системах отопления, либо в системах теплых полов.
Тепловые насосы- это единственные установки, которые производят в 3 - 7 раз больше тепловой энергии,
чем потребляют электрической энергии на привод компрессора, и поэтому являются наиболее
эффективными источниками высокопотенциального тепла. Преимущества использования отопительных
систем на базе тепловых насосов:
- Высокая эффективность преобразования электроэнергии по сравнению с электронагревательными
приборами.
- Экологически чистая технология.
- Отсутствие выбросов в атмосферу вредных веществ и углекислоты.
- Используется озонобезопасный вид фреона.
- Надежная автоматическая работа установки, не требующая постоянного присутствия человека.
- Минимальные эксплуатационные расходы по сравнению с другими отопительными системами.
- срок службы без капитального ремонта (10-20 лет: 45 тыс. часов для ТН с поршневым компрессором; 60
тыс. часов для ТН с винтовым компрессором).
- Малые габариты и вес.
В качестве источника низкопотенциальной теплоты могут использоваться грунт, вода, окружающий воздух.
Тепловые насосы используются для:
- автономного обогрева и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений;
- теплоснабжения и горячего водоснабжения индивидуального жилья;
- охлаждения и поддержания постоянной температуры воды технологических циклов, что позволяет
контролировать и регулировать температурные режимы теплоносителей.
Основным достоинством теплового насоса является его эффективность по сравнению со всеми видами
котельных.
Внедрение тепловых насосов позволит экономить до 268 кг угля, 84 кг мазута, 58 м3 газа на каждую
произведенную Гкал тепла. При выходной мощности по теплу от 3 до 10 000 кВт среднечасовое
потребление электроэнергии - 0,86 - 2 500 кВт/ч.
Старший брат теплового насоса - холодильник - сегодня работает в каждой квартире. В испарителе
холодильник снимает тепло с продуктов питания, охлаждая их, и выбрасывает это тепло в атмосферу через
радиатор на задней стенке. Передача тепла производится рабочим телом (хладагентом). Электроэнергия,
потребляемая холодильником, расходуется лишь на перемещение хладагента по системе с помощью
компрессора.
Аналогично, в испарителе теплового насоса вместо продуктов охлаждается вода источника, а отобранная
тепловая энергия не выбрасывается непосредственно в атмосферу, а греет в конденсаторе воду из системы
отопления
и
горячего
водоснабжения.
Источником для работы теплового насоса может любая проточная вода с температурой от 5 до 40°С.
Чаще всего в качестве источника тепла используют артезианские скважины, нагретые промышленные
сбросы, градирни, незамерзающие водоемы. В тепловом насосе имеется три основных агрегата (испаритель,
конденсатор, компрессор) и три контура (хладоновый, водяной источника и водяной отопления).
Испаритель - теплообменник, где в трубках движется вода источника, а между трубок - хладагент
(хладон). Пусть через испаритель проходит 10-градусная вода (например, из скважины). Путем регулировки
дросселем настраивается такое давление хладона в испарителе, чтобы температура его кипения составила 23°С
(все
хладоны
имеют
крутую
зависимость
температуры
кипения
от
давления).
Теперь при тепловом контакте с "горячими" трубками часть хладагента вскипает, "отбирая" при этом
энергию у воды. Охлажденная вода, прошедшая через испаритель, сбрасывается в другую (приемную)
скважину. Испаренный хладон, в свою очередь, всасывается в компрессор, сжимается им, и, нагретый,
выталкивается
в
конденсатор.
Конденсатор по устройству - такой же теплообменный аппарат,как и испаритель. Попадая в межтрубное
пространство с температурой 70-80°С и вступая в теплообмен с обратной водой из системы отопления (5055°С), хладон конденсируется на "холодных" трубках, передавая свою энергию воде. Вода в трубках
нагревается, а хладагент, уже жидкий, стекает на дно конденсатора, откуда, за счет перепада давлений, через
дроссель возвращается в испаритель. Так упрощенно выглядит рабочий цикл теплового насоса.
72 Выбор способов присоединения систем отопления к тепловым сетям при сложном рельефе
местности
Наименьшие требования к расположению пьезометрических линий как при статическом, так и при
гидродинамическом режимах предъявляет независимая схема присоединения систем отопления, так как присоединение через теплообменники разобщает гидравлические режимы тепловой сети и местных систем.
Единственное требование в этом отношении состоит в том, чтобы давление в обратной линии при
гидродинамическом режиме и давление в теплопроводах при статическом режиме не превышали
допустимого из условий механической прочности водоводяных подогревателей. Для систем, к которым
присоединяется большое число абонентов с различными характеристиками оборудования, с различными
требованиями к режимам регулирования теплоснабжения, при сложном рельефе местности независимое
присоединение предпочтительнее других способов. При независимом присоединении всех абонентов
существенно снижаются требования к гидравлическому режиму системы, тем самым упрощается ее
эксплуатация и повышается ее маневренность, что особенно важно при нерасчетных и аварийных
гидравлических режимах. Независимое присоединение повышает надежность системы теплоснабжения. В
то же время капитальные вложения в абонентские установки получаются больше, чем при зависимом
присоединении. Увеличиваются и энергозатраты на циркуляцию теплоносителя в местных системах.
Учитывая отмеченные обстоятельства, зависимые способы присоединения применяют более широко.
Зависимое присоединение предъявляет жесткие требования к гидравлическому режиму тепловой сети,
особенно жесткие требования предъявляют схемы присоединения с элеваторами. Если пьезометрические
графики удовлетворяют их требованиям, можно осуществлять присоединения со смесительными насосами и
независимые присоединения. (рассмотрены способы присоединения только систем отопления зданий, так
как присоединение систем горячего водоснабжения и к закрытым и к открытым системам теплоснабжения
можно осуществить при любых способах присоединения систем отопления).
На рис. 8.5,а приведен пьезометрический график тепловой сети при сложном рельефе местности и
большой высоте присоединяемых зданий. На графике показан рельеф местности по трассе магистрали и
ответвлений, нанесены высоты зданий, показаны пьезометрические линии при гидродинамическом и
статическом режимах. На рис. 8.5, б дана принципиальная схема системы теплоснабжения.
Располагаемый напор в коллекторах источника тепла ∆Н=130—30=100 м, располагаемый напор в
конце магистрали ∆Н =8 м, потери напора в подающей и обратной линиях ∆Н= 46+46=92 м. Полный
статический напор в системе выбран на уровне 70 м (линия S—S на рис. 8.5). Пьезометрические статические
напоры в разных зонах теплоснабжаемого района будут различными. Так, для здания I, расположенного на
отметке 0,0 м, пьезометрический статический напор равен 70 м. Для зданий II, III, IV пьезометрический
статический напор равен 60 м, а для зданий V, VI — 40 м.
Зависимое присоединение зданий через элеваторы допустимо при гидравлическом режиме тепловой
сети, характеризующемся выполнением следующих требований:
1) статическое давление в тепловой сети должно быть меньше допустимого из условия прочности
нагревательных приборов местных систем отопления. Для чугунных радиаторов допустимый напор Ндоп=60
м, для нагревательных бетонных панелей со змеевиками из труб Ндоп =-80 м, для конвекторов Ндоп = 90 м. Из
условия заполнения системы отопления здания водой избыточный пьезометрический напор в верхней точке
отопительной системы должен быть не менее 5 м. Следовательно, статический напор должен быть не менее
чем на 5 м выше здания. Таким образом, на пьезометрический статический напор НСТ накладываются
следующие ограничения:
НЗД + 5 ≤ НСТ ≤ НДОП
2) давление в обратной линии при гидродинамическом режиме, определяющее избыточное давление в
системах отопления зданий, не должно превышать допустимое из условия прочности отопительных систем
и должно создавать избыточное давление в верхних точках системы не менее 0,05 МПа. Эти ограничения
аналогичны ограничениям для статического давления. Их отражает такое же неравенство:
НЗД + 5 ≤ НО ≤ НДОП
где Но — напор в обратной линии при гидродинамическом режиме;
Рис. 8. 5 Пьезометрический график (а) и принципиальная схема двухтрубной тепловой сети (б)
при сложном рельефе местности и большой высоте присоединяемых зданий
П, О — пьезометрические линии подающего и обратного теплопроводов; S — S ~ линия
полного статического напора в тепловой сети Н.
НI, НII, НIII, НIV, НV, НVI,—высота зданий абонентов, м; ∆Н — располагаемый напор, м; НН —
напор, создаваемый насосом, м; ∆НРДДС - потери напора в РДДС, I-VI — абоненты.
3) для нормальной работы элеватора, обеспечивающего требуемый коэффициент подмешивания,
располагаемый напор в тепловой сети перед зданием ∆Н должен быть не менее 10—15 м.
При выполнении всех изложенных требований возможно зависимое присоединение системы отопления
зданий через элеватор.
Из шести зданий, показанных на рис. 8.5, изложенным требованиям удовлетворяет только здание III.
Для этого здания НСТ =60 м и НО=53 м, т. е. не больше НДОП =60 м для чугунных радиаторов, которыми
оборудованы системы отопления зданий. Высота здания НIII=40 м, следовательно, НСТ > НЗД +5=45 м и НО
>45 м. Располагаемый напор в месте присоединения здания ∆Н=97—63=34 м, т. е. достаточен для работы
элеватора.
На рис. 8.6, а показана схема присоединения системы отопления здания к тепловой сети через элеватор и
построен график напоров. К соплу подходит высокотемпературная вода с пьезометрическим напором НП=
87 м. При истечении воды из сопла элеватора теряется напор ∆Нэл, превращаясь в кинетическую энергию
струи воды. В обратном трубопроводе на вводе в систему отопления здания напор Но =53 м. Потери напора
на циркуляцию в системе отопления равны ∆Нсист.
Если условия присоединения соответствуют всем перечисленным выше требованиям, за исключением
того, что располагаемый напор у здания не обеспечивает работу элеватора (∆Н<10 м), тогда можно осуществить зависимое присоединение с подмешивающим насосом на перемычке. Напор, развиваемый
насосом, должен быть равен потерям напора на циркуляцию воды в местной системе ∆Нсист.
Здание VI (см. рис. 8.5) высотой НVI =35 м имеет следующие условия присоединения: НСТ=40 м, т. е. на 5 м
больше высоты здания; Hо=46 м. Следовательно, как пьезометрический статический напор, так и напор в
обратной линии меньше напора, соответствующего прочности чугунных радиаторов (НДОП =60 м).
Располагаемый напор в месте присоединения ∆Н =8 м. Ввиду малого располагаемого напора здание присоединяем с установкой смесительного насоса на перемычке. Подмешивающий насос развивает напор Нн,
соответствующий гидравлическому сопротивлению системы отопления, т. е. Нн =∆Нсист. Оставшийся избыточный напор на вводе Нд срабатывается на дроссельной диафрагме или на клапане регулятора.
При статическом режиме тепловой сети возможно непосредственное присоединение здания II (см. рис. 8.5),
так как НСТ =60 м, а НII=50 м. Располагаемый напор достаточен для работы элеватора: ∆Н = 113—47=66 м.
Только пьезометрический напор в обратной линии сети ниже требуемого из условия заполнения системы
водой: Hо =37 м<НII +5=50+5=55 м. Учитывая большой располагаемый напор в тепловой сети в месте
присоединения здания, можно на обратной линии в узле присоединения установить регулятор давления «до
себя» РДДС (регулятор подпора). На регуляторе будет срабатываться напор и тем самым повышаться
давление в обратной линии системы отопления перед РДДС. Величина срабатываемого напора должна быть
не меньше разности высоты здания плюс 5 м и пьезометрического напора в обратной линии, т. е. ∆Нрддс≥ НII
+5— Hо =55—37== 18 м. Оставшийся располагаемый напор в 66—18=48 м достаточен для работы
элеватора.
Для здания IV высотой НIV=40 м при статическом режиме возможно зависимое присоединение к
тепловой сети (НСТ =60 м). Однако пьезометрический напор в обратной линии составляет Hо=66 м. т. е.
больше допустимого в 60 м. В принципе для таких условий возможно зависимое присоединение, если ли
снизить напор в обратной линии путем установки насоса в узле присоединения здания. Насос должен
создавать напор не менее разности пьезометрического напора в обратной линии и статического напора Нн =
Hо— НСТ =66—60=6 м. В результате работы насоса увеличивая располагаемый напор в узле присоединения
до ∆Н =8+6=14 м, что позволит осуществить присоединение через элеватор. Такое присоединение имеет
один весьма существенный недостаток. При остановке насоса на вводе здание попадает под
пьезометрический гидродинамический напор в обратной линии Hо =66 м, превышающий допустимый НДОП
=60 м. Это может привести к разрыву чугунных радиаторов в первом этаже. Учитывая изложенное такое
присоединение осуществлять нельзя. Здание IV следует присоединить по независимой схеме через
водоводяной подогреватель с циркуляционным насосом в местной системе отопления.
Для здания I высотой HI=50 м (см. рис 8.5) статический напор Hст=70 м, т. е. превышает допустимый. Это
здание присоединяем по независимой схеме.
Полный статический напор, создаваемый системой отопления здания V высотой HV=50 м, равен 80 м, т. е.
превышает уровень в 70 м, установленный для всего теплоснабжаемого района. В связи с этим его
присоединяем также по независимой схеме через водоводяной подогреватель.
73. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ в системах ТГСиВ
Солнечная радиация может использоваться для теплоснабжения объектов. Это так называемые
гелиотопливные системы теплоснабжения. Экономическую целесообразность применения солнечных
установок определяют многочисленные факторы. Это – климатические характеристики данного района,
теплотехническая эффективность коллекторов солнечной энергии, наличие передовой технологии
производства основного и вспомогательного гелиотехнического оборудования, стоимость гелиосистемы и ее
оборудования, а также стоимость топлива. Обычно гелиотопливная система теплоснабжения включает
коллектор солнечной энергии, состоящий из ряда модулей, соединенных между собой по параллельнопоследовательной схеме, аккумулятор теплоты, насос или вентилятор для подачи теплоносителя, топливный
дублер, систему распределительных трубопроводов и комплекс устройств для управления системой. При
проектировании систем теплоснабжения с использованием солнечной энергии следует исходить из того, что
за счет солнечной энергии экономически целесообразно покрывать только определенную долю годовой
тепловой нагрузки, как правило, не более 50 %, а остальную нагрузку должен покрывать дополнительный
источник энергии - котельная или теплосеть. В районах с годовым поступлением 1000-1050 кВтч/(м2год)
солнечной энергией можно получить в гелиосистемах ГВС до 350, 425, 550 кВтч/(м2год) полезной теплоты.
В летний период КПД котлов невысок, поэтому их целесообразно отключать, а ГВС жилых домов
обеспечивать за счет солнечной энергии. При этом каждый 1 кВтч солнечной энергии экономит до 3-5 кВтч
теплоты котлов. В отопительный период гелиоустановку следует использовать для предварительного
подогрева воды перед котлами.
Также солнечные нагревательные системы используются на обогрев помещений при помощи систем
подогрева пола.
В городе Хельсинки используются новые солнечные комбинированные системы, интеграция коллектора с
крышей, системы пассивного использования солнечной энергии, параллельное использование систем
солнечного обогрева и систем централизованного теплоснабжения, в солнечных коллекторах используются
модули большой площади (с размером блока коллектора 10 м2). Солнечные коллекторы встроены в
конструкцию крыши жилого дома. Эти коллекторы установлены под углом 47-60. Такие углы оптимальны,
т. к. они соответствуют наклону солнца осенью, зимой и весной, когда имеется наибольшая потребность в
энергии. Вентиляция помещений при помощи предварительного подогрева наружного воздуха, подаваемого
через окна специальной конструкции или остекленные балконы. Наружный воздух протекает между
оконными стеклами и таким образом подогревается.
74. Использование естественных источников холода в системах вентиляции и КВ
Подземные вентиляционные каналы, служащие для снижения температуры приточного воздуха в теплый
период года, проектируют с устройством в них неподвижных насадок из твердых тел обтекаемой формы.
Насадки интенсифицируют теплообмен и увеличивают холодоаккумулирующую способность. Приточный
воздух должен проходить по каналу и насадке круглосуточно, охлаждая стенки канала и элементы насадки
ночью и охлаждаясь сам днем. Благодаря теплоустойчивости грунта и элементов насадки сохраняется
относительное постоянство температуры стенок канала и элементов насадки в условиях суточных колебаний
температуры воздуха, проходящего по каналу. Если в соответствии со своим функциональным назначением
здание эксплуатируется только часть суток, в нерабочее время суток после подземного вентиляционного
канала и насадки выбрасывается через воздуховыбросную шахту в атмосферу. В холодный период года
наружный воздух может поступать в систему вентиляции через дополнительное обводное воздухозаборное
устройство. Фильтры для очистки приточного воздуха устанавливаются перед насадками. Днище насадки
устраивают с уклоном к приямку, предназначенному для стока воды после промывки ею элементов насадки
от пыли.
В южных районах летом крупным потребителем энергии являются системы В и КВ. Экономию
дорогостоящего искусственного холода в этих системах можно достичь использованием холода зимнего
периода, ночного прохладного воздуха и ночную электроэнергию, стоимость которой значительно ниже.
Реализация этих возможностей осуществляется с помощью тепловых аккумуляторов, в основном
аккумуляторов явной теплоты и теплоты фазового перехода. Первые из них – это известные галечные и
водяные аккумуляторы, преимущество которых – простота в конструкции. Однако такие устройства для
крупных систем имеют большие габариты. В настоящее время все большее внимание уделяется более
эффективным аккумуляторам теплоты фазового перехода (АФП), использующим скрытую теплоту
плавления и кристаллизации своего рабочего вещества. Эти аппараты обладают большой энергоемкостью
процесса нагрева и охлаждения теплоносителя. Наиболее распространенная конструкция АФП представляет
собой емкость с герметичными контейнерами различной формы, заполненными аккумулирующим
веществом, между которыми пропускается теплоноситель. В режиме зарядки теплоноситель, например,
холодный воздух, контактирует с веществом, которое охлаждается и твердеет, а в режиме разрядки горячий
воздух охлаждается за счет поглощения его теплоты веществом при плавлении.
Для эффективного использования природных (естественных) источников холода — артезианской воды,
водопроводной воды, испарительного охлаждения воздуха за счет разности tН – tНМ, льда, почвы и др. нужно
учитывать
такие
соображения:
❏ совпадение или несовпадение во времени источника и режима его использования (периода года, месяца,
времени
суток
и
т.п.);
❏ достаточность потока холода, массы и температурного уровня для использования в СКВ при
охлаждении–осушении
воздуха;
❏ выполнение термодинамических условий, например условия поддержания в помещении t В ≤ tВдоп, а
также υВ ≤ υВдоп при использовании данного способа охлаждения–осушения. Предельным при допустимых
сочетаниях параметров воздуха (tВ = 28°C; υВ = 65%) можно считать значение iНМ = 60 кДж/кг (иначе tНМ =
21°C) для использования испарительного охлаждения наружного воздуха.
75. Теплосчетчики
Прибор, измеряющий расход теплоты в единицу времени наз. тепломером.
Прибор, измеряющий расход и количество теплоты в единицу времени наз. тепломером + теплосчетчик или
теплосчетчиком.
Расход теплоты, отпускаемый потребителю, определяется по формуле
Q = cG()(t1() – t2()),
Где t1, t2 – температура теплоносителя подающей и обратной магистралей.
Данная формула применяется для закрытых систем теплоснабжения. Расход в подающем теплопроводе
равен расходу в обратном трубопроводе.
Тепломер должен содержать приборы: расходомер и датчики температуры теплоносителя в подающей и
обратной магистралях и блок перемножения. Теплосчетчик должен содержать интегратор.
2
Q1,2 =
 Q( )d ( )
1
подающая
магистраль
Q1,2
T1
Блок
интегратор
перемножения
Х
S
-
T2
Обратная магистраль
На теплосчетчики возлагаются не только функции расчета полученного тепла и теплоносителя, но и
регистратора режима теплопотребления. Последнее обеспечивается хранением в памяти среднечасовых
значений расходов тепла, теплоносителя и температур прямой и обратной воды. Фиксация часовых значений
перечисленных величин обеспечивает как абонентам, так и теплоснабжающей организации возможность
контролировать параметры теплоносителя и их соответствие договорным значениям.
Теплосчетчик работает с заданными метрологическими характеристиками в фиксированной области
изменений расхода теплоносителя Gmax, Gmin, разности температур tmax, tmin, температур прямой и
обратной воды, а иногда и давлений. В соответствии с технической документацией для большинства
теплосчетчиков Gmax/Gmin =25-50, tmax=145-150°С, tmin=3-5°С.