4. Рассмотрение практических задач. Гидравлический расчет трубопроводов СГВ презентация

Содержание семинара Введение. Классификация систем горячего водоснабжения (СГВ). Основные требования к качеству горячей воды. Температура горячей воды. Источники теплоты для горячего водоснабжения Оборудование для нагрева воды в больших системах горячего водоснабжения (СГВ). Схемы СГВ от наружных тепловых сетей. Объем бака-аккумулятора. Гидравлический расчет трубопроводов СГВ зданий.

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

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

Основные требования к качеству горячей воды Горячая вода, подаваемая потребителям, должна соответствовать ГОСТ Р 51232-98. Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества (взамен ГОСТ 2874-82). Температура воды после подогревателей обусловливается санитарно-гигиеническими требованиями. За нижний предел принимается так называемая «температура пастеризации», равная 600C, при которой погибает большинство болезнетворных бактерий; верхний предел ограничивается 75°С во избежание получения ожогов потребителями. Однако СНиП 11-34-76 регламентируют температуру воды не после подогревателя, а в точках водоразбора: не ниже 500C — для систем централизованного горячего водоснабжения, присоединяемых к закрытым системам теплоснабжения; не ниже 600C — для систем централизованного горячего водоснабжения, присоединяемых к отрытым системам, теплоснабжения, а также для систем местного (децентрализованного) горячего водоснабжения; не выше 75°С — для всех вышерассмотренных случаев. Обычно температура горячей воды; подводимой к смесителям умывальников и душей не выше 37°С. Она может быть и выше. Когда потребителям нужна горячая вода более высокой температуры, например на предприятиях общепита, где для мытья жирной посуды нужна вода с температурой 75—800C, централизованное горячее водоснабжение должно дополняться местным догревом воды. По способу подачи тепла на ГВС различают открытые и закрытые системы. В открытых системах на ГВС подается вода из тепловой сети, в закрытых - сетевая вода используется для подогрева вторичной воды ГВС .

Температура горячей воды Благоустройство и комфортабельность зданий во многом определяется системами холодного и горячего водоснабжения, без которых невозможна нормальная жизнь и производственная деятельность людей. Работа систем горячего водоснабжения связана с потреблением больших расходов воды, теплоты и электроэнергии. Поэтому обеспечение их рациональной и экономичной работы является актуальной задачей. Температуру бытовой воды, 0C, по выходе ее из подогревательных установок в первом приближении следует принимать равной (1) В закрытых системах это составит tг.закр = 50 + 10 = 60оC, при открытых системах —tг.откр = 60 + 5= 65°С. Средняя расчетная температура горячей воды в системе –55°С. Необходимость предварительной обработки нагреваемой водопроводной воды во избежание образования в подогревателях и местных СГВ коррозии и накипи возникает только при закрытых системах теплоснабжения, так как при открытых системах в местные системы поступает вода из тепловых сетей, уже прошедшая необходимую обработку у источника тепла. При подогреве воды в поверхностных теплообменниках СНиП П-36-73 предусматривают удовлетворение для нагреваемой водой (до tr=75°C) следующих требований: Содержание растворенного кислорода < 0,1 мг/л ; Содержание взвешенных веществ < 5 мг/л ; Карбонатная жесткость < 1,5 мг-экв/л ; рН > 6,5. Необходимость в обработке водопроводной воды и вид обработки (противокоррозионная, противонакипная) следует определять в зависимости от конкретных показателей ее качества на основе указаний, изложенных в прил. 2 СНиП П-34-76.

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

Схемы горячего водоснабжения

Разводки СГВ и тепловые пункты По расположению подающей (разводящей) магистрали внутри дома различают системы с верхней (см. рис. 1) и нижней (рис.2) разводкой. Верхнюю разводку наиболее часто применяют при установке открытых (верхних) баков-аккумуляторов и при наличии в здании верхнего технического этажа или чердака. В зданиях высотой более 50 м (свыше 16 этажей) систему горячего водоснабжения делят по вертикали на зоны с самостоятельными разводками и отдельными стояками. Выносные подогревательные установки, размещают в специальных строениях и они обслуживают несколько зданий. Такие групповые подогревательные установки получили название центральных тепловых пунктов — ЦТП, а подогревательные установки, размещаемые в подвалах зданий (там, где это возможно) и обслуживающие только одно здание, называют индивидуальными тепловыми пунктами — ИТП. В тепловых пунктах используют баки-аккумуляторы горячей воды. Они позволяют уменьшить расчетный расход тепла в СГВ. Объемы аккумуляторов определяют на основе суточных графиков потребления тепла.

Объем бака-аккумулятора Объем бака-аккумулятора может быть определен на основе суточного интегрального графика расхода тепла (семинар №3). Обычно задаются равномерной подачей тепла абоненту в течение суток (линия 1 на Рис. 3). Отрезки ординат между линией подачи-1 и линией потребления -2 выражают в соответствующем масштабе тепло, запасенное в аккумуляторе. Наибольший из этих отрезков определяет максимальное количество тепла, которое должно быть запасено в аккумуляторе Qa. Тогда объем аккумулятора (1) где: tmax и tmin - максимальная и минимальная температуры воды, выходящей из аккумулятора. Если температура воды в аккумуляторе менее tmin ,то бесполезное, балластное количество тепла в аккумуляторе составит: (2) где: tx — температура водопроводной воды, оC; с — удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг∙°С).

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

Расположение приборов горячей воды

Схема теплового пункта ГВС с двухступенчатым подогревателем

Аксонометрическая схема трубопроводов СГВ Условные обозначения:

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

Расчет расхода горячей воды Максимальный секундный расход воды на расчетном участке сети g, л/с, при гидравлическом расчете теплопроводов системы горячего водоснабжения определяют по формуле g = 5go∙, (3) где gо, л/с - секундный расход горячей воды водоразборным прибором; следует определять отдельным прибором — в соответствии с Табл. 1. Таблица 1. Нормы расхода горячей воды водоразборными приборами жилых домов, диаметр подводок трубопроводов к приборам и коэффициенты использования Примечание. Характерным расходом воды следует считать наибольший ее расход по данным водоразборного прибора. Для жилых домов, в которых имеются ванны, этот расход принимается по смесителю ванны, gо = 0,2 л/с.  - коэффициент, определяемый по [1, прил.4] в зависимости от общего количества приборов N на расчетном участке сети и вероятности их действия Р.

Расчет расхода горячей воды

Нормы расхода горячей воды Таблица 2. Нормы расхода горячей воды одним потребителем жилого дома

Значения коэффициента α

Значения коэффициента α (продолжение)

Пример расчета расхода горячей воды Примеры расчетов выполнены в компьютерной среде MathCAD.

Таблица 3. Расчет секундных расходов по участкам системы ГВС (Рис.5)

Гидравлический расчет ГВС

Таблица 4. Для гидравлического расчета стальных водогазопроводных труб

Потери давления в системе ГВС

Коэффициенты местных сопротивлений фитингов

Коэффициенты местных сопротивлений арматуры

Расчет потерь давления СГВ в MathCAD

Таблица потерь давления в системе ГВ

ЛИТЕРАТУРА Основная литература: 1. Свод правил СП 30.13330.2012. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85*. Внутренний водопровод и канализация зданий" Дата введения 1 января 2013 г. (http://www.center-pss.ru/stn/sp30-13330-2012.pdf) 2. Теплоснабжение: Учебник для вузов/ Под ред. проф. А. А. Ионина/. — M.: Стройиздат, 1982.—336 с. 3. Тихомиров, К.В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция: учеб. для вузов/ К.В. Тихомиров, Э.С. Сергеенко.– М.: Стройиздат, 2007.– 480 с. 4. Кононова, М.С., Воробьева Ю.А. Теплогазоснабжение с основами теплотехники. Воронеж 2014, - 60 с. 5. СНиП 31-01-2003. Здания жилые многоквартирные. – Введен 2003-06-23. – М.: ГП ЦПП, 2003. – 20 с. 6. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. – Введ. 1999-06-11. –М.: ГУП ЦПП, 2000. – 71 с. 6. Теплогазоснабжение многоквартирного жилого дома. Учебно-методическое пособие/Д.М. Чудинов и др./ Изд.Воронежского ГАСУ, 2014,89 с.

ЛИТЕРАТУРА Дополнительная литература: 1. Бирюзова Е.А. Теплоснабжение. Часть 1. Горячее водоснабжение [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Бирюзова Е.А.— Электрон. текстовые данные.— СПб.: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, ЭБС АСВ, 2012.— 192 c 2. Подпоринов Б.Ф. Теплоснабжение [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Подпоринов Б.Ф.— Электрон. текстовые данные.— Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, ЭБС АСВ, 2011.— 267 c. 3. Новопашина Н.А. Газопотребление и газораспределение. Часть 2. Надежность систем газоснабжения [Электронный ресурс]: учебное пособие для вузов/ Новопашина Н.А., Филатова Е.Б.— Электрон. текстовые данные.— Самара: Самарский государственный архитектурно-строительный университет, ЭБС АСВ, 2011.— 152 c. 4. Шарапов В.И. Регулирование нагрузки систем теплоснабжения [Электронный ресурс]: монография/ Шарапов В.И., Ротов П.В.— Электрон. текстовые данные.— М.: Новости теплоснабжения, 2007.— 165 c. 5. Ефремов Г.И. Моделирование химико-технологических процессов. Учебник, М., ИНФРА-М, 2016.—255 c.