EQUALIZATION OF HEAT-TRANSFER AGENT TEMPERATURE EXPANSION IN HEATING SYSTEM WITH THE USE OF REGULATING AND SAFETY VALVES

Full Text

При отсутствии в замкнутой (при независимом присоединении к тепловым сетям) системе отопления емкости, куда могут поступать излишки теплоносителя, даже незначительное повышение температуры приведет к возрастанию давления, величина которого может превысить предельное допустимое значение для элементов гидравлической системы [1-3]. Существуют различные схемы подпитки и компенсации температурных расширений теплоносителя в системах теплопотребления с независимым присоединением к тепловым сетям СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов». В настоящее время для этих целей в основном применяются аккумулирующие емкости (расширительные баки) различных типов. Устанавливаются они на источнике тепла при зависимом подключении системы отопления, при независимом подключении - непосредственно у потребителя тепла. Баки бывают двух типов: открытые; закрытые, нагружаемые противодавлением газовой среды (мембранные). Баки открытого типа, как правило, устанавливаются на чердачных перекрытиях. Это традиционное давно применяемое оборудование и в настоящее время используется редко. Такие устройства устанавливают в системах с естественной циркуляцией теплоносителя. Недостатком расширительной емкости открытого типа является насыщение теплоносителя кислородом, что приводит к образованию внутренней коррозии в системе отопления. Также возможен перелив и протечка теплоносителя, возникает угроза замерзания. При отсутствии герметичности в открытом баке происходит более интенсивное испарение воды, что требует постоянного контроля и ее дополнительного подлива. Баки закрытого типа (мембранные) устанавливаются в помещении теплового пункта (рис. 1). Они изготавливаются в виде стального герметичного резервуара, в котором предусмотрено два отсека. Одна половина служит для заполнения теплоносителем, а во второй находится воздух или азот. Отсеки разделены гибкой мембраной, которая способна сжиматься и растягиваться, изменяя тем самым соотношение между объемами первого и второго отсеков. Отсек с воздухом имеет вентиль DOI: 10.17673/Vestnik.2016.04.6 37 Градостроительство и архитектура | 2016 | № 4 (25) Г.И. Титов, Ю.Э. Демина, Д.В. Зеленцов с ниппелем, через который осуществляется регулирование давления воздуха, тем самым обеспечивается работа мембранного бака. Именно от давления воздуха будет зависеть, какой объем воды и под каким давлением сможет поступать в водяной отсек. Когда давление воды в системе возрастает, водяной отсек бака расширяется и заполняется большим объемом воды, а отсек с воздухом сжимается. При уменьшении объема давление воздуха возрастает до тех пор, пока не уравновесит давление воды. Когда давление в системе падает (и становится меньше, чем давление воздуха), под действием давления воздуха мембрана сокращается, отсек с водой уменьшается, выталкивая воду обратно в систему, восполняя потери давления. Это будет происходить до тех пор, пока давление воды и давление воздуха не уравновесят друг друга. Расширительный бак покрывают краской порошкового типа, чтобы при высокой температуре теплоносителя избежать механических повреждений стенок сосуда. Одной стороной емкость крепится к системе отопления при помощи штуцера или фланца, а другая сторона служит для закачки воздуха. Давление в расширительном баке отопления позволяет автоматически регулировать подачу теплоносителя в систему или обратно в сосуд. Такие баки обладают рядом преимуществ: низкие эксплуатационные расходы, легкий монтаж, высокая безопасность и надежность, невозможность выливания воды из бака, отсутствие потерь тепла, удобство в использовании, отсутствие контакта воды и воздуха, не загрязняют воду. Для того чтобы вычислить объем расширительного мембранного бака, нужно определиться с суммарным объемом отопительной системы, который складывается из нескольких объемов: трубопровода, отопительных приборов, котла (если система теплоснабжения местная). Самый простой способ определения нужного объема бака заключается в том, чтобы вычислить 10 % от суммарного объема системы отопления. Например, если он составляет 400 л, то понадобится бак вместимостью 40 л. Однако при значительном объеме систем отопления необходимо устанавливать баки большего объема, что вызывает трудности при их размещении. Установка нескольких баков повышает стоимость оборудования, а также требует дополнительных помещений, что при современной стоимости строительства 1 м2 увеличивает нагрузку на эффективное использование площади застройки и, как следствие, увеличивает стоимость строительства. Недостатком является и то, что мембрана имеет ограниченный срок службы. Помимо установки расширительных баков существуют и другие способы компенсации температурных расширений. Например, схема подпитки системы теплопотребления с устройством линии перепуска для компенсации теплового расширения без использования расширительного бака [4] (рис. 2). Но если рабочее давление в обратном трубопроводе теплосети превышает статическое давление в системе, применение схемы подпитки с линией перепуска вызывает трудности, так как требуется разгрузочный насос с большим напором, что увеличивает стоимость строительства. В рамках проводимой политики энергосбережения, масштабной политики проведения капитального ремонта жилого фонда [5] возникает необходимость применения энергоэффективных и экономичных решений [6, 7]. Рис. 1. Схема с независимым присоединением системы отопления к тепловой сети с закрытым расширительным баком мембранного типа: 1 - водоподогреватель горячего водоснабжения; 2 - повысительно-циркуляционный насос горячего водоснабжения; 3 - регулирующий клапан с электроприводом для системы горячего водоснабжения; 4 - регулирующий клапан с электроприводом для системы отопления; 5 - обратный клапан; 6 - задвижка; 7 - водоподогреватель горячего водоснабжения; 8 - циркуляционный насос системы отопления; 9 - регулятор подпитки; 10 - предохранительно-сбросной клапан; 11 - мембранный бак Градостроительство и архитектура | 2016 | № 4 (25) 38 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ При проектировании, строительстве и монтаже систем теплоснабжения и теплопотребления крупного ТЦ «Гудок» в Самаре применен следующий подход для компенсации температурного расширения теплоносителя (рис. 3). Рабочее давление в обратном трубопроводе теплосети объекта составляет 9 кгс/см2, статическое давление в системе теплопотребления - 4 кгс/см2. На подпиточной линии устанавливается регулирующий клапан, осуществляющий подпитку системы при понижении давления в обратном трубопроводе меньше 4 кгс/см2. При повышении давления в системе теплопотребления больше 9 кгс/см2 вступает в работу предохранительносбросной клапан (клапан перепуска) и излишки воды сбрасываются в приямок теплового пункта, остывочный колодец или ливневую канализацию. Подбор регулирующего клапана и клапана перепуска проводится по приведенной ниже методике. Определяется требуемый расход теплоносителя Gпер, м3/ч, через клапан перепуска , где dV - увеличение объема жидкости в системе, м3; τ - время нагрева, ч. Рис. 2. Схема с независимым присоединением системы отопления к тепловой сети с закрытым расширительным баком мембранного типа с устройством линии перепуска: 1 - водоподогреватель горячего водоснабжения; 2 - повысительно-циркуляционный насос горячего водоснабжения; 3 - регулирующий клапан с электроприводом для системы горячего водоснабжения; 4 - регулирующий клапан с электроприводом для системы отопления; 5 - обратный клапан; 6 - задвижка; 7 - водоподогреватель горячего водоснабжения; 8 - циркуляционный насос системы отопления; 9 - клапан перепуска; 10 - фильтр; 11 - насос; 12 - электрифицированная задвижка; 13 - демпфирующая емкость; 14 - предохранительный клапан Рис. 3. Схема с независимым присоединением системы отопления к тепловой сети с закрытым расширительным баком мембранного типа с установкой клапана перепуска: 1 - водоподогреватель горячего водоснабжения; 2 - повысительно-циркуляционный насос горячего водоснабжения; 3 - регулирующий клапан с электроприводом для системы горячего водоснабжения; 4 - регулирующий клапан с электроприводом для системы отопления; 5 - обратный клапан; 6 - задвижка; 7 - водоподогреватель горячего водоснабжения; 8 - циркуляционный насос системы отопления; 9 - подпиточный насос отопления; 10 - регулятор подпитки; 11 - клапан перепуска 39 Градостроительство и архитектура | 2016 | № 4 (25) Г.И. Титов, Ю.Э. Демина, Д.В. Зеленцов Увеличение объема жидкости в системе dV, м3, определяется по формуле , где β - коэффициент объемного расширения, 1/ °С; Vc - полная емкость системы отопления, м3; dT - разность температур при возможном полном нагреве теплоносителя, °С. Время нагрева τ, ч, рассчитывается по формуле ,ч, где С - теплоемкость, кДж/(кг·°С); ρ - плотность теплоносителя, кг/ м3; dt - разность температур по температурному графику в системе теплопотребления, °С; QT - расчетная тепловая нагрузка, МВт. Подбор регулирующего клапана (клапана подпитки) осуществляется по формуле , м3/ч. По полученным расходам теплоносителя и известным перепадам давления по данным производителей подбирается соответствующее оборудование. При этом отсутствует необходимость установки такого дорогостоящего и занимающего большие площади оборудования, как расширительные баки. Вывод. Предлагаемая схема компенсации температурного расширения теплоносителя в системе отопления с использованием регулирующего и сбросного клапанов применима для объектов со значительным объемом системы теплопотребления, в том числе в случае, если давление в системе теплопотребления меньше рабочего давления тепловой сети. Она позволяет проводить компенсацию теплового расширения с минимальными затратами на оборудование и монтаж.

About the authors

Gennady I. TITOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Yulia E. DEMINA

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Danila V. ZELENTSOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files