Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Обзор литературы
• 1.1 Обзор литературы по ключевым словам
• 1.1.1 Теплоснабжение
• 1.1.2 Горячее водоснабжение
• 1.1.3 Внутренние системы горячего водоснабжения
• 1.1.4 Выбор системы горячего водоснабжения
• 1.1.5 Установки для нагрева воды
• 1.2 Выводы и уточнения постановки задач
• 2. Описание аналогов способов и устройств
• 2.1 Аналоги диссертационных работ
• 2.1.1 Повышение эффективности циркуляционных систем горячего водоснабжения средствами регулируемого электропривода
• 2.1.2 Повышение эффективности и выбор рациональных параметров и режимов работы теплонасосных станций для горячего водоснабжения
• 2.1.3 Повышение эффективности использования теплоисточников в системе централизованного теплоснабжения
• 2.1.4 Моделирование и оптимизация элементов энергосберегающей системы теплоснабжения городского района
• 2.2 Достоинства централизованной системы горячего водоснабжения
• 2.3 Основные недостатки централизованной системы горячего водоснабжения
• 2.4 Преимущества индивидуальной системы горячего водоснабжения
• 2.5 Недостатки индивидуальной системы горячего водоснабжения
• 2.6 Обзор патентной литературы
• Выводы по главе 2
• 3. Технические предложения
• 3.1 Технические решения
• 3.1.1 Способ регулировки систем горячего водоснабжения
• Выводы по главе 3
• 4. Экономическое обоснование диссертационной работы
• 4.1 Расчёт годовой экономии
• 4.2 Пример технико-экономического обоснования по зданиям г. Вологды
• 5. Безопасность жизнедеятельности при работе в тепловом пункте
• 5.1 Общие положения
• 5.2 Общие требования безопасности
• 5.3 Требования безопасности перед началом работы
• 5.4 Требования безопасности во время работы
• 5.5 Требования безопасности в аварийных ситуациях
• 5.6 Требования безопасности по окончании работ
• 6. Экологический раздел диссертационной работы
• 6.1 Вредные вещества, выбрасываемые при работе котельных установок, их влияние человека
• Заключение
• Список использованных источников


Введение

Существует три вида теплоснабжения: отопление, вентиляция и горячее водоснабжение. Одним из важных является горячее водоснабжение. В настоящее время роль горячего водоснабжения возрастает, так как усиливается теплозащита зданий. В составе горячего водоснабжения находятся жилые здания и офисные. В данном типе зданий структура теплоснабжения на ГВС резко отличается от многоквартирных домов и вызвано это как графиком работы, так и праздничными и выходными днями, но, к сожалению, при проектировании этого не учитывается. Поэтому основной целью данной диссертационной работы является изучение горячего водоснабжения в зданиях, с учётом этих замечаний.

Одним из видов систем теплоснабжения является централизованное горячее водоснабжение, при котором теплоноситель от котельной подаётся потребителю и у потребителя в теплообменнике осуществляется подогрев холодной хозяйственно-питьевой воды по заданной температуре (как правило, 55 градусов). Такая схема централизованного горячего водоснабжения применяется на большинстве объектов теплоснабжения и имеет свои достоинства и недостатки. Одним из достоинств системы централизованного горячего водоснабжения является низкая удельная стоимость систем горячего водоснабжения.

Централизованное горячее водоснабжение обладает серьезными недостатками, а именно:

1. Из охлаждения горячей воды в трубах, потребителю подается недогретая вода, которая сливается в системе горячего водоснабжения.

2. Из-за недостатка циркуляции теплоносителя - большие тепловые потери в летний период, аналогичные тепловые потери существуют также в общественных и административных зданиях в нерабочие, праздничные и выходные дни.

Всё это приводит к тому, что в летний период тепловые потери в трубопроводах на централизованное горячее водоснабжение составляют более 100 процентов. Использование централизованного горячего водоснабжения крайне затратно и требует больших вложений.

Индивидуальное горячее водоснабжение, в котором холодная вода подогревается отдельным водонагревателем, который в свою очередь может быть электрическим либо газовым.

Наибольшее количество горячей воды потребляется многоквартирными домами, где холодная вода подогревается в теплообменнике и по линиям горячего водоснабжение подается потребителю. Аналогичная схема существует в общественных и многоквартирных зданиях.

Целью настоящей работы является анализ систем горячего водоснабжения применительно к зданиям. На основании этого анализа расширить технические решения по повышению эффективности систем ГВС.

К задачам диссертационной работы относятся: анализ систем централизованного горячего водоснабжения, выявление недостатков централизованного горячего водоснабжения, а также подбор вариантов замены централизованного горячего водоснабжения на индивидуальное.

В диссертационной работе выполнен обзор литературы по ключевым словам, подобраны аналоги диссертационных работ и произведено их описание, а так же выделены основные достоинства и недостатки. Представлены мои технические решения. В диссертационной работе выполнена разработка технических решений, позволяющая определять объекты с использованием централизованного горячего водоснабжения, в которых целесообразно установка индивидуальных водонагревателей с использованием электрической энергии. Это техническое решение позволяет оценить экономическую целесообразность перехода с централизованной системы горячего водоснабжения на индивидуальную.

Выполнено экономическое обоснование и посчитана годовая экономия, описаны общие положения и требования по безопасности жизнедеятельности при работе в тепловых пунктах, выполнен экологический раздел диссертационной работы и по всем разделам сделаны выводы.

Подготовлена презентация диссертационной работы, в которой отражены: тема, цели и общие результаты диссертационной работы.



1. Обзор литературы

1.1 Обзор литературы по ключевым словам

1.1.1 Теплоснабжение

Теплоснабжение - это снабжение систем отопления здания горячей водой либо паром. Привычным источником теплоснабжения являются ТЭЦ и котельные. Существует два вида теплоснабжения зданий: централизованное и местное. При централизованном - снабжаются отдельные районы (промышленные или жилые). Для эффективной работы централизованной сети теплоснабжения, её строят, разделяя на уровни, работа каждого элемента заключается в выполнении одной задачи. С каждым уровнем задача элемента уменьшается. Местное теплоснабжение - снабжение теплом одного или несколько домов. Централизованные сети теплоснабжения имеют ряд преимуществ: снижение расходов топлива и сокращение затрат, использование низкосортного топлива, улучшение санитарного состояния жилых районов. Система централизованного теплоснабжения включает в себя источник тепловой энергии (ТЭЦ), тепловой сети и теплопотребляющих установок. ТЭЦ комбинированно вырабатывает тепло и энергию. Источниками местного теплоснабжения являются печи, котлы, водонагреватели.

Системы теплоснабжения отличаются различными температурами и давлением воды. Это зависит от требований потребителей и экономических соображений. При увеличении расстояния, на которое необходимо «передать» тепло, увеличиваются экономические затраты. В настоящее время расстояние передачи тепла измеряется десятками километров. Системы теплоснабжения делятся по объёму тепловых нагрузок. Системы отопления относят к сезонным, а системы горячего водоснабжения - к постоянным.

Централизованное теплоснабжение состоит из трех взаимосвязанных и последовательно протекающих стадий: подготовки, транспортировки и использования теплоносителя. В соответствии с этими стадиями каждая система состоит из трех основных звеньев: источника теплоты(например, теплоэлектроцентрали или котельной), тепловых сетей(теплопроводов) и потребителей теплоты. [4]

В децентрализованных системах теплоснабжения каждый потребитель имеет собственный источник теплоты.

Теплоносителями в системах центрального отопления могут быть вода, пар и воздух; соответствующие системы называют системами водяного, парового или воздушного отопления. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки.

На системы воздушного отопления расходуется мало металла, и они могут одновременно с обогревом помещения выполнять его вентиляцию. Однако стоимость системы воздушного отопления жилых зданий выше, чем других систем.

Системы водяного отопления имеют большие стоимость и металлоемкость по сравнению с паровым отоплением, но они обладают высокими санитарно-гигиеническими качествами, обеспечивающими им широкое распространение. Их устраивают во всех жилых зданиях высотой более двух этажей, в общественных и большинстве производственных зданий. Централизованное регулирование теплоотдачи приборов в этой системе достигается путем изменения температуры поступающей в них воды.

Системы водяного отопления различают по способу перемещения воды и конструктивным решениям.

По способу перемещения воды различают системы с естественным и механическим (насосным) побуждением. Системы водяного отопления с естественным побуждением. Принципиальная схема такой системы состоит из котла (генератора тепла), подающего трубопровода , нагревательных приборов, обратного трубопровода и расширительного сосуда, Нагретая в котле вода поступает в нагревательные приборы, отдает в них часть своего тепла на компенсацию потерь тепла через наружные ограждения отапливаемого здания, затем возвращается в котел и далее циркуляция воды повторяется. Ее движение происходит под действием естественного побуждения, возникающего в системе при нагреве воды в котле.

Циркуляционное давление, создавшееся при работе системы, расходуется на преодоление сопротивления движению воды по трубам (от трения воды о стенки труб) и на местные сопротивления (в отводах, кранах, вентилях, нагревательных приборах, котлах, тройниках, крестовинах и т. д.).

Величина этих сопротивлений тем больше, чем выше скорость движения воды в трубах (если скорость увеличится в два раза, то сопротивление - в четыре раза, т. е. в квадратичной зависимости). В системах с естественным побуждением в зданиях небольшой этажности величина действующего давления невелика, и поэтому в них нельзя допускать больших скоростей движения воды в трубах; следовательно, диаметры труб должны быть большими. Система может оказаться экономически невыгодной. Поэтому применение систем с естественной циркуляцией допускается лишь для небольших зданий. Радиус действия таких систем не должен превышать 30 м, а величина должна быть не менее 3 м.

При нагревании воды в системе объем ее увеличивается. Для вмещения этого дополнительного объема воды в системах отопления предусматривается расширительный сосуд 3; в системах с верхней разводкой и естественным побуждением он одновременно служит для удаления из них воздуха, выделяющегося из воды при ее нагреве в котлах.[ 11]

Системы водяного отопления с насосным побуждением. Система отопления всегда заполнена водой и задачей насосов является создание давления, необходимого только для преодоления сопротивления движению воды. В таких системах одновременно действуют естественное и насосное побуждения; суммарное давление для двухтрубных систем с верхней разводкой, кгс/м2 (Па)

По экономическим соображениям обычно принимают в размере 5-10 кгс/м2 на 1 м (49-98 Па/м).

Достоинствами систем с насосным побуждением является снижение затрат на трубопроводы (их диаметр меньше, чем в системах с естественным побуждением) и возможность от одной котельной снабжать теплом ряд зданий.

Приборы описанной системы, расположенные на разных этажах здания, работают в разных условиях. Давление р2, обеспечивающее циркуляцию воды через прибор второго этажа, примерно в два раза больше, чем давление р1 для прибора нижнего этажа. В то же время суммарное сопротивление кольца трубопровода, проходящего через котел и прибор второго этажа, примерно равно сопротивлению кольца, проходящего через котел и прибор первого этажа. Поэтому первое кольцо будет работать с избыточным давлением, в прибор на втором этаже поступит больше воды, чем нужно по расчету, и соответственно уменьшится количество воды, проходящее через прибор на первом этаже.

В результате в отапливаемом данным прибором помещении второго этажа наступит перегрев, а в помещении первого этажа - недогрев. Для устранения этого явления применяют специальные методы расчета систем отопления, а также пользуются устанавливаемыми на горячей подводке к приборам кранами двойной регулировки. Если прикрыть эти краны у приборов на втором этаже, можно полностью погасить избыточное давление и тем самым отрегулировать расход воды по всем приборам, находящимся на одном стояке. Однако неравномерность распределения воды в системе, возможна и по отдельным стоякам. Объясняется это тем, что длина колец и, следовательно, суммарные их сопротивления в такой системе для всех стояков неодинаковы: наименьшее сопротивление имеет кольцо, проходящее через стояк (ближайший к главному стояку); наибольшее сопротивление имеет самое длинное кольцо, проходящее через стояк.

Распределить воду по отдельным стоякам, можно путем соответствующей регулировки установленных на каждом стояке пробочных (проходных) кранов. Для циркуляции воды устанавливают два насоса - один рабочий, второй - запасной. Вблизи насосов делают обычно закрытую, обводную линию с задвижкой. В случае прекращения подачи электроэнергии и остановки насоса задвижка открывается, и система отопления работает с естественной циркуляцией.

В системе с насосным побуждением расширительный бак присоединяется к системе перед насосами, и поэтому накапливающийся воздух через него не может удаляться. Для удаления воздуха в смонтированных ранее системах концы подающих стояков были продолжены воздушными трубами, на которых установлены вентили (для отключения стояка на ремонт). Воздушная магистраль в месте присоединения к воздухосборнику выполнена в виде петли, препятствующей циркуляции воды через воздушную магистраль. В настоящее время вместо такого решения применяют воздушные краны, ввинченные в верхние пробки радиаторов, установленных на верхнем этаже здания.

Системы отопления с нижней разводкой в эксплуатации более удобны, чем системы с верхней разводкой. Через подающую магистраль не теряется столько тепла и можно своевременно обнаружить и устранить утечку воды из нее. Чем выше помещен нагревательный прибор в системах с нижней разводкой, тем, следовательно, больше давление, имеющееся в кольце. Чем больше длина кольца, тем больше его суммарное сопротивление; поэтому в системе с нижней разводкой избыточные давления у приборов верхних этажей значительно меньше, чем в системах с верхней разводкой и, следовательно, регулировка их проще. В системах с нижней разводкой величина естественного побуждения снижается из-за того, что вследствие охлаждения в подающих стояках оды возникает тормозящее ее движение сверху вниз, поэтому суммарное давление, действующее в таких системах,

В настоящее время большое распространение получили однотрубные системы, в которых радиаторы обеими подводками присоединяются к одному стояку; такие системы проще монтируются и обеспечивают более равномерный прогрев всех нагревательных приборов. Наиболее распространена однотрубная система с нижней разводкой и вертикальными стояками.

Стояк такой системы состоит из подъемной и опускной частей. Трехходовые краны могут пропускать расчетное количество или часть воды в приборы в последнем случае остальное ее количество проходит, минуя прибор, через замыкающие участки . Соединение подъемной и опускной частей стояка производится прокладываемой под окнами верхнего этажа соединительной трубой. В верхних пробках приборов, находящихся на верхнем этаже, устанавливают воздушные краны, через которые слесарь удаляет из системы воздух во время пуска системы или обильной подпитки ее водой. В однотрубных системах вода последовательно проходит через все приборы, и поэтому они должны быть тщательно отрегулированы. В случае необходимости регулировку теплоотдачи отдельных приборов осуществляют с помощью трехходовых кранов, а расход воды по отдельным стоякам - проходными (пробочными) кранами или установкой в них дросселирующих шайб. Если стояк будет поступать чрезмерно большое количество воды, то первые по ходу движения воды нагревательные приборы стояка отдадут тепла больше, чем это необходимо по расчету.

Как известно, циркуляция воды в системе, помимо давления, создаваемого насосом и естественным побуждением, получается и от дополнительного давления Ар, возникающего в результате охлаждения воды при движении по трубопроводам системы. Наличие этого давления позволило создать системы квартирного водяного отопления, котел которого не заглублен, а его устанавливают обычно на полу кухни. В таких случаях расстояние, следовательно, система работает только за счет дополнительного давления, возникающего в результате охлаждения воды в трубопроводах. Расчет таких систем отличается от расчетов систем отопления здания.

Системы квартирного водяного отопления в настоящее время широко применяют взамен печного отопления в одно- и двухэтажных зданиях в газифицируемых городах: в таких случаях вместо котлов устанавливают автоматические газовые водонагреватели (ЛГВ), обеспечивающие не только отопление, но и горячее водоснабжение.

Сравнение современных систем теплоснабжения теплового гидродинамического насоса типа ТС1 и классического теплового насоса

После монтажа гидродинамических тепловых насосов котельная станет больше похожа на насосную станцию, чем на котельную. Отпадет потребность в дымоотводной трубе. Не станет копоти и грязи, значительно уменьшится потребность в обслуживающем персонале, система автоматики и контроля полностью возьмет на себя процессы управлением производством тепла. Ваша котельная станет более экономичной и высокотехнологичной.

Автономные системы теплоснабжения предназначены для отопления и горячего водоснабжения одноквартирных и блокированных жилых домов. К автономной системе отопления и горячего водоснабжения относятся: источник теплоснабжения (котел) и сеть трубопроводов с нагревательными приборами и водоразборной арматурой.

Преимущества автономных систем теплоснабжения заключаются в следующем:

1) отсутствие дорогостоящих наружных тепловых сетей;

2) возможность быстрой реализации монтажа и запуска в работу систем отопления и горячего водоснабжения;

3) низкие первоначальные затраты;

4) упрощение решения всех вопросов, связанных со строительством, так как они сосредоточены в руках владельца;

5) сокращение расхода топлива за счет местного регулирования отпуска тепла и отсутствие потерь в тепловых сетях.

Такие системы отопления, по принципу принятых схем, подразделяются на схемы с естественной циркуляцией теплоносителя и схемы с искусственной циркуляцией теплоносителя. В свою очередь, схемы с естественной и искусственной циркуляцией теплоносителя могут подразделяться на одно- и двухтрубные. По принципу движения теплоносителя схемы могут быть тупиковые, попутные и смешанные.

Для систем с естественным побуждением теплоносителя рекомендуются схемы с верхней разводкой, с одним или двумя (в зависимости от нагрузки и конструктивных особенностей дома) главными стояками, с расширительным баком, установленном на главном стояке.

Котел для однотрубных систем с естественной циркуляцией может находиться на одном уровне с нижними нагревательными приборами, но лучше, если он будет заглублен, хотя бы до уровня бетонной плиты, в приямок или установлен в подвале.

Котел для двухтрубных систем отопления с естественной циркуляцией обязательно заглублять по отношению к нижнему нагревательному прибору. Высота заглубления уточняется расчетом, но не менее 1,5-2 м. Системы с искусственным (насосным) побуждением теплоносителя имеют более широкий диапазон применения. Можно конструировать схемы с верхней, нижней и горизонтальной разводками теплоносителя.

Системы отопления бывают:

1) водяные;

2) воздушные;

электрические, в том числе с греющим электрокабелем, заложенным в пол отапливаемых помещений, и аккумуляторные тепловые печи (проектируются при наличии разрешения энергоснабжающей организации).

Водяные системы отопления проектируются вертикальными с нагревательными приборами, установленными под оконными проемами, и с греющими трубопроводами, заложенными в конструкции пола. При наличии отапливаемых поверхностей, до 30% отопительной нагрузки следует обеспечивать нагревательными приборами, установленными под оконными проемами.

Квартирные системы воздушного отопления, совмещенные с вентиляцией, должны позволять работать в режиме полной циркуляции (люди отсутствуют) только на наружной вентиляции (интенсивные бытовые процессы) или на смеси наружной и внутренней вентиляции в любых желаемых соотношениях.

Приточный воздух проходит следующую обработку:

забирается снаружи (в объеме санитарной нормы на человека 30 м3/ч) смешивается с рециркуляционным воздухом;

o очищается в фильтрах;

o подогревается в калориферах;

o подается в обслуживаемые помещения по сети воздуховодов, выполненных из металла или заложенных в строительные конструкции.

В зависимости от наружных условий, система должна обеспечивать работу установки в 3 режимах:

o на наружном воздухе;

o на полной рециркуляции;

o на смеси наружной рециркуляции воздуха.

Существует три вида теплоснабжения: отопление, вентиляция, горячее водоснабжение. Одним из важных является горячее водоснабжение.

1.1.2 Горячее водоснабжение

Горячее водоснабжение - это подача горячей воды в здание, жилой дом для отопления и/или на хозяйственные нужды. [10]

Различают централизованное и местное ГВС.

Вода для централизованного ГВС выдается из котельной, как специально предназначенной для нагрева воды, так и из котельных ТЭЦ, ГРЭС или из второго контура охлаждения АЭС. Далее она распределяется по жилым и производственным зданиям.

Местное ГВС устраивается для одного или небольшого количества домов, с подачей на небольшие расстояния, до десятки метров. Вода нагревается с помощью небольших котлов с электро- или газовым обогревом. Реже они работают на угле.

В зданиях (сооружениях), в зависимости от их назначения, следует предусматривать системы внутреннего горячего водоснабжения, предназначенные для обеспечения:

- питьевых и хозяйственных нужд населения и предприятий;

- производственных нужд предприятий.

Горячее водоснабжение представляет собой систему устройств и трубопроводов для подогрева воды до расчетной температуры и распределения ее потребителям. [7]

Системы горячего водоснабжения подразделяются на наружные и внутренние.

1.1.3 Внутренние системы горячего водоснабжения

Системы горячего водоснабжения следует проектировать: тупиковыми, если допускается перерыв в подаче воды; кольцевыми или с закольцованными вводами при двух тупиковых трубопроводах с ответвлениями к потребителям от каждого из них для обеспечения непрерывной подачи воды.

В жилых и общественных зданиях прокладку разводящих трубопроводов горячего водоснабжения следует предусматривать в подпольях, подвалах, технических этажах, чердаках, на первом этаже в подпольных каналах (в случае отсутствия чердаков), по конструкциям здания, по которым допускается открытая прокладка трубопроводов или под потолком верхнего этажа. Прокладка стояков и разводки внутреннего водопровода следует предусматривать в шахтах, открыто - по стенам душевых, кухонь и других помещений.

Пластмассовые трубопроводы (кроме располагаемых в санитарных узлах) следует прокладывать только скрыто. В помещениях, к отделке которых предъявляются повышенные требования, трубопроводы также следует прокладывать скрыто.

Прокладку трубопроводов следует предусматривать с уклоном не менее 0,002.

При проектировании трубопроводов следует предусматривать компенсацию температурных удлинений труб.

Расстояние от поверхности штукатурки или облицовки до оси неизолированных трубопроводов при диаметре условного прохода до 32 мм включительно при открытой прокладке должно составлять от 35 до 55 мм, при диаметрах 40-50 мм - от 50 до 60 мм, а при диаметрах более 50 мм - принимается по рабочей документации.

Вертикальные трубопроводы не должны отклоняться от вертикали более чем на 2 мм на 1 м длины.

Средства крепления стояков из стальных труб в жилых и общественных зданиях при высоте этажа до 3 м не устанавливаются, а при высоте этажа более 3 м средства крепления устанавливаются на половине этажа.

Высоту установки водоразборной арматуры (расстояние от горизонтальной оси арматуры до санитарных приборов, мм) следует принимать согласно [2].

В верхних точках системы горячего водоснабжения следует предусматривать устройства для выпуска воздуха, а в нижних - спускные устройства. Согласно [2] выпуск воздуха из системы горячего водоснабжения допускается предусматривать через водоразборную арматуру, расположенную в верхних точках системы, а опорожнение системы - через водоразборные приборы нижних этажей.

Тепловую изоляцию необходимо предусматривать для подающих и циркуляционных трубопроводов систем горячего водоснабжения, включая стояки, кроме подводок к водоразборным приборам. Толщина теплоизоляционного слоя должна составлять не менее 10 мм, а теплопроводность изоляционного материала не менее 0,05 Вт/(м-°С) [2].

Установку запорной арматуры в системах горячего водоснабжения следует предусматривать: на каждом вводе; на ответвлениях, питающих 5 водоразборных точек и более; у основания подающих и циркуляционных трубопроводов; на ответвлениях к секционным узлам; на ответвлениях от магистральных линий; на ответвлениях в каждую квартиру.

Обратные клапаны в системе горячего водоснабжения устанавливаются: на участках трубопроводов, подающих воду групповым смесителям; на циркуляционном трубопроводе перед присоединением его к водоподогревателю или перед присоединением к обратному трубопроводу тепловой сети (в открытой системе); на ответвлениях от обратного трубопровода тепловой сети к регулятору температуры.

Для внутренних систем горячего водоснабжения следует принимать пластмассовые, медные, бронзовые, латунные, стальные трубы с внутренним и наружным защитным покрытием от коррозии и фасонные изделия.

Для учета расхода воды в каждом здании (квартире) на вводах трубопроводов горячего водоснабжения следует предусматривать счетчики воды. При двухтрубной системе счетчик воды следует устанавливать на подающем и циркуляционном трубопроводах с установкой обратного клапана на циркуляционном трубопроводе. В закрытой системе счетчик воды следует устанавливать на трубопроводе холодной воды.

Для контроля температурного и гидравлического режимов работы системы горячего водоснабжения предусматривают манометры и термометры. Система горячего водоснабжения (ГВС) служит для подготовки и подачи горячей воды к санитарно-техническим приборам, технологическому оборудованию и включает в себя: установку для приготовления горячей воды (теплообменник), внутридомовые разводящие и циркуляционные трубопроводы, водоразборные приборы.



1.1.4 Выбор системы горячего водоснабжения

По своему качеству вода, подаваемая на хозяйственно-бытовые нужды, должна соответствовать требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования качества воды центральных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». Холодная питьевая вода для нужд ГВС поступает из городского водопровода. Для дополнительной очистки воды перед оборудованием устанавливаются фильтры. Для контроля расхода воды устанавливают счетчики (расходомеры, водомеры). Подготовка горячей воды выполняется в различного типа подогревателях (кожухотрубных, пластинчатых). Подогрев холодной воды может осуществляться от двух источников энергии - электрической или тепловой. При подготовке горячей воды за счет тепловой энергии все необходимое оборудование может располагаться в ЦТП или МТП. Центральный тепловой пункт (ЦТП) располагается в одноэтажном нежилом сооружении, находящемся в том же микрорайоне, что и рассматриваемое здание. Оборудование, размещенное в ЦТП, подбирается с учетом возможности обслуживания нескольких зданий (220 зданий). Групповые подогреватели (в закрытых системах теплоснабжения) и смесительные устройства (в открытых системах тепло- снабжения) в ЦТП присоединяются к тепловым сетям по таким же схемам, как и в МТП. Из ЦТП горячая вода по квартальным сетям подается в МТП каждого здания в квартале. В МТП системы горячего водоснабжения зданий подающими и циркуляционными стояками врезаются в соответствующие трубопроводы, проложенные от ЦТП обычно в подвалах домов. Групповое приготовление горячей воды в ЦТП вместе с преимуществами имеет много недостатков. Наиболее серьезные недостатки вызваны непосредственным присоединением стояков местных систем горячего водоснабжения к квартальным трубопроводам от ЦТП. Непосредственное присоединение создает большое число перемычек между подающим и циркуляционным трубопроводами, которое затрудняет равномерное распределение горячей воды по стоякам в здании и между зданиями. Ввиду неравенства гидравлического сопротивления ближних и дальних перемычек расходы воды по мере удаления зданий от ЦТП по перемычкам уменьшаются, и иногда значительно. Для восстановления расчетных расходов горячей воды в каждом здании требуется установка в МТП дополнительной регулирующей арматуры, например регуляторов расхода, шайб. Это, в свою очередь, усложняет наладку системы и ее обслуживание. Стремление увеличить число обслуживаемых зданий и радиус действия ЦТП приводит также к существенному снижению температуры горячей воды у наиболее удаленных потребителей. Местные тепловые пункты (МТП) размещаются в подвалах или на первых этажах зданий, в непосредственной близости от ввода тепловой сети в здание. Площадь помещения должна быть достаточна для размещения оборудования теплового пункта (водомерный узел, подогреватель ГВС, циркуляционные насосы) и обеспечения безопасного обслуживания. В ЦТП и МТП оборудование (секционные подогреватели, насосы, клапаны, арматура) проектируют так, чтобы на высоте 2 м от уровня пола между оборудованием, выступающими конструкциями и трубопроводами оставался свободный проход для обслуживания и ремонта минимум 0,7 м. Существуют разные варианты организации горячего водоснабжения (ГВС). Например, установка специального двухконтурного котла, в котором один теплообменный узел обеспечивает работу отопительной сети, а второй «занят» приготовлением горячей воды.

централизованный горячий водоснабжение электрический

1.1.5 Установки для нагрева воды

Очень популярна схема ГВС с одноконтурным котлом, функционирующим в паре с накопительным водо-водяным теплообменником, или бойлером. Другой вариант ГВС основан на использовании электрического накопительного водонагревателя. Четвертая схема состоит из множества проточных нагревателей для каждой точки водоразбора (чаще применяются в квартирах). И наконец, дом можно снабжать горячей водой с помощью отдельного комбинированного нагревателя, имеющего основной (за счет теплоносителя системы отопления) и дополнительный нагрев (за счет электроэнергии). Независимо от того, какая схема горячего водоснабжения будет устроена у вас, ясно одно: без надежного водонагревательного прибора не обойтись.

Набор котельного оборудования для отопления двух контуров и приготовления горячей воды с пультом управления. Наиболее распространенная комбинация: газовый котел в паре с водо-водяным бойлером. Мы поведем сегодня речь о водонагревателях, выполненных как самостоятельное изделие, а не встроенных в котел, и позволяющих обеспечить горячей водой трех и более человек, проживающих в загородном доме. По источнику используемой энергии эти устройства можно разделить на электрические, газовые и косвенного нагрева (водо-водяные). Одни снабжаются емкостью для нагрева и хранения воды и относятся к накопительному типу водонагревателей, другие нагревают поток воды и относятся к проточному типу.

Накопительные (емкостные) электронагреватели. Сегодня на российском рынке их великое множество. Предлагаются модели объемом от 150 до 1000 л. Можно встретить накопители от фирм GORENJE (Словения), TATRAMAT (Словакия), GENERAL, ARISTON, BAXI, HEIZER, ISEA, LORENZI VASCO (Италия), VAILLANT, STIEBEL ELTRON, DIMPLEX, SIEMENS (Германия), WESTER (Великобритания), AUSTRIA EMAIL (Австрия) и др.

Накопительный водонагреватель работает по принципу термоса с подогревом и представляет собой теплоизолированную емкость (колбу) с нагревательным элементом (ТЭНом) внутри и облицовкой снаружи. Прибор снабжен элементами управления температурой нагрева и мощностью. Хорошая теплоизоляция колбы очень важна: чем она толще, тем меньше энергозатраты на поддержание температуры воды.

Температуру можно регулировать в диапазоне от 7 до 85°. Вода нагревается до заданного уровня, который далее поддерживается автоматически, с помощью термостата, по мере необходимости включающего и выключающего ТЭНы. Водонагреватели, как правило, имеют защиту от замерзания, которая не допускает падения температуры воды ниже 5-7°С.

Накопительные водонагреватели делятся на открытые и закрытые (или безнапорные и напорные). Открытые-безнапорные могут использоваться только вместе со специальным смесителем, перекрывающим воду на входе в водонагреватель при прекращении водоразбора, и работать, соответственно, только на одну водоразборную точку. Поэтому объем их баков, как правило, невелик (5-10 л). Такие устройства целесообразно устанавливать на даче, в гараже или мастерской, где горячая вода используется в рукомойнике или кухонной мойке, но для коттеджа не подходят.

Накопительный электронагреватель хорош для дачи, но в коттедже его установка имеет смысл, только если вдруг возникли перебои с подачей воды.

Для эксплуатации в загородных домах, где проживают семьи из 3-5 человек, больше подходят накопительные приборы закрытого типа емкостью 50-200 л. Теплая вода вытекает из прибора автоматически при открывании крана на одной из точек водоразбора, а взамен поступает порция холодной воды. Для того чтобы уже нагретая вода не замещалась холодной, предусматривается система равномерного подмешивания воды.

Электрические накопительные водонагреватели горизонтального исполнения успешно размещают в труднодоступных уголках помещений.

Все емкостные электронагреватели снабжаются стальной колбой с особым антикоррозийным внутренним покрытием. У каждой фирмы свои секреты его изготовления. Компания ELECTROLUX, к примеру, покрывает внутреннюю поверхность накопительных резервуаров серии EWH мелкодисперсионной эмалью с алюминиевыми добавками. Затем эмаль закаляется при высокой температуре и становится гладкой, как стекло, и в то же время достаточно пластичной. Это покрытие обеспечивает длительную эксплуатацию и хорошую защиту от коррозии. Специальная эмаль используется и в накопителях средней емкости (50-200 л) серии Super Glass от ARISTON. Одной из последних разработок фирмы, реализованных в моделях серии TI TECH Elite, стало внутреннее покрытие титановой эмалью. STIEBEL ELTRON предварительно обрабатывает сталь для накопителей пневмоабразивным способом (без химического травления), а затем наносит специальное покрытие anticor, способное выдерживать воздействие воды и пара дольше, чем двухслойная эмаль.

Для дополнительной защиты от коррозии в накопителях со стальными баками применяют магниевые антикоррозийные аноды, которые, постепенно разрушаясь, заполняют микротрещины в эмали (результат воздействия горячей воды и пара). Как работает анод? От него, в соответствии с электрохимическим рядом напряжений, к местам возможных дефектов в эмалевом покрытии устремляется поток электронов. Он-то и препятствует коррозии в месте повреждения эмали. Срок службы магниевого анода зависит от его качества и размера и у дешевых водонагревателей составляет не более 1 года, а у более качественных - от 2 до 3 лет. Чем длиннее анод, тем дольше срок его службы (в некоторых моделях - около 7 лет). Если помнить о своевременной замене этого элемента, водонагреватель вполне способен прослужить лет 10, не создавая своему владельцу особых проблем.

Однако замена магниевого анода и контроль его состояния - довольно трудоемкая и дорогостоящая работа. Необходимо слить воду, демонтировать электрический ТЭН и выкрутить анод из его фланца. Если анод имеет небольшие размеры, эту процедуру надо проводить дважды в год. Самостоятельно сделать это практически невозможно, поскольку демонтаж ТЭНа влечет за собой повреждение прокладки. Придется вызывать представителя сервисной службы производителя прибора, что потребует дополнительных затрат на выезд специалиста, замену прокладки и, если необходимо, магниевого анода. Фирма STIEBEL ELTRON решает проблему путем установки индикатора состояния магниевого анода, а также использует анод специальной конструкции - он выкручивается из бака, не деформируя ТЭН и прокладки.

Накопительные водонагреватели закрытого типа требуют обязательного применения так называемой группы безопасности - арматуры, которая устанавливается на магистраль холодной воды и включает в себя предохранительный клапан, обратный клапан и редуктор (при давлении в водопроводной системе более 6 бар). Редукционный клапан понижает давление до нормального (3-4 бара), если в водопроводной сети оно превышено. Обратный клапан защищает прибор от слива воды, если неожиданно прекращается ее подача. Тем самым ТЭНы предохраняются от сгорания в случае аварийной ситуации. Поскольку при нагреве вода расширяется и давление внутри колбы растет, что может привести к выходу прибора из строя, предохранительный клапан по необходимости открывается и стравливает воду в канализацию. Группа безопасности, как правило, не входит в стандартный комплект, ее нужно приобретать дополнительно. Сейчас многие производители (к примеру, SIEMENS, STIEBEL ELTRON, VAILLANT, DIMPLEX) выпускают группы безопасности, собранные в единое устройство, которое легко монтируется при установке самого нагревателя. Баки водонагревателей сделаны с запасом и выдерживают давление до 10 бар. Большинство нагревателей средней емкости (до 150 л) можно крепить на стену с помощью специальных кронштейнов.

Группа безопасности для накопительных электронагревателей:

1. Воронка с сифоном для слива.

2. Предохранительный клапан.

3. Обратный клапан.

4. Редуктор давления.

Водонагреватель среднего объема (100 л) можно успешно разместить даже в канализационной шахте.

Важную роль при выборе нагревателя играет мощность, от которой зависит скорость нагрева воды. Накопительные приборы небольших объемов (до 50 л) обычно имеют мощность 2 кВт и питаются от сети 220 В (обязательно с заземлением, которое необходимо как для безопасности, так и для правильного функционирования антикоррозийного анода). Некоторые модели баков объемом 5-30 л от STIEBEL ELTRON и VAILLANT снабжены сетевым штекером и могут включаться в «евророзетку». У компании STIEBEL ELTRON есть довольно мощные приборы (1-4 кВт), рассчитанные на подключение в сеть 220 B (а также 3-6 кВт для сети 380 В). Для нагревателей больших объемов использование такой маленькой мощности нецелесообразно, поскольку вода будет нагреваться слишком долго.

Приблизительно время нагрева можно рассчитать по упрощенной формуле: при мощности 1 кВт 860 л воды нагревается на 1°С за 1 мин. Как правило, накопители стандартной мощности (2 кВт) нагревают воду объемом 100 л до 65°С приблизительно за 3 ч. Ускорить процесс можно, на время увеличив мощность прибора. Так, фирма VAILLANT предлагает навесные (серия VEH exclusiv, объем от 50 до 150 л) и напольные 200-400-литровые нагреватели, имеющие, кроме обычного режима, функцию ускоренного нагрева на удвоенной мощности. Это позволяет за короткое время восстановить запас израсходованной горячей воды. А наличие режима нагрева воды в ночное время (по более низкому тарифу) дает возможность снизить затраты на электроэнергию. Аналогичными режимами работы обладают также нагреватели от DIMPLEX, SIEMENS и STIEBEL ELTRON. Недостаток приборов средней емкости (до 200 л) в том, что после принятия душа запаса горячей воды в баке не останется и нагрева следующей порции придется ждать довольно долго. В результате из желающих принять ванну может выстроиться целая очередь, что не слишком комфортно. Так что лучше сразу подумать об установке нагревателя большей емкости (200-600 л).

Во многих современных емкостных электронагревателях предусмотрен ночной (во время действия льготного тарифа) нагрев воды. Некоторые приборы, например от SIEMENS и ELECTROLUX, можно переключить на экономичный нагрев, и в течение всего дня температура воды будет поддерживаться на уровне 55°С (при таком режиме практически не образуется накипь и вдобавок экономится время при последующем нагревании воды).

Для всех мощных приборов (от 2 до 4 кВт/220 В и 6 кВт/380 В) необходима собственная выделенная электропроводка, подключаемая на свой автомат. Разумнее провести отдельный кабель с заземлением и для малых нагревателей. Это касается всех приборов мощностью более 2 кВт. К обычной двухпроводной розетке их подключать нельзя.

При большом расходе горячей воды (до 1м³/ч) разумнее всего использовать комбинированные электрические водонагреватели увеличенной емкости в напольном исполнении. Такие модели выпускают фирмы OSO (Норвегия), AUSTRIA EMAIL (Австрия), ARISTON, SIEMENS, UNITHERM, STIEBEL ELTRON, TATRAMAT, VAILLANT, DIMPLEX и др. Очень популярны водонагреватели с объемом бака от 200-600 л (мощность 2-4 Вт/220 В или 6 кВт/380 В) до 1000 л.

Конструкция таких приборов позволяет установить в бойлере (емкости водонагревателя) либо ТЭН, либо теплообменник, благодаря которому в отопительный сезон появится возможность использовать для нагрева санитарной воды тепловую энергию котла, экономя электроэнергию. В летний период, когда котел отключен, бойлер снабжается ТЭНом, а ГВС обеспечивается за счет электрического нагрева. В гамме комбинированных приборов от AUSTRIA EMAIL, STIEBEL ELTRON, VAILLANT, REFLEX есть модели с двумя отверстиями - под ТЭНовый фланец и фланец с теплообменником. Одновременная работа двух нагревательных элементов позволяет сократить время подготовки воды. Но фланцевые соединения, как правило, не входят в стандартную комплектацию - вам придется покупать их отдельно.

Встраиваемый теплообменник для установки на фланец водо-водяного нагревателя подключается к котлу.

Одним из вариантов ГВС является использование мощных проточных и накопительных газовых нагревателей. Проточные приборы производятся фирмами MORA (Чехия), PROTHERM (Словакия), SIME, RIELLO, ARISTON, HEIZER (Италия), DEMIR DЦCЬM (Турция), RINNAI (Корея), а также немецкими VAILLANT, JUNKERS, BOSCH и шведской ELECTROLUX.

Проточные нагреватели (или газовые колонки) подают горячую воду практически сразу после поворота крана. Пламя появляется либо в результате электророзжига (от высоковольтной искры), либо вследствие действия пьезоэлемента и запальной горелки. Благодаря блоку управления мощность проточного нагревателя плавно регулируется (в зависимости от требуемой температуры горячей воды). Подача газа прекращается автоматически после окончания водоразбора. Современные газовые колонки имеют несколько уровней защиты от аварийных ситуаций: при недостаточной тяге дымохода прибор немедленно выключается, а в случае погасания пламени автоматически прекращается подача газа. В нагревателях серии GWH есть датчик тяги, находящийся в верхней части газовой колонки. Если на улице сильный ветер, велика вероятность возникновения эффекта обратной тяги, при которой продукты сгорания начнут уходить не в трубу, а в квартиру. Установленный датчик автоматически прекратит подачу газа и выключит колонку. Немаловажным фактором при выборе колонки является ее устойчивость к работе при слабом давлении воды и газа. К примеру, колонки MORA срабатывают при давлении воды всего 0,2 атм.

Проточные нагреватели способны обеспечить от 2 до 12 л горячей воды в минуту. Газовые колонки мощностью 7-20 кВт хороши, когда нужно обслужить одновременно несколько точек водоразбора или с комфортом принять ванну. Более мощным приборам (от 20 кВт и выше) вполне под силу целиком взять на себя горячее водоснабжение дачного домика или небольшого коттеджа. Таковы колонки GIWH 16 РА (27,8 кВт) из серии Fast от ARISTON, GWH-350 (24,4 кВт) от ELECTROLUX, 24/2 XIP (24,4 кВт) из серии MAG premium от VAILLANT, модель 17/17i (29,5 кВт) из серии Idrabagno от RIELLO и др.

Для всех колонок с открытой камерой сгорания требуется устройство дымохода. Если такой возможности нет, лучше приобрести колонку с закрытой камерой. Продукты сгорания принудительно, за счет встроенного вентилятора, выводятся в дымовую трубу, которая устанавливается в стене дома. Колонки в данном исполнении - «турбо» - выпускаются фирмами RIELLO, ARISTON, PROTHERM и др.

Емкостные газовые нагреватели хорошо известны многим сельским жителям, имеющим дело с отечественными АОГВ и АКГВ. Их импортные аналоги от AMERICAN WATER HEATERS GROUP, VAILLANT, ARISTON, HEIZER, конечно, могут похвастаться современным дизайном, удобством и гибкостью автоматического управления. Однако право на существование имеют и те и другие, тем более что отечественные накопители работают вполне надежно, а стоят на порядок дешевле импортных.

Газовый накопительный водонагреватель серии Super SGA от ARISTON с открытой камерой сгорания. Так же, как и электронакопители, емкостные газовые приборы представляют собой теплоизолированный бак, внутри которого установлен теплообменник. Расположение атмосферной горелки и дымоотвода стандартное, как в газовых колонках. Борьба с коррозией обеспечивается с помощью специального эмалевого покрытия и защитного анода. Поскольку нагреватели являются напорными и подключаются к водопроводной магистрали, не забудьте смонтировать дренажную трубку, по которой будут стекать излишки горячей воды при избыточном давлении. Высокая мощность (от 6 до 27 кВт) емкостных приборов в сочетании с возможностью хранить запас теплой воды делает их вполне приемлемым вариантом горячего водоснабжения коттеджа. Бака на 155 л достаточно, чтобы обеспечить питание до четырех водоразборных точек. Если места в доме достаточно, подойдут напольные газовые накопители, обычно имеющие емкость от 120 л и более. Фирма VAIILLANT, к примеру, изготавливает газовые накопительные водонагреватели серии VGH объемом 130, 160, 190 и 220 л. Приборы обеспечивают независимую от отопления работу по приготовлению горячей воды, имеют термоэлектрический контроль наличия пламени, пьезорозжиг и ступенчатую регулировку температуры воды в нагревателе.

Блок управления и газовая горелка водонагревателя VGH 160 легкодоступны для эксплуатации и обслуживания. Для совместной работы с одноконтурной котельной установкой хорошо подходят накопительные водо-водяные теплообменники, или бойлеры косвенного нагрева. Если площадь вашего загородного жилища составляет не более 250-300 м², обеспечение санитарной водой целесообразно доверить укомплектованной паре котел-бойлер (обычно это газовый котел мощностью 25-30 кВт с бойлером на 140-150 л).

Конструктивно бойлер представляет собой теплоизолированную стальную емкость с внутренним покрытием из многослойной эмали. Внутри установлены магниевый анод и гладкотрубный теплообменник греющего контура, обеспечивающий быстрый нагрев и большую мощность. Как правило, теплообменник достает почти до дна емкости, чтобы весь объем воды прогревался равномерно. Бойлер снабжается патрубками циркуляционного трубопровода, подачи и вывода теплоносителя, а также фланцевым отверстием для визуального контроля состояния прибора и профилактических работ (например, чистки от накипи и отложений). Кроме того, именно это отверстие служит для установки ТЭНового фланца, если понадобится переключение на электропитание. Циркуляционный трубопровод необходим, чтобы вода, проходя к крану, не остывала по пути. Для ее перекачивания требуется небольшой насос, наличие которого, однако, лучше предусмотреть заранее. Не все модели бойлеров имеют соответствующий фланец.

При организации сетей ГВС подбирают бойлер либо с ТЭНом, либо с теплообменником.

Обычно ТЭН монтируется в летний период, и бойлер работает как накопительный нагреватель. Другое дело, если вы планируете отключение котла. С наступлением теплой поры вам придется посетить магазин и подобрать для вашего прибора фланец с нагревательными ТЭНами. А стоит он не дешево - от $600 до $800, в зависимости от объема водонагревателя. Разумеется, надо будет вызвать сервисного специалиста и оплатить его работу по монтажу фланца.

Среди производителей водо-водяных теплообменников можно назвать фирмы AUSTRIA EMAIL (серия Vacutherm), VIESSMANN, PROTHERM, TATRAMAT, UNITHERM, REFLEX и др. Комбинированные устройства выпускают GORENJE (серия KGV), HEIZER (серия GT), STIEBEL ELTRON, Wester (серия NTX). В некоторых приборах, к примеру, в навесных бойлерах Vacutherm емкостью 150 и 200 л от AUSTRIA EMAIL, теплообменник выполнен по схеме «бак в баке» - такая конструкция замедляет отложение накипи на стенках емкостей.

При высокой температуре, практически независимо от жесткости воды, всегда образуется накипь. Она оседает на внутренних поверхностях бака, на теплообменнике, что не лучшим образом сказывается на сроке и качестве его службы. Поэтому время от времени ребристую трубу теплообменника и нагревательный элемент рекомендуется обрабатывать специальными средствами для удаления извести.

Для защиты накопительных нагревателей от накипи желательно умягчить воду, перед тем как запустить в емкость (существуют специальные фильтрующие установки, снижающие жесткость воды). Если нет возможности отфильтровать воду, можно просто почистить ТЭНовый или теплообменный узел - они достаточно легко демонтируются.



1.2 Выводы и уточнения постановки задач

В данной работе сделан анализ систем горячего водоснабжения применительно к зданиям. На основании этого анализа расширены технические решения по повышению эффективности систем ГВС.



2. Описание аналогов способов и устройств

2.1 Аналоги диссертационных работ

2.1.1 Повышение эффективности циркуляционных систем горячего водоснабжения средствами регулируемого электропривода

Цель диссертационной работы - комплексное энергосбережение в системе горячего водоснабжения зданий без снижения качества тепло- и водоснабжения.

Для достижения этой цели решаются следующие задачи:

· Анализ электроприводов и систем горячего водоснабжения на центральных тепловых пунктах с выявлением особенностей технологических схем и уточнением номенклатурного ряда электроприводов насосов.

· Теоретическое и экспериментальное обоснование возможности экономии тепловой и электрической энергии как нового направления энергосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве города.