2. СИСТЕМЫ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

2.1. Выбор схемы

Системы горячего водоснабжения подразделяются на местные и централизованные. Радиус действия местных систем очень невелик и часто ограничивается одной квартирой. Приготовление горячей воды в таких системах происходит в местных генераторах теплоты (газовые водонагреватели, малометражные котлы и т. п.).

Схема централизованного водоснабжения выбирается в зависимости от условий приготовления и подачи горячей воды в здание. Централизованные системы могут быть открытыми и закрытыми.

Открытые системы применяются при водозаборе непосредственно из теплосети, если вода в ней питьевого качества.

При открытых схемах горячая вода в зимнее время разбирается из обратного трубопровода системы отопления. В летнее время, а также в начале и конце отопительного сезона, когда в систему отопления подается теплоноситель  с пониженной температурой (60–70 оС), вода в систему горячего водоснабжения поступает непосредственно из подающего трубопровода теплосети.

Присоединение системы горячего водоснабжения  к теплосети осуществляется в тепловом (элеваторном) узле каждого здания (рис. 2.1).

 

 

Рис. 2.1. Схема теплового узла открытой системы горячего водоснабжения: 1, 2 – подающий и обратный трубопроводы теплосети; 3, 4 – подающий и обратный трубопроводы системы отопления; 5 – гидроэлеватор; 6, 7 – подающий и обратный трубопроводы системы горячего водоснабжения; 8 – зимняя диафрагма; 9 – летняя диафрагма; 10 – грязевик; 11 – манометр; 12 – термометр

 При закрытой схеме горячего водоснабжения первичный теплоноситель (пар, вода) из тепловой сети используется для подогрева водопроводной воды в водонагревателях, устанавливаемых в центральных тепловых пунктах (ЦТП) и обслуживающих, как правило, группу зданий. В отдельных случаях водонагреватели могут размещаться в специальных помещениях непосредственно в подвалах жилых зданий. Схема горячего водоснабжения с ЦТП приведена на рис. 2.2.

 

Рис. 2.2. Схема ЦТП при закрытой схеме горячего водоснабжения:
1, 2 – подающий и обратный трубопроводы теплоносителя (пар или горячая вода не питьевого качества); 3 – скоростной водонагреватель; 4 – трубопровод подачи холодной воды из наружной водопроводной сети или от гидропневматического бака при наличии насосной станции подкачки; 5, 6 – подающий и циркуляционные трубопроводы системы горячего водоснабжения

2.2. Конструирование

При открытой системе по генеральному плану выполняется трассировка ввода теплосети, намечается место размещения элеваторного узла в подвале здания (по возможности ближе к центру здания) и производится трассировка внутренних трубопроводов.

При закрытой схеме по генеральному плану намечается место расположения ЦТП (обычно совместно с насосной станцией подкачки холодного водопровода), производится трассировка внутриквартальной тепловой сети и внутренних трубопроводов.

В жилых зданиях, как правило, магистрали, стояки и подводки к приборам горячего водоснабжения прокладываются совместно с соответствующими трубопроводами холодного водопровода с установкой на стояках полотенцесушителей в ванных комнатах.

Особенностью работы систем горячего водоснабжения является необходимость поддержания достаточно высоких температур воды в ночное время, когда водоразбор отсутствует. Для этого по специальным трубопроводам осуществляется циркуляция, позволяющая за  счет притока горячей воды компенсировать теплопотери трубопроводов.

В жилых зданиях высотой свыше 4 этажей группы близкорасположенных водоразборных стояков (обычно от 3 до 7) объединяют поверху кольцующими перемычками в секционные узлы с присоединением каждого секционного узла одним циркуляционным трубопроводом (стояком) к сборному циркуляционному трубопроводу системы. Кольцующие перемычки прокладывают по теплому чердаку, по холодному чердаку под слоем теплоизоляции или под потолком верхнего этажа. По циркуляционному трубопроводу охлажденная вода возвращается в водонагреватель (при закрытой схеме) либо в обратный трубопровод теплосети (при открытой схеме).

Счетчики горячей воды  (на температуру воды до 90о) предусматривают на вводе в каждую квартиру, а также на вводах в здания на подающем и циркуляционном трубопроводах горячего водоснабжения без обводных линий с установкой обратного клапана на циркуляционном трубопроводе.

На внутренних сетях горячего водоснабжения используются те же трубы, что и в холодном водопроводе. Все подающие и циркуляционные трубопроводы, кроме подводок к санитарно-техническим приборам, оборудуются теплоизоляцией с толщиной теплоизоляционного слоя не менее 10 мм и теплопроводностью теплоизоляционного материала не более 0,05 Вт/(м× оС).

Запорная арматура устанавливается у основания и на верхних концах закольцованных по вертикали стояков, а также на вводе в каждую квартиру перед водомером. На полотенцесушителях предусматривается запорная арматура для их отключения в летний период.

По итогам конструирования вычерчивается расчетная (аксонометрическая) схема системы горячего водоснабжения и производится ее расчет. Гидравлический расчет сети горячего водоснабжения выполнятся  в два этапа:

·     в режиме максимального водоразбора;

·     в режиме циркуляции.

 

2.3. Гидравлический расчет в режиме максимального водозабора

Прежде чем преступать к расчетам, необходимо проверить, не превышает ли гидростатический напор у санитарно-технических приборов нижнего этажа 45 м. Для закрытых систем горячего водоснабжения, питающихся от холодного водопровода, эта проверка была проведена при расчете системы холодного водоснабжения. Для открытых систем такой напор определяется как 

Н = Нв   Нгеом ,                                                                                                   (2.1)

 

где Нгеом – разница отметок приборов 1-го этажа и отметки обратного трубопровода теплосети в элеваторном узле (в подвале здания); Нв – напор в обратном трубопроводе системы теплоснабжения, м. Если рассчитанный напор превышает предельное значение, необходимо предусматривать установку регулятора давления на подающем трубопроводе системы горячего водоснабжения.

Задачей расчета является подбор диаметров и определение напора, необходимого для нормальной работы системы Нтр в точке присоединения к теплосети (в открытых системах) или к трубопроводу холодного водопровода (в закрытых системах).

Расчет рекомендуется вести в следующем порядке.

1. На расчетной схеме выбирается расчетная ветвь – от теплового узла в подвале здания при открытой схеме или ЦТП в отдельно стоящем здании при закрытой схеме до диктующего прибора, выделяются и нумеруются участки ветви.

2. Определяется вероятность действия санитарно-технических приборов в здании Рh (для горячего водоснабжения):

                                                                                                       (2.2)

 

где  – норма расхода горячей воды, л, потребителем в час наибольшего потребления; – расход горячей воды, л/с, санитарно-техническим прибором; для жилых зданий  = 10 л/ч, = 0,18 л/c; U и N назначаются в соответствии с комментариями к формуле (1.3), причем следует учесть, что число приборов, потребляющих горячую воду, меньше  общего числа приборов в здании (за счет унитазов).

3. Определяются расчетные расходы горячей воды на участках qh, л/с:

 ,                                                                                                          (2.3)

где  – секундный расход одним прибором, для жилых зданий  = 0,18 л/с; a определяется в соответствии с указаниями к формуле (1.4).

4. По таблицам для гидравлического расчета (при открытых схемах горячего водоснабжения) по расчетным расходам с учетом рекомендуемых скоростей (до 3 м/с) назначаются предварительные диаметры труб на расчетных участках и по аналогии – всех остальных подающих трубопроводов. При закрытых схемах в системы горячего водоснабжения поступает вода из холодного водопровода, не прошедшая антикоррозионную и противонакипную обработку, и при гидравлическом расчете следует пользоваться номограммой, учитывающей эти неблагоприятные факторы (прил. 13).

5. Для назначенных диаметров с учетом условий прокладки трубопроводов по прил. 8, 9 определяются теплопотери всеми подающими трубопроводами системы горячего водоснабжения здания (при закрытой схеме горячего водоснабжения – всех зданий микрорайона и внутриквартальной сети) Qht, Вт.

6. Определяется циркуляционный расход горячей воды в системе qcir, л/с, компенсирующий эти теплопотери:

                                                                                                     (2.4)

где b – коэффициент разрегулировки циркуляции; Dt – разность температур в подающих трубопроводах от теплового узла до наиболее удаленной водоразборной точки, при одинаковом сопротивлении секционных узлов или стояков следует принимать b = 1,3; Dt = 8,5 oC. Циркуляционный расход qcir распределяется между обслуживаемыми зданиями, стояками поровну.

7. Производится корректировка расчетных расходов на участках с учетом пропуска дополнительных циркуляционных расходов

 

                                                                                              (2.5)

 

где Кcir – коэффициент, принимаемый для участков от теплового узла (центрального теплового пункта) до первого водоразборного стояка по прил. 10, для остальных участков сети – равным 0, т. е. для остальных участков qh,cir = qh.

8. Определяются потери напора на отдельных участках и во всей расчетной ветви.

Для открытых систем горячего водоснабжения, подающих воду, прошедшую антикоррозийную и противонакипную обработку, расчет производится по формуле (1.7) с использованием тех же таблиц и коэффициентов, что и для холодного водопровода.

В закрытых системах горячего водоснабжения  вода поступает из холодного водопровода, обработку не проходит, требуется учитывать зарастание труб. В этом случае потери напора на отдельных участках и во всей ветви Нl , м, определяются как

 

                                                                                                (2.6)

 

где i – удельные потери напора, учитывающие зарастание труб, принимаются по прил. 13; Кl = 0,2 – для подающих и циркуляционных распределительных трубопроводов; Кl = 0,5 – для трубопроводов в пределах тепловых пунктов и для водоразборных стояков с полотенцесушителями; Кl = 0,1 – для водоразборных стояков без полотенцесушителей и циркуляционных стояков.

9. По результатам гидравлического расчета определяется требуемый напор в начальной точке сети горячего водоснабжения, м,

 

                                                          (2.7)

 

где Нгеом – разница отметок диктующего санитарно-технического прибора и отметки минимального уровня воды в гидропневматическом баке (в закрытых системах) или отметки трубопровода теплосети в месте отбора воды для горячего водоснабжения (в открытых системах); Нвод,зд и Нвод,кв – потери напора на счетчиках воды, устанавливаемых на вводах в здание и в квартиру, определяются в соответствии с указаниями п. 1.3.1; Ннагр – потери напора в водонагревателе (в закрытых системах), определяются в соответствии с указаниями подразд. 2.5.

В закрытых системах горячего водоснабжения полученное значение Нтр необходимо сравнить с Нв – напором в точке питания, т. е. присоединения к сети холодного водоснабжения. Для систем с гидропневматическим баком

 Нв = 0,1 Pmin,                                                                                         (2.8)

 где Нв выражается в метрах, а Pmin – кПа.

Если требуемый напор Нтр незначительно превышает Нв, целесообразно скорректировать диаметры системы горячего водоснабжения и соответственно потери напора Нl, чтобы не пересматривать ранее принятую марку насоса подкачки.

Если это не удается, а Нтр превышает Нв не более чем на 10 м, следует вновь произвести расчет параметров и подбор насоса подкачки и гидропневматического бака из условий обеспечения горячего водоснабжения. При этом Pmin , кПа, принимается равным 10 Нтр, м, определенному по формуле (2.7). В такой системе для обеспечения циркуляции дополнительно предусматривается цирку­ля­ционный насос на циркуляционном трубопроводе (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Схема установки повысительного и циркуляционного насосов:

1, 2 – подающий и циркуляционные трубопроводы системы горячего водоснабжения;

3 – водонагреватель; 4 – подающий трубопровод системы холодного водоснабжения;

5 – гидропневматический бак; 6 – насос подкачки (повысительный); 7 – циркуляционный насос

Если Нтр превышает Нв более чем на 10 м, предусматривается повысительно-циркуляционный насос, который устанавливается на подающем трубопроводе (рис. 2.4). В этом случае дополнительный циркуляционный насос не требуется. Подбор насосов производится по рекомендациям подразд. 2.5.

Рис. 2.4. Схема установки повысительного и  повысительно-циркуляционного насосов:

16 – см. обозначения на рис. 2.3; 7 – повысительно-циркуляционный насос

В открытых системах полученное значение Нтр сравнивается с Нв – напором в обратном трубопроводе системы теплоснабжения – и при необходимости (Нтр > Нв) предусматривается повысительно-циркуляционный насос, устанавливаемый на трубопроводе 6 (см.
рис. 2.1).

 

2.4. Гидравлический расчет в режиме циркуляции

Цель расчета – назначить диаметры циркуляционных трубопроводов и подобрать оборудование, необходимое для обеспечения расчетной циркуляции воды в системах горячего водоснабжения при отсутствии водоразбора. Расчет рекомендуется вести в следующем порядке.

1.  На аксонометрической схеме выделяются циркуляционные кольца, состоящие из подающих и циркуляционных трубопроводов и замыкающиеся на тепловом узле в открытых системах или на водонагревателе в закрытых системах.

2.  На кольце наибольшей протяженности нумеруются расчетные участки с постоянным циркуляционным расходом. Места изменения диаметра трубопровода также являются расчетными точками. Величины циркуляционных расходов на участках принимаются по материалам гидравлического расчета системы в режиме максимального водоразбора исходя из равномерного распределения циркуляционного расхода  между всеми зданиями и водоразборными стояками.

Циркуляционные расходы на участках циркуляционного трубопровода равны расходам на соответствующих участках подающего трубопровода.

3.  Определяются диаметры циркуляционных трубопроводов.

Диаметры циркуляционных трубопроводов  назначаются конструктивно по сортаменту на один-два размера меньше диаметров подающих труб, пропускающих тот же циркуляционный расход воды. Минимальный диаметр циркуляционных трубопроводов – 15 мм. Циркуляционные стояки должны иметь постоянный диаметр по всей высоте.

4.  Производится гидравлический расчет большого кольца на пропуск циркуляционных расходов.

 Расчет выполняется по обычной методике, в закрытых системах горячего водоснабжения – с учетом образования накипи.

В итоге определяется сумма потерь напора в большом кольце при пропуске циркуляционных расходов Нl.

Для обеспечения дальнейшей увязки циркуляционных колец за счет регулирования диаметров циркуляционных трубопроводов желательно добиться того, чтобы из всех потерь напора в большом кольце около 80–90 % приходилось на подающий и циркуляционный стояки, а на магистрали – 10–20 %.

5. Производится увязка потерь напора в различных циркуляционных кольцах. В данном проекте необходимо произвести увязку потерь напора рассчитанного большого кольца и кольца минимальной протяженности (ближайшего к вводу).

Для этого по результатам расчета большого кольца определяется перепад давлений между точками присоединения малого кольца к большому (точки 2 и 2' рис. 2.5).

Рис. 2.5. Схема увязки циркуляционных колец

Этот перепад равен сумме потерь напора на участках большого кольца, не входящих в состав малого кольца (на рис. 2.5 это участки 2-3, 3-4, 4-3', 3'-2').

Для нормальной работы системы в режиме циркуляции необходимо добиться того, чтобы сумма потерь напора в необщих участках малого кольца примерно равнялась рассчитанному перепаду, т. е.

 

Н2-3 3-4 4-3¢ 3¢-2¢ 2-а + На-2¢ .                                                                          (2.9)

 

При этом диаметр подающего стояка на малом кольце принимается обычно таким же, как и на большом, и регулирование потерь напора возможно только за счет изменения диаметра циркуляционного стояка на малом кольце. Допускается невязка в равенстве (2.9) до 10%.

При невозможности увязки давлений в сети трубопроводов путем соответствующего подбора диаметров труб следует предусматривать установку диафрагмы на циркуляционном стояке малого кольца.

Диаметр отверстия диафрагмы, мм, определяется по формуле

                                                                                         (2.10)

 где q – расход, проходящий через диафрагму, л/с; – потери напора, создаваемые диафрагмой (недоувязанная разница потерь напора необщих участков большого и малого циркуляционных колец), м; d – диаметр трубопровода, на котором установлена диафрагма, мм.

Если по расчету диаметр диафрагмы необходимо принимать менее 10 мм, то допускается вместо диафрагмы предусматривать кран для регулировки давления.

Далее