E-SYST.RU - ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

Пар подается в корпус, проходит в межтрубное пространство и нагревает воду.

Холодная вода поступает в переднюю водяную камеру, разделенную вертикальной перегородкой, и по теплообменным трубкам проходит в заданную камеру.

Пар может проходить дважды и четырежды в межтрубном пространстве корпуса водонагревателя (двухходовые и четырехходовые пароводонагреватели).

Теплообменные трубки изготавливаются из латуни диаметром = 16 мм при толщине = 1 мм, корпус стальной.

Площадь поверхности нагрева 6,3 – 53,9 м2.

Скоростные водоводяные секционные разъемные нагреватели.

Теплоноситель – вода.

По форме поверхности нагрева водонагреватели различают: трубчатые; кожуховые; однокорпусные или секционные.

Наибольшее распространение получили трубчатые водонагреватели.

Состоят из: 1) стального цилиндрического корпуса; 2) трубной решетки; 3) трубного пучка.

Трубный пучок состоит из трубок диаметром 16×1 мм.

Секции нагревателей соединяются с помощью трубчатых отводов.

Стандартная длина теплообменных трубок l = 2 или 4 м.

Кожуховые водонагреватели выполняются из стальных труб типа «труба в трубе». Просты в изготовлении, но металлоемки.

Нагреватели устанавливаются из отдельных или нескольких секций с последовательным или параллельно-последовательным соединением по теплоносителю и по нагреваемой воде.

Выпускают водоводяные нагреватели 16 типоразмеров (диаметр корпуса 57 – 325 мм; поверхность нагрева 1 секции –0,37 – 28 м2;Pmax = 1 и 1,6 МПа).

Местные установки предназначены для бытовых и производственных нужд, обеспечивающие одиночный или многоточечный водоразбор.

Источники теплоты: пар; перегретая вода; твердое, газообразное топливо; электроэнергия; солнечная энергия; отработанная теплота предприятий.

Установки бывают: проточные (скоростные); емкостные.

В проточных водонагревателях небольшое количество воды быстро нагревается источником тепла большой мощности до заданной температуры.

В емкостных нагревателях большой объем воды нагревается источником небольшой мощности в течение нескольких часов.

Холодная вода из водопровода подается в местные установки через подводку диаметром 15 мм в нижнюю часть установки, горячая вода отбирается из верхней части, где температура максимальная.

Местные установки малой производительности: водогрейные колонки, газовые и электрические водонагреватели, водогрейные котлы малой производительности, гелиоустановки, теплоуловители. Они применяются, когда общая потребность в теплоте на горячее водоснабжение составляет не более 210 кДж/ч.

Основными элементами местной системы горячего водоснабжения являются: водонагреватель, генератор теплоты, трубопроводы для подачи горячей воды к водоразборным установкам, трубопроводы теплоносителя, аккумулятор (бак) горячей воды.

Схемы децентрализованных систем ГВ.

Для приготовления малых количеств горячей воды (5 – 90 л) применяются: 1) с использованием кухонного очага, плиты; 2) водогрейная колонка.

Водогрейная колонка (бак) устанавливается на плиту, которая работает на любом топливе. Бак – 5 – 10 л внизу оборудуется водоразборным краном и крышкой, наполняется холодной водой и подогревается. Недостатки: малая производительность, возможность вскипания воды, загрязнение воды.

Использование кухонного очага, плиты в качестве генератора теплоты.

В плиту (топку) вмонтирован нагревательный змеевик из стальных труб диаметром 25, 32, 50 мм. Этот элемент соединен с резервуаромаккумулятором объемом до 300 л двумя трубами (в верхней и нижней точках резервуара). Резервуар устанавливают у потолка на кронштейнах и присоединяют к нему водоразборную трубу диаметром 15 – 20 мм для подачи горячей воды. Резервуар изготовляют закрытым и оборудуют поплавковым клапаном для подачи воды из водопровода. Нагрев воды осуществляется до 60 – 70 °C за 1,5 – 2 ч. Источник теплоты – твердое топливо, газ. Поверхность нагрева составляет 0,2 – 0,7 м2.

Местные установки большой производительности.

Кухонная плита с нагревателем. Нагреватель выполняется в виде змеевика из труб диаметром 32 – 50 мм и размещен в топочной камере плиты.

Нагретая вода по подающей трубе поступает в бак-аккумулятор емкостью 350 – 400 л, установленный над плитой или под потолком. Охлажденная вода по циркуляционному трубопроводу возвращается в нагреватель.

Поверхности нагрева составляет 0,4 – 0,6 м2, что позволяет за 2 – 3 часа работы плиты подогреть воду 200 – 300 л до 65 – 70 °C.

Водогрейная колонка для ванн работает на твердом топливе (дрова, уголь, торф). Вода, находящаяся в корпусе емкостью 90 – 100 л, нагревается топочными газами, проходящими через дымогарную трубу. Для ускорения нагрева в дымогарной трубе имеется циркуляционная труба диаметром 32 – 40 мм. Корпус изготовляется из листовой стали, и эмалируется при оцинковывании внутри и снаружи. Топочная камера чугунная.

Топочная камера, изготовленная из чугуна, вставляется в наружный кожух и обкладывается теплоизоляционным материалом. Устанавливают на пол, покрытый стальным листом по асбесту на расстоянии 0,3 м от стены, защищенной от возгорания листовой сталью.

Газовый проточный водонагреватель. Тепло, образующееся при сгорании газа в горелке, передается воде через стенки огневой камеры, змеевика и калорифера. Большая поверхность нагрева и высокий коэффициент теплопередачи.

Блок-кран обеспечивает подачу газа в горелку только при движении воды через колонку.

Газовый емкостный водонагреватель. Нагрев воды осуществляется при сгорании газа в горелке.

Нагреватель оборудуется регулятором температуры и электромагнитным клапаном безопасности, который прекращает подачу газа в горелку, если пламя в ней погаснет.

Бак изготовляется из стали δ = 3 мм с антикоррозийным покрытием.

Электрический водонагреватель гигиеничен, безопасен в пожарном отношении.

Емкостные. Включают в ночные часы, применяются в производственных и общественных зданиях. Состоят из: 1) корпуса, покрытого теплоизоляцией; 2) электронагревателя (ТЭН трубчатый элемент); 3) регулятора температуры; 4) смесителя, осуществляющего наполнение нагревателя и отбор горячей воды.

Монтируется непосредственно на стене над прибором, чтобы смеситель находился на высоте Н = 1,0 – 1,1 м от пола. Обязательно заземление.

Солнечные водонагреватели (гелиоустановки) применяются в южных районах 36 – 50 ° северной широты. Выполнены в виде плоского металлического бака, окрашенного в черный цвет. В солнечный день вода нагревается до 30 – 40 °C и подается в душ или на хозяйственные цели. Установка 1 м2 нагревает 120 – 130 л до t = 30 – 35 °C. Работает по принципу гравитационной циркуляции. Состоит из: генератора тепла; бака-аккумулятора; труб; арматуры.

Трубопроводная сеть горячего водоснабжения выполняется так же, как и трубопроводы холодного водопровода, из стальных оцинкованных водогазопроводных труб.

Для предотвращения поступления горячей воды в сеть холодного водоснабжения и наоборот обязательна установка обратных клапанов на подводках холодной воды к водонагревателям и групповым смесителям, на циркуляционном трубопроводе перед присоединением его к водонагревателям, в обвязке циркуляционного насоса.

Специфическим санитарно-техническим прибором горячего водоснабжения кроме смесительной арматуры является полотенцесушитель, который изготовляют из стальных оцинкованных труб диаметром 32 мм.

Кроме того, отечественная промышленность выпускает латунные никелированные или хромированные полотенцесушители типа ПО-30 и ПО-20 для отопления ванных и душевых комнат; их устанавливают согласно принятой схеме горячего водоснабжения на подающих стояках либо на циркуляционных стояках.

Трубопроводы горячего водоснабжения при повышении температуры удлиняются, и это удлинение необходимо компенсировать, если при наличии поворотов нельзя рассчитывать на естественную компенсацию («самокомпенсацию»). Каждый поворот трубопровода в зависимости от диаметра и толщины стенки может удлиниться на величину от 10 до 20 мм. В противном случае при удлинениях прямых участков до 50 мм необходима установка специальных компенсаторов.

В системах горячего водоснабжения чаще всего применяются гнутые компенсаторы (П-образные или лирообразные).

Компенсаторы устанавливают на прямых трубопроводах, разделенных на участки неподвижными опорами, которые распределяют таким образом общее удлинение трубопровода в соответствии с компенсирующей способностью принятого компенсатора.

Гибкие компенсаторы из труб применяют для компенсации тепловых удлинений трубопроводов независимо от параметров теплоносителя, способа прокладки и диаметров труб. В основном используются П-образные компенсаторы.

Расчетное тепловое удлинение трубопроводов, мм, для определения размеров гибких компенсаторов определяют по формуле Δχ =ξΔl, где Δl = α ΔtL – полное тепловое удлинение расчетного участка трубопровода, мм; L – расстояние между неподвижными опорами трубопровода, м; α = 0,000012 – средний коэффициент линейного расширения стали при нагревании от 0 до 1 °С; Δt – расчетный перепад температуры, характерный для системы; ξ – коэффициент, учитывающий релаксацию, т. е. понижение временного сопротивления металла в результате продолжительного действия нагрузки и предварительного растяжения компенсатора.

Трубопроводы жестко защемляются на неподвижных опорах.

Теплоизоляцию трубопроводов и оборудования применяют во избежание потерь теплоты на всех подающих и циркуляционных (за исключением, прокладываемых скрытно в шахтах или каналах) трубах, кроме подводок к водоразборной арматуре.

В верхних точках сети горячего водоснабжения предусматривается установка устройств для выпуска воздуха из системы, если в системе невозможен выпуск воздуха через водоразборную арматуру.

Сеть горячего водоснабжения так же, как сеть холодного водопровода, бывает с нижней и с верхней разводками. Сеть горячего водоснабжения бывает тупиковой и закольцованной, но, в отличие от сетей холодного водопровода, кольцевание сети необходимо для выполнения важной функциональной задачи – сохранения высокой температуры воды.

Простые (тупиковые) сети горячего водоснабжения с подающими трубопроводами применяют в небольших малоэтажных зданиях с короткими стояками, а также в бытовых помещениях промышленных зданий и в зданиях с длительным и более или менее стабильным потреблением горячей воды (бани, прачечные).

Схемы сетей горячего водоснабжения с циркуляционным трубопроводом следует применять в жилых зданиях, гостиницах, общежитиях, лечебных учреждениях, санаториях и домах отдыха, в детских дошкольных учреждениях, а также во всех случаях, когда возможен неравномерный и кратковременный отбор воды.

Обычно сеть горячего водоснабжения состоит из горизонтальных подающих магистралей и вертикальных распределительных трубопроводов-стояков, от которых устраивают поквартирные разводки. Стояки горячего водоснабжения прокладывают как можно ближе к приборам.

Кроме того, сети горячего водоснабжения подразделяются на двухтрубные (с закольцованными стояками) и однотрубные (с тупиковыми стояками).

При увеличении радиуса действия систем горячего водоснабжения и разнообразии условий жилой застройки требовалось совершенствование схем централизованных систем горячего водоснабжения. Были созданы принципиально новые схемы с самостоятельными независимыми циркуляционными контурами, ограниченными пределами одной секции здания или пределами одной группы стояков. Небольшой радиус действия этих контуров позволяет поддерживать в них циркуляцию за счет гравитационного напора, в то время как обмен воды в магистральных трубах происходит или за счет водоразбора или с помощью циркуляционного насоса.

При верхней разводке магистралей сборный циркуляционный трубопровод замыкается в виде кольца. Циркуляция воды в трубопроводном кольце при отсутствии водоразбора осуществляется под действием гравитационного напора, возникающего в системе из-за разницы плотности охлажденной и горячей воды. Охлажденная в стояках вода опускается вниз в водонагреватель и вытесняет из него воду с более высокой температурой. Таким образом, происходит непрерывный водообмен в системе.

Наибольшее распространение получила двухтрубная схема, в которой циркуляция по стоякам и магистралям осуществляется с помощью насоса, забирающего воду из обратной магистрали и подающего ее в водонагреватель. Система с односторонним присоединением водоразборных точек к подающему стояку и с установкой полотенцесушителей на обратном стояке представляет собой наиболее распространенный вариант подобной схемы. Двухтрубная схема оказалась надежной в эксплуатации и удобной для потребителей, но для нее характерна высокая металлоемкость.

Горячая вода, используемая для хозяйственно-бытовых целей, имеет температуру 25 – 40 °С для санитарно-гигиенических процедур (купание, умывание и т. д.); 40 – 60 °С – для мытья посуды, стирки, приготовления пищи, поэтому минимальную температуру воды в системе принимают равной 60 °С для открытых централизованных и местных систем; 50 °С – для закрытых централизованных систем.

Температуру воды, необходимую для хозяйственно-бытовых процедур, получают смешиванием горячей и холодной воды в смесительной арматуре.

Максимальную температуру воды принимают равной 75 °С в связи с тем, что при большей температуре резко усиливается процесс накипеоб разования, особенно в теплообменниках.

Для получения воды большей температуры (в лечебных учреждениях, предприятиях общественного питания и т. д.) размещают местные ус тановки для догрева воды или кипятильники.

При нагревании воды выше 40 °С начинается выпадение углекислых солей кальция и магния (соли, создающие «временную» жесткость воды), которые, отлагаясь на стенках труб в виде плотного осадка (накипи), уменьшают их проходное сечение. Накипь на стенках котлов, водонагревателей снижает теплопередачу, в результате чего увеличивается расход теплоносителя, снижается коэффициент полезного действия.

Для предотвращения сильного накипеобразования временная карбонатная жесткость воды в закрытых системах допускается не более 7 мг-экв/л, а при открытой системе ЦГВ и нагревании воды в теплоцентралях районных котельных – 0,7 мг-экв/л.

Высокая температура воды активизирует действие свободного кислорода и углекислого газа, растворенных в воде. Под действием избыточного количества этих веществ стенки трубопроводов и резервуаров начинают быстро корродировать, поэтому количество растворенного кислорода и углекислого газа не должно нарушать стабильность воды при расчетной температуре нагрева.

При повышенной жесткости или увеличенном содержании кислорода и углекислого газа применяют противонакипную или противокоррозионную обработку воды. Желательно эту обработку проводить централизованно на водопроводных станциях. При экономической нецелесообразности такого варианта используют местные установки для обработки воды, включаемые в систему перед устройством для подогрева воды.

Для противонакипной обработки следует использовать магнитные аппараты, в которых вода пропускается внутри обмотки, создающей магнитное поле напряженностью не более 2000 Э (эрстед). Под действием этого поля соли жёсткости меняют свою структуру и не образуют плотного осадка.

Противокоррозионная обработка производится с помощью деаэрации или введением ингибиторов – веществ, замедляющих коррозию (силикат натрия, магномасса и т. д.). При деаэрации растворенные кислород и углекислый газ удаляются из воды путем разбрызгивания ее в специальных аппаратах при атмосферном или пониженном давлении.