Основа проекта любой системы отопления и горячего водоснабжения – это тепловая схема, по которой осуществляется сборка разводки, подключение тепловых генераторов, бойлеров и радиаторов. Поэтому темой данной статья является тепловая схема водогрейной котельной. Изучив эту информацию, вы сможете построить водогрейную систему отопления, функционирующую на генераторах тепла (котлах) любого типа.

Система теплоснабжения работает круглые сутки в течение почти 7-8 месяцев, «сжигая» в топках котлов десятки тысяч рублей. Поэтому все домовладельцы стремятся оптимизировать работу системы. Причем усилить надежность конструкции и уменьшить энергоемкость отопительных приборов поможет точный расчет тепловых схем водогрейных котельных, выполняемый на этапе проектирования.

То есть нужно составить проект котельной, состоящий из следующих документов:

• Схемы размещения всех компонентов системы в самом доме. Этот документ пригодится на стадии монтажа трубопровода.
• Схемы размещения отопительных приборов, насосов, расширительных баков и прочего оборудования. Этот документ во время сборки водонагревательной и отопительной ветвей водогрейной котельной.
• Спецификации на все компоненты системы. Этот документ используют в процессе закупки материалов и оборудования.

Причем все три документа можно уместить на одной принципиальной схеме котельной, составленной в упрощенном виде (когда значки заменяются рисунками оборудования и запорно-регулирующей арматуры). И далее по тексту мы рассмотрим несколько разновидностей таких схем.

Схема котельной частного дома: обзор возможных вариантов

Типовые схемы котельных основываются на следующих вариантах тепловых сетей:

• Открытой разновидности, когда теплую жидкость черпают из «местных» установок.
• Закрытой разновидности, когда теплоноситель отопительной системы используют еще для нагрева воды.

Причем открытая схема предполагает дополнительный расход энергии на питание «местной» водонагревательной установки, но обходится дешевле на этапе монтажа. Закрытая схема котельной частного дома монтируется сложнее, но «питается» от центрального котла. Причем за счет тепловых насосов и промежуточных испарителей и конденсаторов в систему горячего водоснабжения сбрасывают жидкость практически питьевого качества, разогретую до 70-100 градусов Цельсия.

Поэтому в качестве схемы водонагревательной котельной, в большинстве случаев, используется именно закрытый вариант, состоящий из следующих узлов:

• Основного котла, который нагревает воду для системы отопления и водонагревательного контура.
• Самого водонагревательного контура, циркулирующего внутри накопительного бака.
• Контура системы горячего водоснабжения, замкнутого на накопительный бак.

В итоге, накопительный бак работает, как обычная батарея, отапливающая не комнату, а систему горячего водоснабжения. То есть перед нами немного необычный накопительный бойлер.

Система открытого проточного горячего водоснабжения функционирует на основе двухконтурного котла, который пропускает по разогреваемому змеевику либо порцию воды из системы отопления, либо воду из системы горячего водоснабжения. То есть, открытая схема превращает котел системы отопления в обычную колонку. Причем оптимальный вариант открытой водонагревательной установки – это котел с двумя спиралями, расположенными в отдельных камерах сгорания.

Схема автоматизации котельной: и тепло, и дешево!

Автоматизированные котлы обходятся в эксплуатации дешевле обычных отопительных приборов. Ведь стандартный прибор функционирует в одном режиме круглые сутки, а «умный» котел, оснащенный особым устройством, синхронизирующим режим работы котла с потребностями хозяев дома.

Проще говоря: автоматизированный котел работает на полную мощность «когда нужно» (вечером, в выходные дни), а «когда не нужно» (по ночам или в рабочее время) – практически не работает. В итоге, можно сэкономить от 30 до 50 процентов энергии (и денег, расходуемых на отопление).

Поэтому каждая принципиальная схема водогрейной котельной помимо прочих элементов содержит в себе еще и блок автоматического управления, с помощью которого решают следующие задачи:

• Оптимизирует температуру нагрева в зависимости от времени года. Ведь летом приятнее пользоваться теплой водой, а зимой в СГВ должна циркулировать по-настоящему горячая жидкость.
• Управляют работой «контурами» отопительно-водонагревательного котла. Ведь большинство моделей оборудованы лишь одной «камерой сгорания». То есть, в рабочем состоянии находится либо отопительная, либо водонагревательная ветвь.
• Управляют температурными режимами не только водонагревателя, но и отопительного блока. Ведь дневные и ночные режимы стоит применять и на отопительной, и на водонагревательной ветви.
• Корректируют работу насосов и систем циркуляции и/или рециркуляции в закрытой схеме. Причем без этой функции работа закрытой системы нагрева воды не возможна в принципе. То есть, определенный набор микросхем или механических управляющих элементов есть в любой закрытой схеме водонагревательного котла.

Причем блок автоматического управления может работать в трех режимах, а именно:

• В формате приоритета системы горячего водоснабжения. То есть, когда вся мощность идет на водонагревательный контур. Обычно этот режим задействован в теплое время года.
• В формате смешанной работы, когда функционирует либо отопительная ветвь, либо водонагреватель. Такой режим поддерживается при проточном нагреве воды, осуществляемом по открытой схеме.
• В формате работы без приоритетов, когда большая часть энергии уходит на отопительный контур, а некоторая часть расходуется на обогрев воды. Этот вариант управления рекомендован для закрытых систем подогрева воды.

Разумеется, все вышеупомянутые режимы можно реализовать даже в формате одного устройства. Поэтому систему нагрева воды с помощью котла удается реализовать и в проточном формате (прямой нагрев открытого типа в двухконтурном котле) или в накопительном формате (косвенный нагрев закрытого типа в расширительном баке).

Эта особенность водонагревательных котельных дает возможность экономить энергию и зимой, и летом. Ведь в холодное время года можно воспользоваться косвенным нагревом от размещенного в баке паропровода. А в теплое время года можно черпать горячую воду прямо из нагревательного контура котла.

Защита водогрейных котлов от коррозии

В заключении необходимо отметить, что водогрейный контур котла системы отопления подвержен большим коррозийным нагрузкам, чем сама система обогрева жилища. Дымовые газы могут повредить теплообменник, по которому циркулирует разогретая вода.

Поэтому, в целях нивелирования влияния катализаторов коррозийных процессов, теплоноситель на входе в теплообменник котла нужно разогревать до 60-70 градусов Цельсия.

Правда, эта мера предосторожности оправдана только в случае использования стальных теплообменников, изготовленных из конструкционной стали. Медные или нержавеющие теплообменники от коррозии не страдают.

количество удаленного воздуха;

10. Объем воды, проходящей через эжектор,

определяется по формуле

где V В - объемный расход паровоздушной смеси, м 3 /ч;

Vp-мный расход рабочей воды, м 3 / ч:

Исходя из подсчитанных величин абсолютного давления рр=3,77 ат и расхода воды Vp=55,9 м3! производится выбор насосов. Скорость воды на выходе из сопла "14 мм в рассмотренном случае соста­вит 100 м/сек. Следует отметить, что при других кон­структивных размерах эжектора результа­ты подсчета были бы иными.

ТЕПЛОВЫЕ СХЕМЫ ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЕЛЬНЫХ ТЕПЛОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ 45-90-150 Гкал/ч

Тепловые схемы котельных раз­работаны как для закрытой систе­мы теплоснабжения, так и для схе­мы с непосредственным водоразбором на горячее водоснабжение. Выбор оборудования и тепловые схемы выполнены для случая, ког­да котельные работают как основ­ные источники теплоснабжения. В настоящем параграфе рассмат­риваются также основные условия работы котельных и при пиковом режиме в блоке с ТЭЦ. Тепловые схемы котельных для закрытой системы теплоснабжения Принципиальная тепловая схе­ма котельных, работающих на закрытую систему тепловых сетей, представлена на рис. Вода из обратной линии тепловых сетей по­ступает на всас сетевых насосов 2. Сюда же подается добавочная во­да, подаваемая насосами подпиточной воды 3, и охлажденная котло­вая вода после теплообменников химически очищенной воды 5 и ма­зутных подогревателей.

Насосы сетевой воды 2 подают воду к котлам 1. Сюда же рециркуляционнме насосы 4 подают необхо­димое количество горячей воды для получения на входе в котлы воды (^температурой 70° С. Одновремен­но с этим часть воды из обратной линии сети, минуя котлы, поступает по линии перепуска в прямую ма­гистраль.

Рис. 6-13. Принципиальная тепловая схема котельной для закрытой системы

теплоснабжения. 1-водогрейный котел; 2-насос сетевой воды; 3-подпиточный насос; 4-рециркуляционный на­сос; 5-теплообменник химически очищенной воды; 6 - насос сырой воды; 7 - теплообменник сырой воды; 8 - деаэраторный бак;

9 - деаэрационная колонка; 10 - газоводяной эжектор; 11-рас­ходный бак;

12- охладитель выпара; 13- регулятор температуры; 14- регулятор расхода.

Горячая вода из котлов смеши­вается с обратной, водой и поступа­ет в прямую магистраль теплосети с заданной графиком регулирова­ния температурой.

Добавок сетевой воды, обуслов­ленный потерями в сетях и котель­ной, под напором насосов 6 посту­пает в теплообменник 7, где с по­мощью выпара деаэраторов и рабо­чей жидкости для эжекторов нагре­вается до 20° С.

После химводоочистки добавоч­ная вода нагревается котловой во­дой в теплообменниках 5 до 70° С и направляется в колонку вакуум­ного деаэратора 9. Вода из деаэраторного бака 8 забирается подпиточными насосами 3 и подается на подпитку тепловых сетей и (после охлаждения) на эжекторы. Вода из эжекторов сливается в расходный бак 11 и оттуда подсасывается в ко­лонку деаэратора 9. Абсолютное давление в деаэраторе равно 0,3 ат.

Исходные данные для расчета тепловых схем котельных

Тепловые схемы котельных, как уже упоминалось, разработаны ис­ходя из условия снабжения теплом потребителей по закрытой схеме.

Котельные предназначены для снабжения теплом в виде горячей воды по графику 150-70° С систем отопления, вентиляции и бытового горячего водоснабжения жилых, об­щественных и промышленных зда­ний без отбора воды из сети.

Соотношение отопительновентиляционных нагрузок и нагрузок горяче­го водоснабжения принято равным

при этом среднеча­совой за сутки (расчетный) расход тепла на горячее водоснабжение со­ставляет 16% полной теплопроизводительности котельной.

Все установленные в котельной котлы работают по температурному графику 150-70 С.

Для обеспечения возможности разогрева мазута и подогрева до­бавочной воды, а также для умень­шения количества рециркулирующей воды в контуре горячая вода за котлами должна иметь темпера­туру не ниже 120° С. График работы котлов отличает- ся от температурного графика на­ружных сетей.

Температура прямой сетевой воды поддерживается в зависимо­сти от температуры наружного воз­духа. Минимальная температура прямой сетевой воды определяется из условия, что покрытие нагрузок бытового горячего водоснабжения осуществляется за счет подогрева у абонентов водопроводной воды в теплообменниках, обогреваемых сетевой водой.

Для получения в сети горячего водоснабжения воды с температу­рой 60° С минимальная температу­ра греющей воды должна быть 70° С (точка перелома графика соответствует t н =+2,5°С).

Во избежание коррозии поверх­ностей нагрева котла при работе на мазуте температура воды на входе в котел должна быть не ни­же 70° С. Это достигается путем подмешивания нагретой в котлах воды к воде, входящей в котел. С помощью рециркуляции поддер­живается примерно постоянный про­пуск воды через каждый котел, рав­ный 0.7-1 - номинального расхода. Поддерживается постоянный рас­ход воды в прямой магистрали теп­ловых сетей.

Расчеты тепловых схем котельных выполнены для Московской области.

Климатические показатели:

1.Расчетная температура наружного воздуха для систем отопления-26° С

2. Средняя температура наруж­ного воздуха за отопительный период5,3° С

3. Средняя температура самого хо­лодного месяца...... .-10,2° С

4. Средняя продолжительность отопительногопериода... 186 суток

Ниже в табл. 6-5 приведены данные расчетов тепловых схем котель­ных для различных режимових работы. На основании этих данных производится выбор вспомогатель­ного оборудования котельных с за­крытой схемой (табл. 6-6).

Тепловые схемы с непосредственным водоразбором на горячее водоснабжение

При непосредственном водоразборе вода, подготовленная в ко­тельной, не только является тепло­носителем, но и разбирается из сети для нужд горячего водоснаб­жения.

Разбор воды на горячее водо­снабжение производится непосред­ственно из трубопроводов тепловойсети: при низких температурах на­ружного воздуха - только из об­ратной линии, при высоких темпе­ратурах наружного воздуха - толь­ко из прямой линии, в остальное время из прямой и обратной ли­ний.

Общая часть

Котельные с водогрейными котлами могут сооружаться для отпуска теплоты только в виде горячей воды при сжигании твер­дого, газообразного и жидкого топлива. Жидкое топливо обычно поступает в автоцистернах, т. е. в разогретом состоянии. Эти котельные могут работать как на закрытую, так и на открытую систему теплоснабжения.

Основной целью расчета любой тепловой схемы котельной яв­ляется выбор основного и вспомогательною оборудования с оп­ределением исходных данных для последующих технико-экономи­ческих расчетов.

При разработке и расчете тепловых схем котельных с водо­грейными котлами необходимо учитывать особенности их конструкции и эксплуатации.

Рис.1Схемы включения деаэраторов: а- вакуумного; б-атмосферного; в - атмосферного с охладителем деаэрированной воды

/ _ водоструйный эжектор; 2 - охладитель выпара; 3 - водо-водяной теплообменник; 4 - химически очищенная вода; 5 - деаэратор; 6 - горячая вода из прямой линии; 7 - охладитель деаэрированной воды; 8 - бак деаэрированной воды; 9 - подпиточный насос

Надежность и экономичность водогрейных котлов зависит от постоянства расхода воды через них, который не должен снижаться относительно установленного заводом-изгото- вителем. Во избежание низкотемпературной и сернокислотной коррозии конвективных поверхностей нагрева температура воды на входе в котел при сжигании топлив, не содержащих серу, дол­жна быть не менее 60 °С, малосернистых топлив не менее 70 °С и высокосернистых топлив не менее 110 °С. Для повышения тем­пературы воды на входе в водогрейный котел при температурах воды ниже указанных устанавливается рециркуляционный насос. \/ В котельных с водогрейными котлами часто устанавливаются вакуумные деаэраторы. Однако вакуумные деаэраторы требуют при эксплуатации тщательного надзора, поэтому в ряде котельных предпочитают устанавливать деаэраторы атмосферного типа.

Применяемые схемы включения вакуумных деаэраторов и де­аэраторов атмосферного типа показаны на рис. 1.

На рис. 1, а показан деаэратор, работающий при абсолют­ном давлении 0,03 МПа. Вакуум в нем создается водоструйным эжектором. Подпиточная вода после химводоочистки подогрева­ется в водо-водяном подогревателе горячей водой из прямой ли­нии с температурой 130-150 °С. Выделившийся пар борботирует поток деаэрируемой воды и направляется в охладитель вы­пара. Температура воды после деаэратора 70 °С.

На рис. 1, б показана схема деаэрации при давлении 0,12 МПа, т. е. выше атмосферного. При этом давлении темпера тура воды в деаэраторе 104 °С. Перед подачей в деаэратор хими­чески очищенная вода предварительно подогревается в водоводяном теплообменнике.

На рис. 1, в показана аналогичная схема деаэрации подпиточной воды, отличающейся от описанной тем, что после деаэрационной колонки вода поступает в охладитель деаэрированной воды, подогревая химически очищенную воду. Затем химически очищенная вода направляется в теплообменник, установленный перед деаэратором. Температура воды после охладителя деаэри­рованной воды обычно принимается равной 70 °С.

Перед расчетом тепловой схемы котельной, работающей на закрытую систему теплоснабжения, следует выбрать схему при­соединения к системе теплоснабжения местных теплообменников, приготовляющих воду для нужд горячего водоснабжения. В на­стоящее время в основном применяются три схемы присоединения местных теплообменников, показанные на рис. 2.

На рис. 2, а показана схема параллельного присоединения местных теплообменников горячего водоснабжения с системой отопления потребителей. На рис. 2, б, в показаны двухступен­чатая последовательная и смешанная схемы включения местных теплообменников горячего водоснабжения. В соответствии со СНиП 11-36-73 выбор схемы присоединения местных теплообменников горячего водоснабжения производится в зависимости от отношения максимального расхода теплоты на горячее водоснабжение к максимальному расходу теплоты на отопление. При Q гв / Q о ≤0 ,06 присоединение местных тепло­обменников производится по двухступенчатой последовательной схеме; при 0,6 < Q гв / Q о ≤1,2 - по двухступенчатой смешан­ной схеме; при Q гв / Q о ≥1.2-по параллельной схеме. При двухступенчатой последовательной схеме присоединения местных теплообменников должно предусматриваться переключение тепло­обменников на двухступенчатую смешанную схему.

Расчет тепловой схемы котельной базируется на решении уравнений теплового и материального баланса, составляемых для каждого элемента схемы. Увязка этих уравнений производится в конце расчета в зависимости от принятой схемы котельной. При расхождении предварительно принятых в расчете величин с по­лученными в результате расчета более чем на 3 % расчет следует повторить, подставив в качестве исходных данных полученные зна­чения.

Расчет тепловой схемы котельной с водогрейными котлами, работающей на закрытую систему теплоснабжения для трех режимов работы котельной

Котельная предназначена для тепло­снабжения жилых и общественных зданий на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Котельная расположена в г. и работает на малосернистом мазуте. Расчет в соот­ветствии со СНиП 11-35-76 ведется для трех режимов: максималь­но-зимнего, наиболее холодного месяца и летнего. Для горячего водоснабжения принята двухступенчатая последовательная схема подогрева воды у абонентов. Деаэрация химически очищенной воды производится в деаэраторе при давлении 0,12 МПа. Тепловые сети работают по температурному графику 150/70. Основные исходные и принятые для расчета данные приведены в задании на курсовую работу.

При расчете тепловой схемы в нижеуказанной последователь­ности определяются:

1.Коэффициент снижения расхода теплоты на отопление и вентиляцию

К ов =

2.Температура воды в подающей линии на нужды отопления и вентиляции для режима наиболее холодного месяца

t 1 = 18 + 64,5 К ов 0,8 + 67,5 К ов = 115.077

3.Температура обратной сетевой воды после систем отопления и вентиляции для режима наиболее холодного месяца

t 2 = t 1 - 80К ов = 58.197

4.Отпуск теплоты на отопление и вентиляцию для максимально-зимнего режима Q О.В = Q о +Q В =42+6.7=48.7

для режима наиболее холодного месяца

Q О.В = (Q о +Q В) К ов = (42+67)*0.711=34.625

5.Суммарный отпуск теплоты на нужды отопления, вентиля­ции и горячего водоснабжения:

8.Тепловая нагрузка подогревателя второй ступени для режима наиболее холодного месяца:

Q 11 г.в = G потр г.в - Q 1 г.в =12-5.24=6.76МВт

9.Расход сетевой воды на местный теплообменник второй ступени, т. е. на горячее водоснабжение, для режима наиболее холодного месяца:

10.Расход сетевой воды на местный теплообменник для лет­него режима:

G л г.в =

11. Расход сетевой воды на отопление и вентиляцию:

для максимально-зимнего режима

для режима наиболее холодного месяца

G о.в = =523.13 т/ч

12. Расход сетевой воды на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение: для максимально- зимнего режима

G вн = G о.в + G г.в =523.52+0=523.52

для режима наиболее холодного месяца

G вн = G о.в + G г.в = 523.52+102.20=625.72

для летнего режима

G вн = G о.в + G г.в = 0+140.72=140.72

13. Температура обратной сетевой воды после внешних потребителей:

t под обр = t 2 - 70 – =28.47

для режима наиболее холодного месяца

t под обр = t 2 - 58.197 –

для летнего режима

t под обр = t 1 - t 1 –

14. Расход подпиточной воды для восполнения утечек в тепловой сети внешних потребителей:

для максимально - зимнего режима

G ут = 0,01К тс G вн =0.01*1.8*523.52=9.42 т/ч

для режима наиболее холодного месяца

G ут = 0,01К тс G вн = 0.01*1.8*625.72=11.26 т/ч

для летнего режима

G ут = 0,01К тс G вн =0.01*2*140.72=2.81 т/ч

15. Расход сырой воды, поступающей на химводоочистку:

для максимально - зимнего режима

G с.в = 1,25 G ут = 1.25*9.42=11.77 т/ч

для режима наиболее холодного месяца

G с.в = 1,25 G ут =1.25*11.26=14.07 т/ч

для летнего режима

G с.в = 1,25 G ут = 1.25*13.28=16.6 т/ч

16. Температура химически очищенной воды после охладителя деаэрированной воды:

для максимально - зимнего режима

t II х.о.в = t I х.о.в = 20=48.53

для режима наиболее холодного месяца

t II х.о.в = t I х.о.в, = 20=54.10

для летнего режима

t II х.о.в = t I х.о.в = 20=60.22

17. Температура химически очищенной воды, поступающей в деаэратор:

для максимально - зимнего режима

t д х.о.в = t II х.о.в = 48.53=67.23

для режима наиболее холодного месяца

t д х.о.в = t II х.о.в = 54.10=72.80

для летнего режима

t д х.о.в = t II х.о.в = 60.22=78.92

18. Проверяется температура сырой воды перед химводоочисткой:

для максимально - зимнего режима

t I х.о.в = t с.в = 5=20.81

для режима наиболее холодного месяца

t I х.о.в = t с.в, = 15=18.2

для летнего режима

t I х.о.в = t с.в 15=16.5

19. Расход греющей воды на деаэратор:

для максимально - зимнего режима

G гр д = =1.60 т/ч

для режима наиболее холодного месяца

G гр д = = =2.46 т/ч

для летнего режима

G гр д = = =0.13 т/ч

20. Проверяется расход химически очищенной воды на подпитку тепловой сети:

для максимально - зимнего режима

G х.о.в = G ут - G г.в д = 9.42-1.60=7.82 т/ч

для режима наиболее холодного месяца

G х.о.в = G ут - G г.в д =11.26-2.46=8.8 т/ч

для летнего режима

G х.о.в = G ут + G г.в д = 2.81-0.13=2.67 т/ч

21. Расход теплоты на подогрев сырой воды:

для максимально - зимнего режима

Q с.в = 0,00116 = 0,00116

для режима наиболее холодного месяца

Q с.в = 0,00116 =0,00116

для летнего режима

Q с.в = 0,00116 = 0,00116

22. Расход теплоты на подогрев химически очищенной воды:

для максимально - зимнего режима

Q х.о.в = 0,00116 = 0,00116

для режима наиболее холодного месяца

Q х.о.в = 0,00116 = 0,00116

для летнего режима

Q х.о.в = 0,00116 = 0,00116

23. Расход теплоты на деаэратор:

для максимально - зимнего режима

Q д = 0,00116 = 0,00116

для режима наиболее холодного месяца

Q д = 0,00116 = 0,00116

для летнего режима

Q д = 0,00116 =0,00116

24. Расход теплоты на подогрев химически очищенной воды в охладителе деаэрированной воды:

для максимально - зимнего режима

Q охл = 0,00116 = 0,00116

для режима наиболее холодного месяца

Q охл = 0,00116 = 0,00116

для летнего режима

Q охл = 0,00116 = 0,00116

25. Суммарный расход теплоты, который необходимо получить в водогрейных котлах:

для максимально - зимнего режима

∑Q = Q +Q с.в +Q х.о.в +Q д - Q охл =60.7+0.22+0.17+0.15-0.25=60.99 МВт

для режима наиболее холодного месяца

∑Q = Q +Q с.в +Q х.о.в +Q д - Q охл = 53.3+0.21+0.19+0.23-0.37=53.56

для летнего режима

∑Q = Q +Q с.в +Q х.о.в +Q д - Q охл =9+0.02+0.05+0.007-0.13=8.94 МВт

26.Расход воды через водогрейные котлы:

для максимально - зимнего режима

G к = =

для режима наиболее холодного месяца

G к = =

для летнего режима

G к = =

27.Расход воды на рециркуляцию:

для максимально - зимнего режима

G рец = =

для режима наиболее холодного месяца

для летнего режима

28. Расход воды по перепускной линии:

для максимально - зимнего режима

G пер = =

для режима наиболее холодного месяца

для летнего режима

29. Расход сетевой воды от внешних потребителей через обратную линию:

для максимально - зимнего режима

G обр = G вн - G ут = 523.52-9.42=514.1 т/ч

для режима наиболее холодного месяца

G обр = G вн - G ут = 625.72-11.26=614.46 т/ч

для летнего режима

G обр = G вн - G ут = 140.72-2.81=137.91 т/ч

30. Расчетный расход воды через котлы:

для максимально - зимнего режима

G к ׳ = G вн + G гр под + G рец – G пер =523.52+5+224.04-0=752.56 т/ч

для режима наиболее холодного месяца

G к ׳ = G вн + G гр под + G рец – G пер = 625.72+5+111.20-220.37=521.55

для летнего режима

G к ׳ = G вн + G гр под + G рец – G пер = 140.72+0.7+81.37-66.30=154.49

31. Расход воды, поступающей к внешним потребителям по прямой линии:

для максимально - зимнего режима

G ׳ = G к ׳ - G гр д – G гр под - G рец + G пер = 752.56-1.60-224.04+0+5=531.9

для режима наиболее холодного месяца

G ׳ = G к ׳ - G гр д – G гр под - G рец + G пер = 521.55-2.46-111.20+220.37+5=633.26

для летнего режима

G ׳ = G к ׳ - G гр д – G гр под - G рец + G пер = 156.49-0.133-81.37+66.30+0.7=141.98

32. Разница между найденными ранее и уточненным расходом воды

внешними потребителями:

для максимально - зимнего режима

100% = 100%=1.60

для режима наиболее холодного месяца

100% = 100%=1.20

для летнего режима

100% = 100%=0.89

При расхождении, меньшем 3%, расчет считается оконченным.

Сводные данные результатов расчета тепловой схемы при­ведены в таблице.

.

Физическая	Обо­	Номер	Значение величины при характерных режимах работы котельной
величина	зна­ чение	формулы	макси­ мально- зимнем	наиболее холодного месяца	лет­ нем
Коэффициент снижения расхода теплоты на отопление и вентиля­цию	Ко.в	(1)		0.7
Температура воды в подающей линии на нужды отопления и вен­тиляции, °С	t 1	(2)		115.07
Температура обратной сетевой воды после систем отопления и вен­тиляции, °С	t 2	(3)		58.1
после систем отопления и вен­тиляции, °С Отпуск теплоты на отопление и вентиляцию, МВт	Q о.в	(4)	48.7	34.6
Суммарный отпуск теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение, МВт	Q	(5)	60.7	53.3
Расход воды в подающей линии на отопление, вентиляцию и горя­чее водоснабжение, т/ч	G вн	(12)	523.52	625.72	140.72
Температура обратной воды по­сле внешних потребителей, °С		(13)	28.47	50.85	56.12
Расход подпиточной воды для восполнения утечек в теплосети внешних потребителей, т/ч	G ут	(14)	9.42	11.26	2.81
Количество сырой воды, посту­пающей на химводоочистку, т/ч	G с.в	(15)	11.77	14.07	16.6
Температура химически очи­щенной воды после охладителя деаэрированной воды, °С		(16)	48.53	54.10	60.22
Температура химически очищен­ной воды, поступающей в деаэра­тор, °С		(17)	67.23	72.80	78.92
Расход греющей воды на деаэ­ратор, т/ч Суммарный расход теплоты, необходимый в водогрейных котлах, МВт Расход воды через водогрейные котлы, т/ч	G гр д	(19)	1.60	2.46	0.134
∑Q	(25)	60.9	53.5	8.9
G к	(26)	655.6	575.7	153.8
Расход воды на рециркуляцию, т/ч Расход воды по перепускной линии, т/ч		(10.31)
G рец G пер	(27) (28)	224.04	111.20 220.3	81.37 66.3
Расход воды через обратную линию, т/ч	G обр	(29)	514.1	614.4	137.9
Расчетный расход воды через котлы	G к ׳	(30)	752.2	521.5	156.4

Сводная таблица расчета тепловой схемы котельной с водогрейными котлами

По своему назначению котельные малой и средней мощности делятся на следующие группы: отопительные, предназначенные для теплоснабжения систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения жилых, общественных и других зданий; производственные, обеспечивающие паром и горячей водой технологические процессы промышленных предприятий; производственно-отопительные, обеспечивающие паром и горячей водой различных потребителей. В зависимости от вида вырабатываемого теплоносителя котельные делятся на водогрейные, паровые и пароводогрейные.

В общем случае котельная установка представляет собой совокупность котла (котлов) и оборудования, включающего следующие устройства. Подачи и сжигания топлива; очистки, химической подготовки и деаэрации воды; теплообменные аппараты различного назначения; насосы исходной (сырой) воды, сетевые или циркуляционные – для циркуляции воды в системе теплоснабжения, подпиточные – для возмещения воды, расходуемой у потребителя и утечек в сетях, питательные для подачи воды в паровые котлы, рециркуляционные (подмешивающие) ; баки питательные, конденсационные, баки-аккумуляторы горячей воды; дутьевые вентиляторы и воздушный тракт; дымососы, газовый тракт и дымовую трубу; устройства вентиляции; системы автоматического регулирования и безопасности сжигания топлива; тепловой щит или пульт управления.

Тепловая схема котельной зависит от вида вырабатываемого теплоносителя и от схемы тепловых сетей, связывающих котельную с потребителями пара или горячей воды, от качества исходной воды. Водяные тепловые сети бывают двух типов: закрытые и открытые. При закрытой системе вода (или пар) отдает свою теплоту в местных системах и полностью возвращается в котельную. При открытой системе вода (или пар) частично, а в редких случаях полностью отбирается в местных установках. Схема тепловой сети определяет производительность оборудования водоподготовки, а также вместимость баков-аккумуляторов.

В качестве примера приведена принципиальная тепловая схема водогрейной котельной для открытой системы теплоснабжения с расчетным температурным режимом 150- 70°С. Установленный на обратной линии сетевой (циркуляционный) насос обеспечивает поступление питательной воды в котел и далее в систему теплоснабжения. Обратная и подающая линии соединены между собой перемычками – перепускной и рециркуляционной. Через первую из них при всех режимах работы, кроме максимального зимнего, перепускается часть воды из обратной в подающую линию для поддержания заданной температуры.

По условиям предупреждения коррозии металла температура воды на входе в котел при работе на газовом топливе должна быть не ниже 60 °С во избежание конденсации водяных паров, содержащихся в уходящих газах. Так как температура обратной воды почти всегда ниже этого значения, то в котельных со стальными котлами часть горячей воды подается в обратную линию рециркуляционным насосом.

В коллектор сетевого насоса из бака поступает подпиточная вода (насос, компенсирующая расход воды у потребителей). Исходная вода, подаваемая насосом, проходит через подогреватель, фильтры химводоочистки и после умягчения через второй подогреватель, где нагревается до 75- 80 °С. Далее вода поступает в колонку вакуумного деаэратора. Вакуум в деаэраторе поддерживается за счет отсасывания из колонки деаэратора паровоздушной смеси с помощью водоструйного эжектора. Рабочей жидкостью эжектора служит вода, подаваемая насосом из бака эжекторной установки. Пароводяная смесь, удаляемая из деаэраторной головки, проходит через теплообменник – охладитель выпара. В этом теплообменнике происходит конденсация паров воды, и конденсат стекает обратно в колонку деаэратора. Деаэрированная вода самотеком поступает к подпиточному насосу, который подает ее во всасывающий коллектор сетевых насосов или в бак подпиточной воды.

Подогрев в теплообменниках химически очищенной и исходной воды осуществляется водой, поступающей из котлов. Во многих случаях насос, установленный на этом трубопроводе (показан штриховой линией), используется также и в качестве рециркуляционного.

Если отопительная котельная оборудована паровыми котлами, то горячую воду для системы теплоснабжения получают в поверхностных пароводяных подогревателях. Пароводяные водоподогреватели чаще всего бывают отдельно стоящие, но в некоторых случаях применяются подогреватели, включенные в циркуляционный контур котла, а также надстроенные над котлами или встроенные в котлы.

Показана принципиальная тепловая схема производственно-отопительной котельной с паровыми котлами, снабжающими паром и горячей водой закрытые двухтрубные водяные и паровые системы теплоснабжения. Для приготовления питательной воды котлов и подпиточной воды тепловой сети предусмотрен один деаэратор. Схема предусматривает нагрев исходной и химически очищенной воды в пароводяных подогревателях. Продувочная вода от всех котлов поступает в сепаратор пара непрерывной продувки, в котором поддерживается такое же давление, как и в деаэраторе. Пар из сепаратора отводится в паровое пространство деаэратора, а горячая вода поступает в водоводяной подогреватель для предварительного нагрева исходной воды. Далее продувочная вода сбрасывается в канализацию или поступает в бак подпиточной воды.

Конденсат паровой сети, возвращенный от потребителей, подается насосом из конденсатного бака в деаэратор. В деаэратор поступает химически очищенная вода и конденсат пароводяного подогревателя химически очищенной воды. Сетевая вода подогревается последовательно в охладителе конденсата пароводяного подогревателя и в пароводяном подогревателе.

Во многих случаях в паровых котельных для приготовления горячей воды устанавливают и водогрейные котлы, которые полностью обеспечивают потребность в горячей воде или являются пиковыми. Котлы устанавливают за пароводяным подогревателем по ходу воды в качестве второй ступени подогрева. Если пароводогрейная котельная обслуживает открытые водяные сети, тепловой схемой предусматривается установка двух деаэраторов – для питательной и подпиточной воды. Для выравнивания режима приготовления горячей воды, а также для ограничения и выравнивания давления в системах горячего и холодного водоснабжения в отопительных котельных предусматривают установку баков-аккумуляторов.

Тягодутьевые установки по схеме применения бывают: общие – для всех котлов котельной; групповые – для отдельных групп котлов; индивидуальные – для отдельных котлов. Общие и групповые установки должны иметь два дымососа и два дутьевых вентилятора. Индивидуальные установки по условиям регулирования их работы при изменении производительности котла являются наиболее желательными.

Если загородный дом используют не просто для летнего отдыха, а для круглогодичного постоянного проживания, стоит задуматься об устройстве частной котельной. Правильно сконструированная и смонтированная котельная установка сможет обслуживать все необходимые коммуникации: системы отопления, снабжение горячей и холодной водой, вентиляцию. Чтобы не допустить ошибок в монтаже оборудования и грамотно рассчитать технические нюансы, предварительно должна быть составлена тепловая схема котельной с указанием основных аппаратов и материалов.

Общие положения по проектированию

Каждый шаг монтажа котельной установки должен быть продуман, поэтому не стоит самостоятельно пытаться проектировать коммуникации и заниматься установкой оборудования, лучше обратиться к специалистам, которые имеют огромный опыт в монтаже инженерных систем для частных коттеджей. Они дадут ряд ценных подсказок, например, помогут выбрать наиболее оптимальную модель котла и определить место его установки.

Предположим, для небольшого дачного дома достаточно настенного аппарата, который без труда расположится на кухне. Двухэтажный коттедж, соответственно, нуждается в специально выделенном помещении, которое обязательно оборудуется вентиляцией, отдельным выходом и окном. Места должно быть достаточно для размещения остальных составляющих: насосов, соединительных элементов, труб и др.

Процесс проектирования котельной для частного дома включает в себя несколько пунктов:

• подготовка схемы котельной относительно расположения внутри дома;
• схема распределения оборудования с указанием основных технических характеристик;
• спецификация на используемые материалы и оборудование.

Кроме приобретения компонентов системы и их монтажа, а также графических работ, среди которых должна присутствовать принципиальная схема, профессионалы помогут с оформлением необходимых документов.

Пример принципиальной схемы водогрейной котельной: I – котел; II – испаритель воды; III – подогреватель исходной воды; IV – тепловой двигатель; V – конденсатор; VI – подогреватель (дополнительный); VII – аккумуляторный бак

Подробнее о принципиальной схеме котельной

Грамотно составленный графический чертеж должен отражать в первую очередь все механизмы, приборы, аппараты и соединяющие их трубы. Стандартные схемы котельных частных домов включают совокупность котлов, рециркуляционных, подпиточных и сетевых насосов, аккумуляторных и конденсационных баков, устройств подачи топлива и его сжигания, аппаратов для деаэрации воды, теплообменников, вентиляторов, пультов управления, тепловых щитов. На выбор и расположение оборудования оказывают влияние вид теплоносителя и тепловые коммуникации, а также качество используемой воды.

В процессе составления схемы водогрейной котельной необходимо следить за соответствием технических характеристик оборудования, которые должны отвечать требованиям выбранного температурного режима

Тепловые сети, работающие на воде, можно разделить на две группы:

• открытые, в которых жидкость отбирается в местных установках;
• закрытые, в которых вода, отдав теплоту, возвращается в котел.

Образцом принципиальной схемы может служить пример водогрейной котельной открытого типа. На обратной линии установлен циркуляционный насос, который обеспечивает доставку воды в котел и дальше по системе. Расчетный температурный режим данной схемы – 155-70°С. Два типа перемычек (рециркуляционая и перепускная) соединяют две основные линии – подающую и обратную.

Принципиальная схема котельной: 1 – насос сетевой; 2 – насос подпиточный; 3 – бак подпиточной воды; 4 – насос исходной воды; 5 – насос подачи; 6 – расходный бак; 7 – эжектор; 8 – охладитель; 9 – деаэратор вакуумный; 10 – подогреватель очищенной воды; 11 – очистительный фильтр; 12 – подогреватель исходной воды; 13 – котел водогрейный; 14 – насос рециркулярный; 15 – перепуск

В связи с возникновением дымовых газов может появиться коррозия металлических покрытий сернокислого или низкотемпературного происхождения. Чтобы избежать ее появления, следует контролировать температуру воды. Оптимальное значение на входе в котел - 60-70˚С. Чтобы повысить температуру до требуемых параметров, необходимо установить рециркулярный насос.

Чтобы водогрейные котлы служили долго, исправно и экономично, следует следить за постоянством расхода воды. Минимальное значение расхода устанавливает компания-изготовитель оборудования.

Для лучшей работы котельных установок используют вакуумные деаэраторы. Водоструйный эжектор создает вакуум, а выделяемый пар используется для деаэрации.

Автоматизация работы котельного оборудования

Глупо было бы не воспользоваться возможностями, которые облегчают эксплуатацию отопительных систем. Автоматика позволяет использовать набор программ, которые управляют тепловыми потоками в зависимости от режима дня, погодных условий, а также помогают дополнительно обогревать отдельные помещения, например, бассейн или детскую.

Пример принципиальной автоматизированной схемы: автоматический режим работы котельной контролирует эксплуатацию контуров рециркуляции воды, вентиляции, нагревания воды, теплообменником, 2 контурами теплого пола, 4 контурами отопления здания

Существует перечень пользовательских функций, адаптирующих работу оборудования в зависимости от образа жизни обитателей дома. Например, кроме стандартной программы обеспечения горячей водой, существует комплекс индивидуальных решений, которые являются более удобными и даже экономными для жильцов. По этой причине может быть разработана схема автоматизации котельной с выбором одного из популярных режимов.

Программа «Спокойной ночи»

Доказано, что оптимальная ночная температура воздуха в помещении должна быть на несколько градусов ниже дневной, то есть идеальный вариант – на время сна понизить температуру в спальне примерно на 4°С. В то же время человек испытывает дискомфорт, пробуждаясь в непривычно прохладном помещении, следовательно, рано утром температурный режим необходимо восстановить. Неудобства легко решаются с помощью автоматического переключения системы обогрева на ночной режим и обратно. Контроллерами, регулирующими ночные часы, занимаются компании DE DIETRICH и BUDERUS.

Система приоритетов горячего водоснабжения

Автоматическое регулирование потоками горячей воды также является одной из функций общей автоматизации оборудования. Оно делится на три вида:

• приоритетное, при котором во время пользования горячей водой полностью отключается система отопления;
• смешанное, когда мощности котла разграничиваются на обслуживание нагрева воды и обогрева дома;

неприоритетное, при котором обе системы действуют сообща, но на первом месте – обогрев здания.

Автоматизированная схема: 1 – котел водогрейный; 2 – насос сетевой; 3 – насос исходной воды; 4 – подогреватель; 5 – блок ХВО; 6 – насос подпиточный; 7 – блок деаэрации; 8 – охладитель; 9 – подогреватель; 10 – деаэратор; 11 – охладитель конденсата; 12 – насос рециркуляционный

Низкотемпературные режимы работы

Переход на низкотемпературные программы становится основным направлением последних разработок производителей котельных. Преимуществом данного подхода является экономический нюанс – уменьшение расхода потребляемого топлива. Как раз автоматика позволяет регулировать температуру, выбирать верный режим и тем самым снижать уровень нагрева. Все перечисленные пункты необходимо учитывать на этапе составления тепловой схемы водогрейной котельной.