К.т.н. О.Д.Самарин, доцент,
Московский государственный строительный университет, г. Москва
В статье приводятся достаточно простые и точные соотношения для коэффициента часовой неравномерности потребления горячей воды, необходимого при расчете теплообменного оборудования систем горячего водоснабжения (ГВС) и тепловых сетей.
Как известно, теплообменные аппараты для подогрева воды в системах ГВС, а также трубопроводы наружных тепловых сетей в случае несвязанного регулирования подачи теплоты на ГВС и нужды отопления и вентиляции рассчитываются на максимальные часовые расходы горячей воды и, соответственно, теплоты . При этом часто используется понятие коэффициента часовой неравномерности потребления горячей воды K h , с помощью которого можно определить требуемый расход через нормативное среднесуточное водопотребление.
Для параметра K h нетрудно записать выражение, исходя из правил вычисления секундных и часовых расходов воды в соответствии с с учетом выводов, полученных автором в работе и позволяющих предложить аналитические зависимости:
Такие зависимости были бы весьма полезны как в практике проектирования, так и с точки зрения упрощения учебного процесса. Они не требуют обращения к справочным таблицам и номограммам, что весьма ценно, поскольку их использование как источника данных достаточно удобно лишь при ручных расчетах.
Произведение NP, играющее роль математического ожидания числа одновременно включенных санитарно-технических приборов, для объекта в целом может быть найдено по очевидному выражению:
В этом случае обеспеченность расхода воды, соответствующего такому количеству включений, т.е. вероятность того, что фактический расход не превысит произведения расхода воды одним прибором на параметр NP, равна 0,5.
Здесь q h ru - расход горячей воды на одного потребителя в час наибольшего водопотребления, л/ч; q h hr , m - средний расход горячей воды в час на одного потребителя за неделю отопительного периода, л/ч; q h hr , mh =q h um /24, где q h um - средний за неделю отопительного периода расход горячей воды в сутки на одного потребителя, л/сут. Параметр U представляет собой общее число потребителей горячей воды на объекте, а величина q o , hr - часовой расход горячей воды одним санитарно-техническим прибором (диктующим), л/ч . При этом необходимо отметить, что для определения коэффициента часовой неравномерности сама по себе вероятность включения водоразборных устройств P, как, впрочем, и общее число приборов на объекте N, прямого значения не имеют, поскольку во все расчетные соотношения входят не они, а только их произведение NP, которое может быть вычислено независимо по формуле (2). Так получается, поскольку величина N входит и в выражение для вычисления P , поэтому при умножении сокращается.
Следует, правда, иметь в виду, что аналитические выражения, полученные в и использованные при записи формулы для K np из (1), вообще говоря, справедливы только для P<0,1 или при любом значении P, но для числа приборов N, превышающего 200, поскольку разработаны на основе анализа . Конечно, при существующем уровне нормативных расходов горячей воды, а также N и U, величина P, даже часовая, обычно не превышает 0,1, а значения N<200 могут встретиться только для небольших объектов, преимущественно нежилого назначения. Однако для общности предлагаемых рекомендаций целесообразно рассмотреть и другой вариант. С помощью источника нетрудно установить, что расчетные расходы воды в этом случае будут всегда меньше, чем при P<0,1 или N>200, поэтому выражение (1) дает нам коэффициент неравномерности для любого диапазона исходных данных с некоторым запасом. При этом уже для N>20 и P<0,2, что соответствует подавляющему большинству наблюдаемых на практике случаев, такой запас не превышает 10% и быстро уменьшается с дальнейшим ростом N, что вполне находится в пределах обычной точности инженерных расчетов.
Коэффициент Knp целесообразно представить как поправку к предельному минимальному значению Kh при бесконечном числе потребителей, равному, как легко убедиться, величине hru/q h um . Его физический смысл заключается в отношении суммы математического ожидания числа одновременно включенных водоразборных устройств m и его утроенного среднеквадратического отклонения к математическому ожиданию. В условиях нормального распределения случайной величины m , это соответствует требуемой обеспеченности расчетного расхода, равной 0,99865 , т.е. возможной необеспеченности подачи воды не более 1 часа в месяц. Если NP<100, начинает сказываться влияние фактической конечности числа испытаний, приводящее к отклонению вероятности, рассчитываемой для имеющей на самом деле место биномиальной схемы, от ее предельного уровня, соответствующего нормальному распределению. Это отклонение учитывается за счет введения в соотношение (1) дополнительного поправочного множителя A. Ясно, что Knp всегда больше единицы, и тем существеннее, чем меньше произведение NP. Зависимость Knp при NP от 2 до 100, построенная по соотношению (1), приведена на рис. 1 (сплошная линия).
Поскольку q h ru =10 л/ч и q h um =105 л/сут. для жилых зданий высотой до 12 этажей с ваннами, оборудованными душами, а при числе этажей более 12 и повышенных требованиях к их благоустройству q h ru =10,9 л/ч и q h um =115 л/сут. , величина q h ru /q h um в обоих вариантах будет равна 2,28. Для этого случая на рис. 1 построен график Kh (пунктирная линия). Легко видеть, что получаемые здесь значения практически не отличаются отданных, приведенных в .
Если использовать часовой расход горячей воды qo, hr для диктующего прибора - душа в размере 200 л/ч , можно отметить, что количеству жителей в 1000 чел. отвечает уровень NP=50 для зданий до 12 этажей и NP=54,5 - для зданий выше 12 этажей. Тогда коэффициент неравномерности по формуле (1) получается равным соответственно 3,28 и 3,22. Расчет по дает при U=1000 величину Kh=3,27, т.е. расчет по (1) приводит к погрешности, не превышающей 1-2%, что, учитывая приближенность самого понятия коэффициента неравномерности, ориентированного на некоторый усредненный набор потребителей и их обобщенные характеристики, является очень хорошим показателем. При других значениях NP картина получается вполне аналогичной.
Интерес представляет также вопрос, как изменятся выражения (1), если принять другую обеспеченность расчетного расхода. В настоящее время это весьма актуально, поскольку вполне обоснованной представляется точка зрения, что эта обеспеченность должна зависеть от класса жилья (экономическое, бизнес, элитное и т.д.) и вытекающих из этого различных требований к надежности водоснабжения. Из теории вероятности следует , что в этом случае должен меняться числовой коэффициент в формуле для Knp, которая в общем случае запишется так:
Здесь Pн - принятая необеспеченность подачи воды, ierf - специальная функция (обратный интеграл вероятности). Если считать, что Zн -число часов в месяц, в течение которого допускается перерыв в водоснабжении, Pн, очевидно, в долях единицы будет равна Zн/720, или в процентах Zн/7,2. При этом, однако, для определения D необходимо пользоваться таблицами интеграла вероятности, например, из . В реально представляющем интерес диапазоне Рн от 0,075 до 0,44%, что соответствует возможной необеспеченности от 0,55 до 3,2 часов в месяц, можно получить аппроксимацию в виде:
D=2,37-0,314.ln(Рн), (4)
где Рн нужно подставлять в процентах. Графически зависимость (4) можно проиллюстрировать с помощью рис. 2.
Что же касается поправочного коэффициента A, учитывающего, что число одновременно включенных водоразборных приборов конечно, непосредственный расчет расходов воды с помощью разработанной автором программы для ЭВМ, использующей исходную биномиальную схему независимых испытаний, и последующее сравнение результатов с данными формулы (3) без учета параметра A показывают, что в рассматриваемой области изменения Рн приведенное выше выражение для A остается справедливым с погрешностью, как правило, не превышающей 1%. И только при малой величине NP (менее 3,5) и значительной необеспеченности водоснабжения (более 0,25%) отклонение становится более заметным, причем в сторону некоторого завышения коэффициента A, т.е. результат получается с некоторым запасом. Однако с учетом собственной погрешности исходного соотношения для A, несколько уменьшающей расход в рассматриваемом диапазоне NP, суммарная ошибка превышает 1% лишь при NP<2 и Рн>0,32%.
Таким образом, мы получили достаточно простые и точные соотношения для коэффициента часовой неравномерности потребления горячей воды, необходимого при расчете теплообменного оборудования систем ГВС и тепловых сетей. Соответствующие формулы обоснованы с точки зрения теории вероятности и пригодны для инженерных расчетов, а также удобны для применения в учебном процессе.
Литература
1. Ионин А.А. и др. Теплоснабжение. - М.: Стройиздат, 1982, 336 с.
2. СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий». - М.: ГУП ЦПП, 2000.
3. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-тех-нические устройства. Ч. 2. Водопровод и канализация / Под ред. И. Г. Староверова и Ю.И. Шиллера. - М.: Стройиздат, 1990, 248 с.
4. Самарин О.Д. О расчете расхода воды в системах холодного и горячего водоснабжения // Информационная система по теплоснабжению РосТепло.ру - www.rostep-lo.ru.
5. Севастьянов Б.А. Вероятностные модели. - М.: Наука, 1992, 176 с.
6. Мацкевич И.П., Свирид Г.П. Высшая математика: Теория вероятностей и математическая статистика. - Минск: Вышэйшая школа, 1993, 271 с.
Опубликовано: 05.12.2010 | |На протяжении всего 2004 г. в нашу организацию поступали заявки на разработку технических предложений по котельным для теплоснабжения жилых и общественных зданий, в которых нагрузки на горячее водоснабжение сильно отличались (в меньшую сторону) от тех, которые запрашивались ранее для идентичных потребителей. Это послужило поводом для анализа методик определения нагрузок на горячее водоснабжение (ГВС), которые приведены в действующих СНиПах, и возможных ошибок, возникающих при их применении на практике.
Е.О. СИБИРКО
В настоящее время порядок определения тепловых нагрузок на ГВС регламентируется нормативным документом СНиП 2.04.01–85* «Внутренний водопровод и канализация зданий».
Методика определения расчетных расходов горячей воды (максимального секундного, максимального часового и среднего часового) и тепловых потоков (тепловой мощности) в течение часа при среднем и при максимальном водопотреблении в соответствии с разделом 3 СНиП 2.04.01–85* основывается на расчете соответствующих расходов через водоразборные приборы(или группы однотипных приборов с последующим усреднением) и определении вероятности их одновременного использования.
Все служебные таблицы с данными по различным удельным нормам расхода и т.п., приведенные в СНиПе, применяются только для расчета расхода через отдельные приборы и вероятности их действия. Они не применимы для определения расходов исходя из количества потребителей, путем умножения количества потребителей на удельный расход! Именно в этом заключается основная ошибка, допускаемая многими расчетчиками при определении тепловой нагрузки на ГВС.
Изложение методики расчета в 3мразделе СНиП 2.04.01–85* не отличается простотой. Введение многочисленных надстрочных и подстрочных латинских индексов (образованных от соответствующих терминов в английском языке) еще больше затрудняет понимание смысла расчета. Не совсем понятно, зачем это сделано в российском СНиПе, - ведь далеко не все владеют английским и с легкостью ассоциируют индекс «h » (от английского hot - горячий), индекс «c » (от английского cold - холодный) и «tot »(от английского total - итог) с соответствующими русскими понятиями.
Для иллюстрации стандартной ошибки, встречающейся в расчетах потребности тепла и топлива, приведу простой пример. Необходимо определить нагрузку ГВС для 45квартирного жилого дома при числе жителей 114 человек. Температура воды в подающем трубопроводе ГВС - 55°С, температура холодной воды в зимний период -5°С. Для наглядности предположим, что в каждой квартире установлено по две однотипных водоразборных точки (мойка на кухне и умывальник в ванной).
Вариант I расчета - неправильный(мы неоднократно сталкивались с таким способом расчета):
По таблице «Нормы расхода воды потребителями» обязательного Приложения 3 СНиП 2.04.01–85* определяем для«Жилых домов квартирного типа: с ваннами длиной от 1500 до 1700 мм, оборудованных душами» расход горячей воды на одного жителя в час наибольшего водопотребления равен q hhr, u = 10 л/ч.Далее все, казалось бы, совсем просто. Общий расход горячей воды на дом в час наибольшего водопотребления исходя из количества жителей 114 человек: 10 . 114 = 1140 л/ч.
Тогда, расход тепла в час наибольшего водопотребления будет равен:
где U - число жителей в доме; г -плотность воды, 1 кг/л; с - теплоемкость воды, 1 ккал/(кг °С); t h - температура горячей воды, 55°С; t с - температура холодной воды, 5°С.
Котельная, реально построенная на основании данного расчета, явно не справлялась с нагрузкой ГВС в моменты пиковых разборов горячей воды, о чем свидетельствуют многочисленные жалобы жителей этого дома. Где же здесь ошибка? Она заключается в том, что если внимательно прочитать раздел 3 СНиП 2.04.01–85*, то выясняется, что показатель q hhr, u, приведенный в Приложении 3, используется в методике расчета только для определения вероятности действия санитарно-технических приборов, а максимальный часовой расход горячей воды определяется совсем иначе.
Вариант расчета II - в строгом соответствии с методикой СНиПа:
1. Определяем вероятность действия прибора.
,
где q hhr,u = 10 л - согласно Приложению 3 для данного вида водопотребителей; U = 114 человек - число жителей в доме; q h0 = 0,2 л/с - в соответствии с п. 3.2 для жилых и общественных зданий, допускается принимать это значение при отсутствии технических характеристик приборов; N - число санитарно-технических приборов с горячей водой, исходя из принятых нами двух точек водоразбора в каждой квартире:
N = 45 . 2 = 90 приборов.
Таким образом, получаем:
Р = (10 x 114)/(0,2 x 90 x 3600) = 0,017.
2. Теперь определим вероятность использования санитарно-технических приборов (возможность подачи прибором нормированного часового расхода воды) в течение расчетного часа:
,
где P
- вероятность действия прибора, определенная в предыдущем пункте, - P
= 0,017; q
h0 = 0,2 л/с - секундный расход воды, отнесенный к одному прибору (также уже использовался в предыдущем пункте); q
h0,hr - часовой расход воды прибором, в соответствии с п. 3.6 при отсутствии технических характеристик конкретных приборов допускается принимать q
h0,hr = 200 л/ч, тогда:
.
3. Так как P h меньше 0,1, применяем далее табл. 2 Приложения 4, по которой определяем:
при 
.
4. Теперь мы можем определить максимальный часовой расход горячей воды:
.
5. И, наконец, определяем максимальную тепловую нагрузку ГВС (тепловой поток за период максимального водопотребления в течение часа максимального потребления):
,
где Q ht - тепловые потери.
Учтем тепловые потери, приняв их за5% от расчетной нагрузки.
.
Мы получили результат более чем в два раза превышающий результат первого расчета! Как показывает практический опыт, этот результат намного ближе к реальным потребностям в горячей воде для 45квартирного жилого дома.
Можно привести для сравнения результат расчета по старой методике, которая приводится в большинстве справочной литературы.
Вариант III. Расчет по старой методике. Максимально часовой расход тепла на нужды горячего водоснабжения для жилых зданий, гостиниц и больниц общего типа по числу потребителей (в соответствии со СНиП IIГ.8–62) определялся следующим образом:
,
где k ч - коэффициент часовой неравномерности потребления горячей воды, принимаемый, например, по табл. 1.14справочника «Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей» (см. табл. 1);n 1 - расчетное число потребителей; б - норма расхода горячей воды на1 потребителя, принимается по соответствующим таблицам СНиПа IIГ.8–62и для жилых зданий квартирного типа, оборудованных ванными длиной от 1500до 1700 мм, составляет 110–130 л/сутки;65 - температура горячей воды, °С; t х - температура холодной воды, °С, принимаем t х = 5°С.
Таким образом, максимально часовой расход тепла на ГВС будет равен:
.
Легко заметить, что данный результат почти совпадает с результатом, полученным по действующей методике.
Применение нормы расхода горячей воды на одного жителя в час наибольшего водопотребления (например, для«Жилых домов квартирного типа с ваннами длиной от 1500 до 1700 мм» q
hhr == 10 л/ч), приведенного в обязательном Приложении 3 СНиП 2.04.01–85* «Внутренний водопровод и канализация зданий», неправомерно для определения расхода тепла на нужды ГВС путем умножения его на количество жителей и разность температур (энтальпий) горячей и холодной воды. Данный вывод подтверждается как приведенным примером расчета, так и прямым указанием на это в учебной литературе. Например, в учебнике для ВУЗов «Теплоснабжение» под ред. А.А. Ионина (М.: Стройиздат, 1982)на стр. 14 читаем: «…Максимальный часовой расход воды G
ч. max нельзя смешивать с приводимым в нормах расходом воды в час наибольшего водопотребления G
и.ч. Последний как некоторый предел применяется для определения вероятности действия водоразборных приборов и становится равным G
ч. max только при бесконечно большом числе водоразборных приборов». Расчет по старой методике дает гораздо более точный результат при условии применения суточных норм расхода горячей воды по нижней границе диапазонов, приведенных в соответствующих таблицах старого СНиПа, чем «упрощенный» расчет, который выполняют многие расчетчики с использованием действующего СНиП.
Данные из таблицы Приложения 3СНиП 2.04.01–85* необходимо применять именно для расчета вероятности действия водоразборных приборов, как того требует методика, изложенная в разделе 3 данного СНиПа, а затем определять бhr и вычислять расход тепла на нужды ГВС. В соответствии с примечанием в пункте 3.8 СНиП 2.04.01–85*,для вспомогательных зданий промышленных предприятий значение q
hr допускается определять как сумму расходов воды на пользование душем и хозяйственно-питьевые нужды, принимаемых по обязательному Приложению 3 по числу водопотребителей в наиболее многочисленной смене.
Здравствуйте, друзья! Для характеристик неравномерности потребления горячей воды используется такой термин, как коэффициент часовой неравномерности Kч. Коэффициент часовой неравномерности определяется по формуле: Kч = Qmax гвс/Qср гвс = 24*Gmax час/Gср сут. Вообще надо сказать, что коэффициент часовой неравномерности величина важная и нужная. Он влияет на выбор метода регулирования отпуска тепла, а также участвует в формуле расчета объемов потребления горячей воды. Зачастую в расчетах подставляют в формулу нормативное значение Kч, равное 2,4. Вообщем да, эта цифра рекомендуется в нормах по проектированию, поэтому не будем оспаривать ее правильность. Но мое мнение по поводу цифры, если расчет ведется на большую группу зданий, то Кч = 2,4 это минимальное значение коэффициента часовой неравномерности.
Если посмотреть таблицу, где приведены значения Кч для различных видов зданий, то можно заметить, коэффициент часовой неравномерности может существенно отличаться для различных групп зданий. Такую таблицу можно, в частности, посмотреть в книге «Водяные тепловые сети, Справочное Пособие» Н.К. Громов, И.В.Беляйкина, В.П.Витальев, 1988 г., таблица 7.2., стр.86. Скачать это пособие можно в Интернете в свободном доступе. Замечаем, что Кч для жилых зданий квартирного типа равен приблизительно 2,0, а для цехов промышленных предприятий Кч = 9,6. Такой вот разбег по значениям.
Рассмотрим, как рассчитывается фактический коэффициент часовой неравномерности. Возьмем фактические цифры по прибору учета тепловой энергии в ЦТП (центральном тепловом пункте). Я взял фактические цифры за отопительный сезон по теплосчетчику ЦТП, который считает показания тепловой энергии на жилой район. Нагрузка на горячее водоснабжение для района составляет Qmax гвс = 14,986 Гкал/час. В районе, кроме жилых многоквартирных домов расположены также три детских сада, аптека, сберкасса, магазины, стоматологическая поликлиника. Ниже приведены эти цифры расходов воды:
Январь, G1 (расход в подаче) = 241829,55 тн; G2 (расход в обратке) = 214615,00 тн; Gгвс (расход на ГВС) = 27214,55 тн.
Февраль, G1 (расход в подаче) = 219253,30 тн; G2 (расход в обратке) = 191136,40 тн; Gгвс (расход на ГВС) = 28116,9 тн.
Март, G1 (расход в подаче) = 244222,10 тн; G2 (расход в обратке) = 211269,70 тн; Gгвс (расход на ГВС) = 32952,40 тн.
Апрель, G1 (расход в подаче) = 242529,54 тн; G2 (расход в обратке) = 208075,50 тн; Gгвс (расход на ГВС) = 34454,04 тн.
Май (с 1 по 15 число), G1 (расход в подаче) = 118918,37 тн; G2 (расход в обратке) = 101563,85 тн; Gгвс (расход на ГВС) = 17354,52 тн.
Октябрь(с 3 по 31 число), G1 (расход в подаче) = 241579,55 тн; G2 (расход в обратке) = 210018,38 тн; Gгвс (расход на ГВС) = 31561,17 тн.
Ноябрь, G1 (расход в подаче) = 234745,42 тн; G2 (расход в обратке) = 203446,18 тн; Gгвс (расход на ГВС) = 31299,24 тн.
Декабрь, G1 (расход в подаче) = 245033,26 тн; G2 (расход в обратке) = 215893,64 тн; Gгвс (расход на ГВС) = 29139,62 тн.
Как я уже писал выше, коэффициент часовой неравномерности Кч рассчитывается по формуле: Кч = 24*Gmax час/Gср сут,
где Gmax час- это расход воды на горячее водоснабжение, соответствующий максимально-часовой нагрузке горячего водоснабжения, т/час.Gmax час рассчитывается из расчетной нагрузки Qmax гвс на жилой район. Qmax гвс = 14,986 Гкал/час. G max час = Qmax гвс *1000/(tгвс-tхв) = (14,986*1000)/(65-5) = 249,76 тн/час.
Gср сут — расход воды на горячее водоснабжение за сутки, усредненный за рассматриваемый месяц, т/сутки.
Выполним расчет за январь, в январе 31 день:
Gср сут = 27214,55/31 = 877,89 тн/сутки;
Кч = 249,76*24/877,89 = 6,83.
Выполним расчет за февраль, в феврале 28 дней:
Gср сут = 28116,9/28 = 1004,175 тн/сутки;
Кч = 249,76*24/1004,175 = 5,97.
Остальные месяцы рассчитываются аналогично.
Кч = Кч1*j1 + Кч2*j2 + ... Кчn*jn/j1+j2+...jn;
где j — длительность одного месяца в днях.Кч = 6,83*31+5,97*28+5,6*31+5,2*30+5*15+5,3*28*5,75*30+6,38*31 / 31+28+31+30+15+28+30+31 = 5,84.
Таким образом фактический (не нормативный) коэффициент часовой неравномерности для жилого района за отопительный сезон будет равен Кч = 5,84
. На этом расчет фактического Кч считаем законченным.
Содержание раздела
Системы горячего водоснабжения – это комплекс технических и технологических устройств, предназначенных для приготовления, транспорта и распределения горячей воды питьевого качества от источника до водоразборного прибора потребителя. Состав оборудования систем горячего водоснабжения зависит от степени централизации систем. Системы горячего водоснабжения в зависимости от степени централизации приготовления горячей воды подразделяются на централизованные, групповые, местные и индивидуальные. Наибольшая централизация достигается в системах горячего водоснабжения с непосредственным водоразбором горячей воды из систем теплоснабжения (открытых системах теплоснабжения). В этом случае горячая вода и теплоноситель систем теплоснабжения имеют идентичные свойства. При этом теплоноситель должен полностью соответствовать требованиям . Горячая вода приготавливается в технологических устройствах для подготовки воды, использующейся в качестве теплоносителя в системах теплоснабжения. Эти установки, как правило, устанавливаются на источнике выработки теплоты. Системы водоподготовки в котельных и на ТЭЦ подобно рассмотрены в . Отличительной особенностью открытых систем теплоснабжения является наличие в системе аккумулятора горячей воды, предназначенного для выравнивания отпуска теплоты в систему, неравномерность которой объясняется особенность суточной неравномерности потребления воды.
В закрытых системах теплоснабжения приготовление горячей воды для каждой группы потребителей осуществляется на центральных тепловых пунктах (ЦТП), где объединяются: поток теплоты от источника системы теплоснабжения и вода питьевого качества, поступающая из систем хозяйственно-питьевого водоснабжения. В жилых зданиях с индивидуальным источником теплоты (местные системы), горячая вода приготовляется в местных установках горячего водоснабжения. Индивидуальные системы горячего водоснабжения формируются на базе технических устройств, позволяющих подготовить горячую воду необходимой кондиции непосредственно у потребителя. Но и в этом случае для приготовления горячей воды необходимы теплота и вода питьевого качества.
Рис.2.4.1, 2.4.2
Горячее водоснабжение имеет весьма неравномерный характер потребления воды (а следовательно, и теплоты) как в течение суток, так и в течение недели, причем для каждого типа потребителя суточное и недельное потребление будет иметь некоторые особенности. Так, например, потребление горячей воды для жилых зданий имеет два суточных максимума (см. рис. 2.4.1), а потребление воды в школах – только один (см. рис. 2.4.2). Наибольшая нагрузка горячего водоснабжения в жилых районах имеет место, как правило, в субботу, а в промышленных – в четверг. При этом чем больше индивидуальных разнородных потребителей присоединены к системе теплоснабжения, тем меньше неравномерность ее нагрузки.
Рис. 2.4.1. Суточный график горячего водоснабжения жилого района:
а – сутки среднего водопотребления; б – сутки максимального водопотребления
Таким образом, методы проектирования систем горячего водоснабжения различаются в зависимости от степени их централизации. Объектами проектирования могут выступать как системы в целом, так и отдельные ее элементы.
Для проектных задач, связанных с определением мощности вновь строящихся источников теплоты для централизованных систем и выбором оборудования для них, определение расчетных количеств теплоты выполняется по ее средненедельному, среднесуточному и среднечасовому расходам.
Рис. 2.4.2. Характеристики суточной и недельной неравномерности потребления горячей воды в школах
Средненедельный расход теплоты (средненедельная тепловая нагрузка), кВт, бытового горячего водоснабжения отдельных жилых, общественных зданий и промышленных зданий или группы однотипных зданий в отопительный период определяется по
| Q г.з ср.с =1,2M(a+b)(t г -t х.з)c p ср /n c , | (2.84) |
где M – расчетное количество потребителей; a – норма расхода воды на горячее водоснабжение при температуре t г = 55 0 С на одного человека в сутки, кг/(сут×чел), проживающего в здании с горячим водоснабжением. Она принимается в зависимости от степени комфортности зданий в соответствии с ; b – расход горячей воды с температурой t г = 55 0 С, кг (л) для общественных зданий, отнесенный к одному жителю района; при отсутствии более точных данных рекомендуется принимать b = 25 кг в сутки на одного человека, кг/(сут×чел); c p ср =4,19 кДж/(кг×К) – удельная теплоемкость воды при ее средней температуре t ср = (t г -t х.з)/2;t х.з – температура холодной воды в отопительный период (при отсутствии данных принимается равной 5 0 С); n c – расчетная длительность подачи теплоты на горячее водоснабжение, с/сут; при круглосуточной подаче n c =24×3600=86400 с; коэффициент 1,2 учитывает выстывание горячей воды в абонентских системах горячего водоснабжения.
Средненедельный расход теплоты в межотопительный период определяется по формуле, аналогичной (2.84) с той лишь разницей, что вместо температуры холодной воды в зимний период учитывается температура холодной воды в летний период t х.л (см. формулу (2.85)) При отсутствии данных t х.л принимается равной +15 0 С.
Нормы расхода воды (a и b) на горячее водоснабжение для различных типов потребителей приведены в табл.2.14.
Температура горячей воды в местах водоразбора должна поддерживаться в следующих пределах:
Таблица 2.14.
Нормы расхода горячей воды
| Потребитель | Единица измерения | Расход | ||
| средненедельный a г.в ср1 , л/сут | в сутки наибольшего водопотребления a г.в ср2 , л/сут | максимально часовой, a г.в max , кг/ч | ||
| Жилые дома квартирного типа, оборудованные:
умывальниками, мойками и душами сидячими ваннами и душами ваннами длиной от 1,5 до 1,7 м. и душами |
1 житель | 85 | 100 | 7,9 |
| Жилые дома квартирного типа при высоте зданий более 12 этажей и повышенном благоустройстве | 1 житель | 115 | 130 | 10,9 |
| Общежития:
с общими душевыми с душевыми во всех комнатах с общими кухнями и блоками душевых на этажах |
1 житель | 50 | 60 | 6,3 |
| Гостиницы, пансионаты и мотели с общими ваннами и душами | 1 житель | 70 | 70 | 8,2 |
| Гостиницы, пансионаты с душами во всех номерах | 1 житель | 140 | 140 | 12 |
| Гостиницы с ваннами в отдельных номерах:
в 25% от общего числа номеров то же в 75 % во всех номерах |
1 житель | 100
150 180 |
100
150 180 |
10,4 |
| Больницы:
с общими ванными и душами с санитарными узлами, приближенными к палатам инфекционные |
1 койка | 75 | 75 | 5,4 |
| Санатории и дома отдыха:
с ваннами при всех жилых комнатах с душевыми при всех жилых комнатах |
1 койка | 120 | 120 | 4,9 |
| Поликлиники и амбулатории | 1 больной в смену | 5,2 | 6 | 1,2 |
| Прачечные:
механизированные немеханизированные |
1 кг сухого белья | 25 15 | 25 15 | 25 15 |
| Административные здания | 1 работающий | 5 | 7 | 2 |
| Учебные заведения (в том числе высшие и специальные с душевыми при гимнастических залах и буфетами) | 6 | 8 | 1,2 | |
| Профессионально-технические училища | 1 учащийся и 1 преподаватель | 8 | 9 | 1,4 |
| Предприятия общественного питания:
для приготовления пищи, реализуемой в обеденном зале; то же продаваемой на дом. |
1 блюдо | 12,7 | 12,7 | 12,7 |
| Магазины:
продовольственные; промтоварные. |
1 работающий в смену | 65 5 | 65 7 | 9,6 2 |
| Стадионы и спортзалы:
для зрителей для физкультурников для спортсменов |
1 место 1 физкульт. 1 спортсмен | 1 30 | 1 30 60 | 0,1 2,5 5 |
| Бани:
для мытья в мыльной с споласкиванием в душе; то же с приемом оздоровительных процедур; душевая кабина; ванная кабина. |
посещение | - - - - | 120
240 360 |
120 |
| Душевые в бытовых помещениях промышленных предприятий | 1 душевая сетка в смену | - | 270 | 270 |
Нормы расхода горячей воды, приведенные в табл. 2.15, относятся к температуре t г =55 0 С. При использовании для бытового горячего водоснабжения воды с другой температурой t гi норма ее расхода определяется из условия подачи абонентам нормированного количества воды по формуле
где K сут max – коэффициент суточной неравномерности расхода теплоты, учитывающий неравномерность расхода горячей воды и теплоты на ее приготовление по дням недели. При отсутствии опытных данных рекомендуется принимать для жилых и общественных зданий K сут max =1,2, для промышленных зданий и предприятий K сут max =1.
Расчетный (максимально-часовой) расход теплоты на бытовое горячее водоснабжение, кВт, равен среднечасовому расходу теплоты за сутки наибольшего водопотребления, умноженному на коэффициент часовой неравномерности, учитывающий неравномерность потребления горячей воды и теплоты на ее приготовление по часам суток:
|
где K ч max – коэффициент часовой неравномерности расхода теплоты за сутки наибольшего водопотребления. При ориентировочных расчетах можно принимать для городов и населенных пунктов K ч max =1,7÷2,0, для промышленных зданий и предприятий K ч max =2,5÷3,0.
Соотношения для определения расходов теплоты средних за неделю, сутки наибольшего водопотребления и максимально часовые расходы используются для оценки мощности источника системы теплоснабжения, выбора аккумулятора горячей воды в системе централизованного теплоснабжения, определения надбавки температуры теплоносителя к температурному графику отпуска теплоты от источника системы теплоснабжения, выбора производительности насосов для циркуляции воды по системе теплоснабжения.
Для проектных задач, связанных с определением тепловой мощности вновь строящихся центральных (ЦТП), обслуживающих группу зданий и индивидуальных (ИТП) тепловых пунктов, обслуживающих одно здание; расчетов гидравлических режимов во внутридомовых системах горячего водоснабжения и выбором оборудования для них, используется максимальной (расчетный) расход воды (теплоносителя) через каждый участок системы горячего водоснабжения.
В основе расчета максимального (расчетного) расхода воды лежит вероятностный метод определения одновременности действия водоразборных приборов, составляющих систему горячего водоснабжения. При этом предполагается, что события, характеризующие одновременность действия приборов, есть ординарные события и, следовательно, подчиняющиеся закону распределения Пуассона. С учетом этого замечания алгоритм расчета расходов воды через каждый участок внутридомовых водопроводов состоит в следующем :
1. Вся система горячего водоснабжения разбивается на участки, характеризующиеся присоединенными к нему помещениями, в которых установлены водоразборные приборы.
2. Для каждого из этих помещений определяется количество типов установленных в нем водоразборных приборов (A пом) и общее количество водоразборных приборов всех типов (N пом). Из них выделяется те водоразборные приборы, которые присоединены к системе горячего водоснабжения (N г.в.i пом).
3. Для каждого ш-го типа водоразборных приборов из табл. 2.15 находят расчетные секундные расходы горячей воды (g o.i =g г.в.i p) единичным прибором, кг/c.
Таблица 2.15.
Расходы горячей воды через водоразборные приборы
| Наименование водоразборного прибора | Секундный расход горячей воды, g г.в.i кг/c | Часовой расход горячей воды, g х.в.i ч, кг/ч | Свободный напор у водоразборного прибора, H в.п.i , м |
| Умывальник со смесителем | 0,09 | 40 | 2 |
| Раковина (мойка) с водоразборным краном и смесителем | 0,09 | 60 | 2 |
| Мойка (для предприятий общественного питания) со смесителем | 0,2 | 280 | 2 |
| Ванна со смесителем (общим для ванны, умывальника и душа) | 0,18 | 200 | 3 |
| Душевая кабина с мелким душевым поддоном и смесителем | 0,09 | 60 | 3 |
| Душ в групповой установке со смесителем | 0,14 | 230 | 3 |
| Биде со смесителем | 0,05 | 54 | 5 |
4. Определяется количество человек (M г.в.i пом), использующих водоразборные приборы, установленные в данных помещениях (жильцов в квартире, работников в цехе, детей в детском саду и т.д.).
5. Для приборов каждого типа, используемых одними и теми же потребителями (например, умывальник, используемый всеми жильцами квартиры) вычисляются вероятности действия каждого из них в час максимального водопотребления:
| P г.в.i =a г.в max *M пом /(g г.в.i р *N г.в.i пом *3600), | (2.89) |
где i – обозначение (индекс) типа рассматриваемого водоразборного прибора; a г.в max – нормы расхода горячей воды одним человеком, находящимся в рассматриваемом помещении, за час максимального водопотребления, кг/(ч×потребитель).
Величина a г.в max , определенная на основе статистической обработки наблюдений за характером водопотребления в жилых, общественных промышленных и других зданиях, приведена в табл. 2.14.
6. Все разнотипные водоразборные приборы, установленные в любом рассматриваемом помещении, где известно общее количество типов этих приборов, равное A пом, условно заменяются равным количеством однотипных эквивалентных приборов, для которых вычисляются расходы горячей воды через каждый из них:
Если через рассматриваемый участок системы горячего водоснабжения вода подается в водоразборные приборы, установленные в j помещениях одинакового типа (например, несколько квартир разных этажей), то для участка используются суммарные значения вероятности действия приборов в системе горячего водоснабжения (P г.в.уч э.п), рассчитанной по (2.91), с той лишь разницей, что вместо M пом принимается ΣM пом, а вместо N пом принимается ΣN пом. Если же через участок проходит горячая вода, поступающая в j-е помещения различающихся типов (например, через один участок системы горячего водоснабжения проходит горячая вода, поступающая в квартиры и магазин), то для каждого из типов помещений рассчитываются свои значения вероятности действия эквивалентных водоразборных приборов (P г.в.маг э.п и P г.в.кв э.п), причем для их расчета используется (2.91), а затем находятся усредненное значение вероятности для участка:
9. По рассчитанным величинам произведений из рис. 2.4.3 и 2.4.4 выбираются значения коэффициентов α г.в и затем определяются максимальный (расчетный) расход горячей воды через рассматриваемый участок внутренней системы горячего водоснабжения, который также называют максимальным секундным расходом (кг/c):
| g г.в.уч p =5g г.в э.п α г.в, | (2.94) |
Алгоритм повторяется для следующего участка системы горячего водоснабжения. Обычно определение расчетных расходов воды начинают с участков от наиболее удаленных потребителей и постепенно приближаются к месту ввода, т.е. к местному или групповому тепловому пункту. Таким образом осуществляется свертка информации о расчетном расходе воды в системе горячего водоснабжения, и последний расчет секундного расхода будет осуществлен для выходного патрубка системы горячего водоснабжения на ЦТП или ИТП. Эта величина обозначается как G г.в p (кг/c).
Рис.2.4.3. Значения коэффициента α г.в при P г.в >0,1 и N г.в <200 шт. Рис.2.4.4. Значения коэффициента α г.в при P г.в и любом N г.в (а), а также при P г.в >0,1 и N г.в >200 шт.На рис. 2.4.5 представлены наиболее распространенные схемы присоединения горячего водоснабжения в рамках ЦТП или ИПТ к системам теплоснабжения.
Одновременно с секундным расходом G г.в p воды определяют средний часовой расход воды в системе горячего водоснабжения, кг/ч:
Количество теплоты, (кДж/ч), необходимое на подогрев всех этих расходов воды определяется как разница ее энтальпий до и после подогрева, т.е.:
| Q г.в макс.ч =Q г.в p =G г.в макс.ч (h г.в -h х.в)=G г.в макс.ч (c г.в t г.в -c х.в t х.в), | (2.97) |
где c г.в и c х.в – удельная теплоемкость горячей и холодной воды соответственно, кДж/(кг× 0 С); t г.в и t х.в – температура горячей и холодной воды 0 С; h г.в и h х.в – энтальпии воды после и до подогрева, кДж/кг.
Файл:C:\Users\Samsung\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip image002.jpg
|
|||||||||||||||||||||||||||||
Файл:C:\Users\Samsung\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip image004.jpg
|
|||||||||||||||||||||||||||||
| в. Схема присоединения горячего водоснабжения с непосредственным водоразбором теплоносителя | |||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Водоподогреватели системы горячего водоснабжения. Для подогрева воды в закрытых системах горячего водоснабжения применяются водоподогреватели, где в качестве греющей среды используется теплоноситель из тепловой сети, а нагревается вода питьевого качества из системы холодного водоснабжения. Могут использоваться два типа водоподогревателей: горизонтальные кожухотрубные или пластинчатые. Пластинчатые теплообменники находят все более широкое применение в системах горячего водоснабжения, в то время как использование кожухотрубных теплообменников не запрещается в . В качестве кожухотрубных секционных водоподогревателей в рекомендовано применять водо-водяные подогреватели по ГОСТ 27590 , состоящие из секций кожухотрубного типа с блоком опорных перегородок для теплоносителя давлением 1,6 МПа и температурой до 150 0 С (рис. 2.4.6), причем теплоноситель движется в межтрубном пространстве, а нагреваемая вода в трубках.
В качестве пластинчатых применялись водоподогреватели по ГОСТ 15518, однако они не предназначались специально для работы в системах теплоснабжения. Они громоздки и менее эффективны по сравнению с конструкциями таких фирм, как Альфа-Лаваль, СВЕП (см. рис. 2.4.7) и др.
Рис. 2.4.7. Общий вид пластинчатого водоподогревателяДля выбора типоразмера водоподогревателя необходимо оценить его поверхность нагрева. Ее расчет выполняется при температуре теплоносителя в подающем трубопроводе тепловой сети, соответствующей точке излома графика температур теплоносителя (см. пункт 2.6), или при минимальной температуре теплоносителя, если излом графика температур отсутствует:
где Δt б и Δt м – соответственно большая и меньшая разности температур между греющей и нагреваемой средой на входе или на выходе из водоподогревателя.
В частном случае, при одноступенчатой схеме подогрева горячей воды
где τ 01 изл – температура теплоносителя в подающем трубопроводе тепловой сети в точке излома графика температуры теплоносителя, 0 С; τ г р – то же после водоподогревателя горячего водоснабжения, подключенного к тепловой сети по одноступенчатой схеме, 0 С; t х – температура воды, поступающей из системы хозяйственно-питьевого водоснабжения в отопительный период, 0 С; t г – температура воды, поступающей в систему горячего водоснабжения потребителей на выходе из водоподогревателя при одноступенчатой схеме включения, 0 С.
Если в системе горячего водоснабжения установлен бак-аккумулятор горячей воды, то Q г.в р =Q г.в ср. Если тепловые потери по трубопроводам горячего водоснабжения существенны, то Q г.в р =Q г.в р *(1+k mn , где k mn – относительные потери теплоты трубопроводами горячего водоснабжения.
После определения величины поверхности водоподогревателя выполняется выбор его типоразмера по таблицам их технических характеристик (см. табл. 2.16.)
Таблица 2.16.
Технические характеристики водоподогревателей по ГОСТ 27590
| Поверхность нагрева одной секции, []м 2 , при длине, м | Тепловая произодительность одной секции, кВт, длиной, м | Наружный диаметр корпуса секции, []мм | Число трубок в секции, [], шт | Площадь сечения межтрубного пространства, м 2 | Площадь сечения трубок, м 2 | ||||
| Гладких труб | Профилированных труб | ||||||||
| 2 | 4 | 2 | 4 | 2 | 4 | ||||
| 0,37 | 0,75 | 8 | 18 | 10 | 23 | 57 | 4 | 0,00116 | 0,00062 |
| 0,65 | 1,32 | 12 | 25 | 15 | 35 | 76 | 7 | 0,00233 | 0,00108 |
| 0,93 | 1,88 | 18 | 40 | 20 | 50 | 89 | 10 | 0,00327 | 0,00154 |
| 1,79 | 3,58 | 40 | 85 | 50 | 110 | 114 | 19 | 0,005 | 0,00293 |
| 3,49 | 6,98 | 70 | 145 | 90 | 195 | 168 | 37 | 0,0122 | 0,00570 |
| 5,75 | 11,51 | 114 | 235 | 150 | 315 | 219 | 61 | 0,02139 | 0,00939 |
| 10,28 | 20,56 | 235 | 475 | 315 | 635 | 273 | 109 | 0,03077 | 0,01679 |
После выбора теплообменника осуществляется его поверочный тепловой и гидравлический расчеты. Выбор размера теплообменника может быть другим, если не выполняются условия по одному из ограничений теплового или гидравлического расчета (например, потери давления в теплообменнике превышают допустимые значения).
В табл. 2.17 приведены технические характеристики пластинчатых теплообменников.
Таблица 2.17.
Технические характеристики пластинчатых теплообменников
фирмы «Альфа-Лаваль» для теплоснабжения
| Показатель | Единицы измерения | Неразборные паянные | Разборные с резиновыми прокладками | |||||
| СВ-51 | СВ-76 | СВ-300 | М3-XFG | M6-MFG | M10-BFG | M15-BFG8 | ||
| Поверхность нагрева пластины | м 2 | 0,05 | 0,1 | 0,3 | 0,032 | 0,14 | 0,24 | 0,62 |
| Габариты пластины | мм | 50×520 | 92×617 | 365×990 | 140×400 | 247×747 | 460×981 | 650×1885 |
| Минимальная толщина пластины | мм | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| Масса пластины | кг | 0,17 | 0,44 | 1,26 | 0,24 | 0,8 | 1,35 | 2,95 |
| Объем воды в канале | л | 0,047 | 0,125 | 0,65 | 0,09 | 0,43 | 1,0 | 1,55 |
| Максимальное число пластин в установке | шт | 60 | 150 | 200 | 95 | 250 | 275 | 700 |
| Рабочее давление | МПа | 3,0 | 3,0 | 2,5 | 1,6 | 1,6 | 1,6 | 1,6 |
| Максимальная температура | 0 С | 225 | 225 | 225 | 130 | 160 | 150 | 150 |
| Габариты установки | мм | |||||||
| ширина | 103 | 192 | 466 | 180 | 320 | 470 | 650 | |
| высота | 520 | 617 | 1263 | 480 | 920 | 981 | 1885 | |
| длина | 286 | 497 | 739 | 500 | 1430 | 2310 | 3270 | |
| Диаметр патрубков | мм | 24 | 50 | 65/100 | 43 | 60 | 100 | 140 |
| Стандартное число пластин | шт | 10,20,30, 40,50,60, 80 | 20,30,40, 50,60, 70, 80,90, 100, 110,120130, 140,150 | |||||
| Масса установки, при числе пластин
минимальном |
кг | 5,2 | 15,8 | - | 38 | 146 | 307 | 1089 |
| максимальном | 15,4 | 73,0 | 309 | 59 | 330 | 645 | 3090 | |
| Максимальный расход жидкости | м 3 /ч | 8,1 | 39 | 60/140 | 10 | 54 | 180 | 288 |
| Потери давления при максимальном расходе | кПа | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 |
| Коэффициент теплопередачи | Вт/ (м 2 × 0 C) | 7700 | 7890 | 7545 | 6615 | 5950 | 5935 | 6810 |
| Тепловая мощность при стандартных условиях | кВт | 515 | 2480 | 8940 | 290 | 3360 | 11480 | 18360 |
Балансировочные вентили. Для настройки простых систем горячего водоснабжения используются балансировочные вентили, функции которых состоят в том, чтобы поддерживать давление на входе в систему в установленных проектных пределах и, в случае необходимости, уменьшать или увеличивать его. Балансировочные вентили, как показано на рис. 2.4.8, снабжены патрубками для подключения портативных измерителей расхода и давления, что позволяет осуществлять балансировку системы по результатам сопоставления расчетных и измеряемых величин.
Фильтры. Эксплуатация металлических трубопроводов систем горячего водоснабжения сопровождается образованием различного рода коррозионных отложений на их поверхности, что, в свою очередь, приводит к загрязнению горячей воды и нарушает стандарт ее качества. Для предотвращения попадания дисперсных частиц в водоразборные приборы, а через них к потребителям, устанавливаются фильтры. В последнее время системы горячего водоснабжения монтируются с установкой фильтров, подобных приведенным на рис. 2.4.9.
Рис. 2.4.9. Общий вид фильтров для систем горячего водоснабженияВ системах горячего водоснабжения до последнего времени рекомендовалось устанавливать только грязевики – устройства расширительного типа, которые предназначались для установки на входе в тепловой пункт и служили для защиты внутридомовой системы от попадания в нее дисперсных твердых примесей из тепловой сети. Практика показала, что, несмотря на незначительное гидравлическое сопротивление, грязевики не выполняли требуемых функций и поэтому в практике проектирования систем горячего водоснабжения, несмотря на повышенное, по сравнению с грязевиками, потери давления, все чаще используются самоочищающиеся сетчатые фильтры.
Специальные схемы горячего водоснабжения для высотных зданий. В отечественной практике проектирования систем горячего водоснабжения для зданий более 16 этажей принято разделять систему на зоны по вертикали. Каждая из зон такой системы представляет собой самостоятельную систему со своими водонагревательными установками и насосами. При строительстве высотных зданий в Москве в 50-е годы каждая зона оборудовалась также и своим баком-аккумулятором. В дальнейшем, проектирование осуществлялось при условии использования постоянно работающих насосов верхней зоны (рис. 2.4.10).
| 1 | - | ввод |
| 2 | - | Повысительный насос верхней зоны |
| 3 | - | Повысительный насос нижней зоны |
| 4 | - | Первая ступень подогревателя горячего водоснабжения нижней зоны |
| 5 | - | Вторая ступень подогревателя горячего водоснабжения нижней зоны |
| 6 | - | Первая ступень подогревателя горячего водоснабжения верхней зоны |
| 7 | - | Вторая ступень подогревателя горячего водоснабжения верхней зоны |
| 8 | - | Циркуляционный насос верхней зоны |
| 9 | - | Циркуляционный насос нижней зоны |
| 10 | - | Водоразборные стояки верхней зоны |
| 11 | - | Водоразборные стояки нижней зоны |
