Расчеты тепловых потоков систем ГВС жилых, общественных зданий и промышленных предприятий

В главе 2 учебника приведены расчеты тепловых нагрузок систем отопления и вентиляции зданий с учетом бытовых и солнечных тепловыделений.

Рассмотрим тепловые схемы и потоки-нагрузки систем горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, а также тепловые нагрузки промышленных и сельскохозяйственных предприятий.

Схемы трубопроводов и тепловые нагрузки систем горячего водоснабжения жилых и общественных зданий

Системы холодного (ХВС), горячего водоснабжения (ГВС) и канализации зданий и сооружений (наряду с системами отопления, вентиляции и кондиционирования) формируют внутренние санитарно-технические устройства и должны обеспечивать подачу холодной и горячей воды и отведение сточных вод, соответствующие расчетному числу водопотребителей через установленные санитарно-технические приборы и устройства в них.

Система горячего водоснабжения — совокупность устройств, обеспечивающих нагрев холодной воды и распределение ее по водоразборным приборам.

Системы ГВС подразделяют на централизованные и местные (децентрализованные). В централизованных системах одна водонагревательная установка в ЦТП обслуживает горячей водой одно или несколько крупных зданий в пределах жилого микрорайона, квартала или поселка. Схемы ЦТП и ИТП подробно рассмотрены выше (см. раздел 6.6). Все централизованные системы проектируют с циркуляционными трубопроводами для обеспечения потребителей горячей водой, так как без них при отсутствии водо-разбора вода в подающих линиях быстро выстывает и потребитель вынужден сливать ее, теряя при этом воду и теплоту. Кроме того, в системах ГВС устанавливают полотенцесушители, необходимые для сушки белья и обогрева ванных комнат, которые в отсутствии циркуляции работать не могут. Циркуляционные трубопроводы и циркуляционные насосы создают непрерывное движение воды — циркуляцию по замкнутому контуру: теплообменник — подающий трубопровод — водоразборный кран — циркуляционный трубопровод — теплообменник, поддерживая температуру горячей воды у водоразборного крана на уровне 50—60 °С.

В последние годы в зданиях высотой 5 этажей и более часть подающих стояков (например, от 3 до 7 стояков одной секции жилого дома) объединяют в один водоразборный узел, называемый секционным узлом, с единым циркуляционным трубопроводом. На рис. 6.39 показаны некоторые возможные схемы присоединения водоразборных и циркуляционных стояков в жилых домах.

Схемы присоединения водоразборных и циркуляционных стояков а - парнозакольцованный стояк; б - секционный узел с циркуляционно-водоразборным стояком; в, г - секционный узел с циркуляционным стояком

Рис. 6.39. Схемы присоединения водоразборных и циркуляционных стояков а - парнозакольцованный стояк; б - секционный узел с циркуляционно-водоразборным стояком; в, г - секционный узел с циркуляционным стояком

В зданиях высотой более 50 м (свыше 16 этажей) систему ГВС делят по вертикали на отдельные зоны с самостоятельными разводками и отдельными стояками для каждой зоны (рис. 6.40), иногда даже с устройством специальных технических этажей. Это связано с ограничением допускаемого давления перед водоразборной и водозапорной арматурой до 0,6 МПа.

Местные (тупиковые) системы ГВС устраивают в индивидуальных домах (дачных, коттеджных, сблокированных) или квартирах. Радиус действия их невелик, приготовление горячей воды производят в небольших генераторах теплоты (электрические, газовые водонагреватели, малометражные котлы и т.п.). Весьма часто такой генератор теплоты является общим и для систем отопления, и для системы ГВС (см. раздел 4.6).

Для внутренних трубопроводов холодной и горячей воды СНиП [46] рекомендует применять пластмассовые трубы и фасонные изделия из полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полибутилена, металлополимерные, из стеклопластика и других пластмассовых материалов — для всех сетей водоснабжения, кроме самостоятельной сети противопожарного водоснабжения.

Прокладка пластмассовых труб должна осуществляться преимущественно скрытой: в плинтусах, штробах, шахтах и каналах в заливке пола. Допускается открытая прокладка подводок к санитарно-техническим приборам, а также в местах, где исключается механическое повреждение пластмассовых трубопроводов. Подробнее этот вопрос рассмотрен в главе 9.

Для всех сетей внутреннего водопровода допускается применять медные, бронзовые и латунные трубы, фасонные изделия, а также стальные — с внутренним и наружным защитным покрытием от коррозии.

Во избежание быстрого разрушения от внутренней коррозии системы ГВС из металлических труб выполняют из оцинкованных труб, уклон разводящих труб к стоякам не менее 0,002. При

6

Рис. 6.40. Схема двухзонной системы ГВС высотного здания 1 - общий повысительный насос холодной воды; 2 - повысительный насос второй зоны; 3 - водонагреватель второй зоны; 4 - водонагреватель первой зоны; 5 - разводящий трубопровод второй зоны; 6 - водоразборные стояки второй зоны; 7 - разводящий трубопровод первой зоны; 8 - водоразборные стояки первой зоны; 9 - циркуляционный трубопровод второй зоны; 10 - циркуляционный трубопровод первой зоны; 11- циркуляционный насос первой зоны; 12 - циркуляционный насос второй зоны

диаметрах труб более 150 мм и при открытых системах теплоснабжения допускается применение неоцинкованных, черных труб. Соединение труб производят на резьбе или сваркой в среде двуокиси углерода. Для компенсации тепловых удлинений используют или естественные повороты труб, или специальные компенсаторы.

Для сельскохозяйственных предприятий допускается применять асбестоцементные трубы.

В системах ГВС и ХВС применяется арматура обычного общепромышленного назначения, рассчитанная на рабочее давление до 0,6 МПа. Запорную арматуру устанавливают на ответвлениях к отдельным зданиям и сооружениям, на ответвлениях к секционным узлам и на ответвлениях от стояков в каждую квартиру. Для ремонта отдельных стояков в их верхних и нижних точках устанавливается запорная арматура с пробками для спуска из стояков воды и впуска в них воздуха при сливе.

Все трубопроводы системы ГВС, за исключением квартирных подводок и полотенцесушителей, должны иметь тепловую изоляцию. Толщина теплоизоляционного слоя конструкции должна быть не менее 10 мм, а теплопроводность теплоизоляционного материала — не менее 0,05 Вт/(м-°С).

Для расчета и проектирования расходов воды системами в целом или на конкретном расчетном участке составлены подробные таблицы «Расходов воды и сточных вод санитарными приборами», а также «Нормы расхода воды» у потребителей жилых, административно-общественных и производственных зданий (СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий»). В соответствии с последними норма расхода воды (в литрах на одного жителя), например, в жилом доме квартирного типа с централизованным горячим водоснабжением (с ванными длиной 1500— 1700 мм, оборудованными душами) и в жилом доме с повышенными требованиями к их благоустройству (при высоте здания 12 этажей и выше), составляет от 250 до 400 л в сутки (табл. 6.11).

Физиологическая (питьевая) потребность человека составляет от 5 (в спокойном состоянии) до 10 л/сут (при тяжелой физической работе).

Таблица 6.11

Нормы расхода воды, л, на 1 жителя жилых домов (выписка из СНиП 2.04.01-85*)

Расход воды, л на 1 жителя

В жилом доме квартирного типа

В жилом доме с повышенным уровнем благоустройства

Общий

расход

холодной

воды

В том числе на горячее водоснабжение

Общий

расход

холодной

воды

В том числе на горячее водоснабжение

В средние сутки

250

105

360

115

В сутки наибольшего водопотребления

300

120

400

130

В час наибольшего водопотребления

15,6

10

20

10,9

Эти нормы являются самыми большими для жителей европейских городов, для сравнения: в Берлине — 130, в Копенгагене — 135, в Вашингтоне — 190 л/сут на человека.

При разработке проектов для типового строительства расходы холодной и горячей воды определяют с учетом вероятности действия установленных санитарно-технических приборов всех возможных потребителей, количества их, режима работы жилых и общественных зданий, промышленных предприятий и ряда других (режимов пожаротушения, санитарной уборки города) факторов, используя методы теории вероятности.

Рассмотрим укрупненные нормативы определения тепловых потоков для целей ГВС. Средненедельные расходы — потоки теплоты 0Ит на ГВС, Вт (Дж/с), определим по формуле:

,2т(а + Ь)(55 - 1с24-3,6

(6.7)

где а — норма расхода горячей воды с температурой 55 °С, кг (л) на 1 чел. в сутки; Ь — расход горячей воды с температурой 55 °С, кг (л), в общественных зданиях, отнесенный к 1 жителю района в сутки (при отсутствии более точных данных рекомендуется принимать Ь = 25 кг (л) на 1 чел. в сутки); т — численность жителей; с = 4,187 кДж/(кг-К) — теплоемкость воды; /с — температура холодной воды, °С (при отсутствии данных о температуре холодной водопроводной воды ее принимают равной 5 °С в отопительный период и 15 °С в летний период); 1,2 — коэффициент, учитывающий выстывание горячей воды в абонентских системах ГВС.

Максимальный тепловой поток, Вт, на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий определяют по формуле:

0„шах = 2>4 С/„„> Вт' <6-8)

Средний тепловой поток, Вт, на горячее водоснабжение жилых районов населенных пунктов в неотопительный период определяют по формуле:

<&т ='Оит Р> Вт. (6-9)

где — температура холодной (водопроводной) воды в неотопитель

ный период (при отсутствии данных принимается равной 15 °С); Р — коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период по отношению к отопительному периоду, принимаемый при отсутствии данных для жилищно-коммунального сектора равным 0,8 (для курортных и южных городов р = 1,5), для предприятий — 1,0.

Годовые расходы теплоты на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий определяются по формуле:

О*, = 86,4 <2Ш я0 + 86,4 01т (пЛу - п0), кДж, (6.10)

где по продолжительность отопительного периода, сут, соответствующая периоду со средней суточной температурой наружного

воздуха +8 °С и ниже, принимаемому по СНиП [49]; пИу — расчетное число суток в году работы системы горячего водоснабжения (при отсутствии данных следует принимать 350 сут).

В качестве примера определим нагрузки ГВС 10-этажного жилого дома, рассмотренного в предыдущих примерах, и поселкового банно-прачечного комбината.

Пример 6.1. Исходные данные: В построенном 10-этажном жилом доме имеется 40 квартир повышенного благоустройства, с числом жителей по 5 чел. в каждой.

Требуется определить средние и максимальные тепловые потоки, а также годовой расход теплоты на горячее водоснабжение жилого дома.

Решение: 1. По формуле (6.7) определим средний тепловой поток на ГВС в сутки наибольшего водопотребления в неотопительный период, приняв по таблице 6 расход горячей воды в 130 л/сут с температурой 15 °С:

^гвслетн = 1,2 • 200 • 130 • (55 - 15) • 4,19/24 • 3,6 =

= 60522,2 Вт = 60,5 кВт , примем 61 кВт.

2. По формуле (6.8) определим максимальный тепловой поток на ГВС в сутки наибольшего водопотребления в неотопительный период:

^гвс

лети макс

= 2,4 • 61 = 146,4 кВт.

3. Аналогично определим средний и максимальный тепловой поток на ГВС в сутки наибольшего водопотребления в отопительный период, приняв 1В = 5 °С:

Средний тепловой поток <7Гвс зимн = 1,2 • 200 • 130 • (55 — 5) х х 4,19/24 • 3,6 = 75652,8 Вт = 75,7 кВт, примем 76 кВт. Максимальный тепловой поток <7ГВС зимн макс = 2,4 • 75,7 = 181,68 кВт = 182 кВт.

4. По формуле (6.10) определим годовые расходы теплоты на ГВС:

^ГВС ^ГВСлетн + ^ГВСзимн. ^6,4 • 61 (365 213) +

+ 86,4 • 76 • 213 = 801 100,8 + 1398643,2 =

= 2199744 кДж/год = 524998,6 ккал/год = 525 Гкал/год.

Пример 6.2. Исходные данные: В рабочем поселке городского типа построен банно-прачечный комбинат в составе бани (шаечное мытье с душевой) пропускной способностью 50 чел/ч и механизированная прачечная производительностью до 600 кг сухого белья в сутки.

Требуется: Определить расходы теплоты на горячее водоснабжение бани и на стирку белья в час, в сутки максимальное водопотреб-ление, в годовом разрезе, приняв для расчета (данные по СНиП):

  • • норма расхода воды на 1 посетителя общая — 180 л, в том числе горячей воды — 120 л (65 °С);
  • • норма расхода воды на 1 кг сухого белья общая 75 л, в том числе горячей воды — 25 л (65 °С);
  • • режим работы 12 ч в сутки, 350 дней в году, коэффициент понижения (3 = 0,8.

Решение: Часовой расход теплоты баней, тепловой поток:

(2бч = 120 • (65 - 5) • 4,19 • 50 • 12/12 = 1 508 400 кДж/ч =

= 419 кВт, примем 420 кВт.

Расход теплоты баней в средние сутки водопотребления:

  • 0бс = 1 508 400 • 12 = 18 100 800 кДж = 4 320 000 ккал = 4,32 Гкал. Годовой расход теплоты баней:
    • Ш = 06.3ИМН. + 0б.лет„ = 419 • 213 • 86 400 • 0,5 + 419 • 0,8 • (350 -- 213) • 86 400 • 0,5 = (3855,5 + 1983,9) • 106 = 5839,4 • 106 кДж =

= 1393,6 • 106 ккал = 1394 Гкал.

Часовой расход теплоты прачечной, ее тепловой поток:

<2П Ч = 25 • 60 • 4,19 • 600/12 = 314 250 кДж/ч =

= 87,3 кВт, примем 88 кВт.

Расход теплоты прачечной в средние сутки водопотребления:

0псут = 314 250 • 12 = 3 771 000 кДж = 0,9 Гкал.

Годовой расход теплоты прачечной:

?(?п. = (?п.зимн + (Згт.летн. = 87,3 -213-86 400 • 0,5 + 87,3 х х (350 - 213) • 0,8 • 0,5 = 1 216 639 • 103 кДж = 290 367 • 103ккал =

= 290,4 Гкал, примем 293 Гкал.

Суммарный тепловой поток комбината:

0К = 0б + <2П = 420 + 88 = 508 кВт.

Годовой расход теплоты комбината на технологические нужды:

10 = + ?(?п = 1394 + 290 = 1684 Гкал.

К. о. п.