Проектирование и расчет пароводяной системы

Применение пара для согревания воды дает возможность распространить централизацию системы отопления на весьма значительный район, размер которого зависит от давления, поддерживаемого в котле; если требуется отопить одно здание, хотя бы и значительных размеров, то достаточно поддерживать давление в котле не свыше 0,5 атмосферы и в этом случае паровой котел может быть помещен в подвале отапливаемого здания; при паре высокого давления паровые котлы устанавливаются в отдельно стоящей котельной, а отсюда уже пар разводится в отапливаемые здания.

Один из примеров подобного отопления группы зданий из общего центра показан на черт. №349 изображающем генеральный план городской детской больницы в Петрограде; паровые котлы установлены здесь в котельной, построенной в центральной части. участка, а отсюда пар давлением в 6 атм. разведен магистральным паропроводом, показанном на плане пунктиром в 13 зданий, в которых устроена пароводяная система отопления; магистральные паропроводы между зданиями проложены в подземных тоннелях, а под зданиями - в коридорах подвалов; по тем же местам проложены конденсационные трубы, отводящие конденсационную воду из отапливаемых зданий в котельную для питания паровых котлов.

рис. 349

Пар высокого давления дает уже возможность разводить теплоту на громадные расстояния, производя из одного центра отопление не только группы зданий, принадлежащих одному учреждению, но даже целых кварталов города, как это сделано, например, в Дрездене; такая централизация развития теплоты, имея за собою уменьшение пожарной опасности, что в особенности важно для таких зданий, как театры, музеи, картинные галереи, библиотеки и проч., может давать в тоже время значительные экономические выгоды, так как, при этом, с одной стороны уменьшается бесполезная потеря тепла в котельной, а с другой - могут быть соответственно уменьшены и расходы на служебный персонал.

В паровых котлах высокого давления последнее поддерживается от 6 до 8 атмосфер; такое же высокое давление возможно поддерживать и в магистральных трубах, разводящих пар к отапливаемым зданиям, при входе в которые должны быть уже установлены регуляторы давления, дабы в самом здании давление пара не превышало 0,5 атмосферы; это дает возможность значительно уменьшить диаметры магистральных паропроводных труб и тем удешевить стоимость устройства системы; кроме того при трубах меньших диаметров и конденсация пара в них меньше, почему и эксплуатация отопления обойдется при них дешевле. Магистральные паропроводные трубы прокладываются между зданиями в подземных каналах или тоннелях, размеры которых должны быть достаточны для свободного прохода по ним людей на случай необходимости какого-либо ремонта в трубах; высоту их следует делать около 2 метр.. ширина же зависит от числа прокладываемых труб, но во всяком случае должна быть не менее 1 метра; тоннели должны быть хорошо освещены при помощи иллюминаторов, для ночного же освещения в них следует устанавливать электрические лампочки; в виду опасности, которой подвергаются находящиеся в тоннелях люди во время случайного прорыва пара в магистрали, тоннели должны иметь достаточное количество удобных выходов из них наружу; в этих же тоннелях прокладываются и конденсационные трубы, ведущие воду обратно в котельную. Образец тоннеля, примененного в вышеуказанной детской больнице показан на черт. 350 в разрезе; в ограждение от заливания грунтовыми водами, уровень которых в месте постройки больницы довольно высок, в нижней части тоннеля устроен асфальтовый прослоек а; сверху тоннель покрыт также асфальтовым слоем для ограждения от дождевых вод, проникающих в грунт; А - пароприводная магистраль, В - конденсационная труба.

При прокладке магистральных труб должно быть обращаемое внимание на самую тщательную изолировку их от охлаждения, дабы уменьшить бесполезную конденсацию пара в них до возможного минимума; в равной мере следует изолировать паропроводы и конденсационные трубы во всех тех местах, где не требуется выделение тепла. Вообще здесь необходимо соблюдать все те правила, которые были указаны при описании паровой системы высокого давления.

Котельную следует располагать в центре отапливаемых зданий, чтобы уменьшить размеры магистралей и потерю давления от сопротивлений, встречающихся при проходе пара по магистралям; последние следует прокладывать с уклоном в сторону движения пара, устраивая в пониженных точках и при поворотах отвод конденсационной воды из них. Имея в виду возможность какой-либо порчи в магистрали, всегда полезно вместо одной общей большой магистрали прокладывать две параллельные магистрали меньшего размера, рассчитанные вместе на наибольший расход тепла и соединенные между собою при помощи кранов таким образом, чтобы, в случае порчи одной из магистралей, ее можно было выключить на все время ремонта, пользуясь в течение этого времени только второю магистралью для обслуживания всех отапливаемых зданий; иногда для той же цели устраивают кольцевой паропровод.

рис. 350

При небольших размерах отапливаемых зданий в каждом из них устанавливается один пароводяной подогреватель, от которого устраивается уже обычная водяная система; если же здание имеет значительные размеры, то его разделяют на отдельные части, устанавливая для каждой такой части отдельный пароводяной подогреватель и устраивая для нее самостоятельную водяную систему;. такое разделение здания на ряд самостоятельных систем имеет большое преимущество в том отношении, что, при общей централизации, каждая система может действовать независимо от других и в случае необходимости легко может быть выделена для ремонта без нарушения отопления остальных частей здания.

Приступая к составлению проекта пароводяной системы, намечают расположение паровых котлов и размещают пароводяные подогреватели в зданиях, разбивая последние в случае необходимости на несколько систем; затем намечают магистральные паропроводные трубы и приступают к расчету.

При центральном согревании воды пароводяная система отличается от водяной лишь устройством подогревателя воды, от которого затем устраивается обычная водяная система с подъемною, обратною и циркуляционными трубами и водяными нагревательными приборами, поэтому и расчет этих последних частей производится совершенно также, как было указано при описании водяной системы; паровые котлы и паровые трубы, подводящие пар к пароводяным подогревателям, а также и конденсационные трубы рассчитываются по формулам, указанным в расчете паровой системы; особенности же расчета пароводяного подогревателя указаны ниже.

Расчет пароводяной системы начинается с определения расхода тепла для каждого отдельного помещения, после чего определяют необходимые для них поверхности нагрева, - при открытых нагревательных приборах.

F=W/K((T₀+t₀)/2-T)

а при закрытых нагревательных приборах.

F=W/K((T₀+t₀)/2-(40+T)/2)

Разместив затем нагревательные приборы на развертке здания и наметив расположение водоводных труб, рассчитывают последние также, как это было указано для водяной системы таблицы «№№ 15, 16 и 17).

Что касается до подогревателя воды, то размеры его должны быть таковы, чтобы система имела достаточную теплоемкость, то есть чтобы даже при низких наружных температурах возможно было бы прекращать на некоторое время впуск пара в систему и делать перерывы в топке паровых котлов; для этой цели объем воды в системе и в подогревателе должен быть таков, чтобы во время промежутка между впусками пара не происходило бы чрезмерное охлаждение воды; расчет обыкновенно ведут при условии, что при наружной температуре в - 15° С. система должна допускать перерыв между впусками пара в 6 часов, при чем охлаждение воды в системе за время перерыва не должно быть больше 30° С.; поэтому, обозначая полный часовой расход тепла в системе при наружной температуре - 15° С. через W₀ (считая в том числе охлаждение помещений и расходы на согревание вводимого и извлекаемого воздуха и на увлажнение его), а объем воды в подогревателе через L и принимая объем воды в остальных частях системы равным 0,1 L, получим:

1,1L x 1000 x 30 > 6W₀ ,

где 1000 - обозначает собою вес 1 куб. метра воды в килограммах; определяя отсюда L, получим;

L> 6W₀/1,1 x 1000 x 30 куб. метр.

Имея объем L, задаются диаметром подогревателя и определяют высоту или длину его.

Остается еще рассчитать размеры паровых нагревательных трубок в подогревателе; трубки эти служат для передачи тепла от пара к воде, при чем они должны передавать воде все количество тепла, расходуемое ею как во время впуска пара, так и во время перерыва между впусками пара; поэтому, обозначая число часов впуска пара в трубки подогревателя через n, а число часов перерыва через m, получим, что в 1 час от пара к воде должно быть передано:

W₀(m + n) / n ед. т.

обозначая же через К₁ - количество тепла, передаваемое от пара к воде в 1 час через 1 кв. метр поверхности при разности температур пара и воды в 1° С., получим:

где: d - диаметр паровых нагревательных трубок,

1 - общая длина их,

Т₁ - температура пара при входе в паровые трубки,

Т₂ - температура конденсационной воды при выходе из паровых трубок.

Т₀ и t₀ - температура воды вверху и внизу подогревателя; обыкновенно принимают при паре низкого давления:

T₁+T₂/2=100⁰C

(T₀+ t₀)/2 = 90 + 60 / 2 =75⁰C

Задаваясь диаметром трубок, получим, что длина их будет:

l=W₀(m+n)/nпdK₁((T₁+T₂)/2 - (T₀+t₀)/2) метр.

Величина коэффициента К₁ определяется по формуле:

K₁=300+1800 √ v ед. т.

где v - скорость движения воды через подогреватель; для подогревателей с малым объемом воды (черт. 344) скорость эта легко может быть определена, так как здесь вода протекает по совершенно определенному сечению; при подогревателях же большой теплоемкости скорость эта различна в разных частях подогревателя, почему для них величина К₁ берется на основании опытных данных и принимается равною 1000 ед. т.

Вместимость расширительного сосуда рассчитывается по формуле:

L₀=2 x 1,1L x a x 30 куб.метр.

где а - коэффициент расширения воды = 0,000466.

Паровые котлы рассчитываются как при паровой системе по уравнению, с тою лишь разницею, что в виду перерывов между топками котла, в этом уравнении вместо W₀ должно быть вставлено

W₀(m + n)/n

F₀=1,1W₀(m + n)/nn₀ кв. метр.

где коэффициент 1,1 дает запас тепла в 10%, необходимый для погашения потери тепла от конденсации пара в магистральном паропроводе.

Наконец трубы, подводящие пар к подогревателям воды, конденсационные трубы рассчитываются совершенно также, как это было указано для паровой системы, при паре высокого давления.