3.4. Горячее водоснабжение

Горячая вода расходуется на многие ви­ды технологических процессов, а также через бытовые санитарные приборы: умывальники, раковины, мойки, души и ванны.

Качество горячей воды, подаваемой к санитарно-техническим приборам, на технологическое оборудование и процессы, связанные с приготовлением пищевых продуктов, как и на бытовые нужды, должно отвечать требованиям стандарта питьевой воды ГОСТ 2874-73 «Вода питьевая».

Качество горячей воды, применяемой для технологического обо­рудования и процессов, и, в частности, ее температуру устанавли­вают с учетом технологических требований. Температура горячей воды, используемой в бытовом санитарно-техническом оборудова­нии, во избежание ожога не должна превышать 75°, и в то же время по действующим гигиеническим нормам она должна быть не ниже 60°. Последний предел установлен исходя из обес­печения необходимости благоприятных условий для мытья жирной посуды. При решении этого вопроса следует учитывать возмож­ность использования отбросного тепла промышленных предприя­тий, термальных вод и других источников тепла низкого потен­циала.

В качестве водоподогревателей для систем горячего водо­снабжения можно применять различного рода водогрейные котлы, контактные водоподогреватели, экономайзеры, котлы-утилизато­ры, использующие, например, тепло уходящих газов от хлебопекарных печей.

Наиболее часто применяют такие паро- и водо-водоподогреватели, в которых холодная водопроводная вода нагревается паром или горячей водой, поступающей от котельной предприятия или системы централизованного теплоснабжения. Такие нагреватели имеют различные конструкции, более простые из них работают на принципе непосредственного смешения теплоносителя с подогреваемой водой, например аппарат С.А. Загорского, в котором хо­лодная вода, подаваемая к душевой сетке, подогревается острым паром.

Особенно часто применяют для подогрева воды емкие бойлеры и скоростные противоточные водоподогреватели. Емкий бойлер (рис. 3.7) представляет собой стальной цилиндр с вставленным в него змеевиком, состоящим из верхней и нижней коллекторных труб (рис. 3.7, б) с вваренными в них самокомпенсирующимися при нагревании U-образными трубками, расположенными параллельно друг другу. Теплоноситель поступает через входной патру­бок в верхний коллектор, распределяется поU-образным трубкам и, отдав тепло, конденсируется в нижнем коллекторе, откуда ухо­дит через выходной патрубок. Холодная вода поступает под дав­лением водопровода в подогреватель через расположенный внизу патрубок. От соприкосновения с горячей поверхностью змеевика она нагревается и выходит в систему горячего водоснабжения че­рез верхний патрубок.

Рис. 3.7. Схема устройства емкого водонагревателя:

а) продольное сечение; б) схема змеевика; 1 – цилиндрическая емкость; 2 – выходной патрубок для горячей воды; 3 – змеевик, состоящий из верхней и нижней коллекторных труб с вваренными U-образными трубами; 4 – входной патрубок для холодной воды; 5 – выходной патрубок для теплоносителя; 6 – входной патрубок для теплоносителя; 7 – фланец.

Вода в подогревателе, находящаяся ниже змеевика, всегда бывает холодной. Поэтому для увеличения емкости, заполняемой горячей водой, змеевик располагают в его нижней части.

При ремонте или очистке змеевика от накипи механическим способом его вставляют и вынимают через большой фланец. По­следний присоединен к бойлеру обычно на болтах с герметизиру­ющей прокладкой (например, клингеритовой).

Расчетное количество тепла Q_p, Вт, которое следует получить, составит

где G– количество подогреваемой воды, кг/ч;

t_K,t_Н– конечная и |начальная температура подогреваемой воды, °С;

4,19– теплоемКость воды, кДж/(кг·°С).

Поверхность нагрева змеевика, м², определяют по формуле

где Q_p – расчетное количество тепла, которое следует передать от теплоносителя подогреваемой воде;

k – коэффициент теплопереда­чи змеевика [тепло, передаваемое через 1 м² змеевика за 1 ч при разности температур теплоносителя и подогре­ваемой воды в 1° (Вт/(м²·°С)];

Δθ – фиктивная расчетная разность средних температур теплоносите-ля и подо­греваемой воды, °С. Эта величина равна

где Δt_б– большая из разностей тем­ператур выходящего из водоподогрева-теля теплоносителя и входящей холод­ной воды или теплоносителя и выхо­дящей подогретой воды;

Δt_м– мень­шая из разностей этих температур.

В тех случаях, когда разности тем­ператур не особенно отличаются друг от друга (Δt_б/Δt_м≤3), для определения поверхности змеевикаF_зм, м², можно пользоваться формулой

где Q_p – расчетное количество тепла, Вт;

Т_н – температура входя­щего теплоносителя (начальная), °С;

t_н – то же, входящей холод­ной воды (начальная);

Т_к – конечная температура выходящего теплоносителя;

t_к – то же, выходящей подогретой воды;

1,1 – ко­эффициент на потери тепла.

Вследствие большой емкости бойлера скорость движения подо­греваемой воды в нем очень мала – она зависит от свободных кон­вективных потоков, возникающих в основном около горячих труб. Поэтому коэффициент теплоотдачи змеевика невелик: для стальных труб при паре он составляет 520-640, а при воде – 350-450Вт/м²∙⁰С.

Емкость бойлера для небольших систем горячего водоснабжения принимают равной максимальному часовому расходу горячей воды, а для больших систем определяют расчетом.

С

Рис. 3.8. Схема устройства скоростного противоточного водонагревателя:

1 – кожух секции; 2 – трубки; 3 – вход холодной воды; 4 – вход теплоносителя; 5 – выход нагретой воды; 6 – выход теплоносителя.

коростной противоточный водоподогреватель (рис. 3.8) имеет небольшую емкость, что позволяет организовать в нем противоток теплоносителя и подогреваемой воды и создать значительную ско­рость их движения. Эти обстоя-тельства позволяют получать в ско­ростном противоточном водоподогревателе коэффициент теплопере­дачи, достигающий 3000 Вт/м²∙°С. Рассчитывают его по данным, приведенным в книге Б.И. Левина и Е.П. Шубина «Теплообменные аппараты систем теплоснабжения» (Энергия, 1965).

Выпускаемый промышленностью скоростной противоточный водоподогреватель смонтирован из одинаковых секций. Каждая сек­ция имеет кожух – трубу диаметром 50-325 мм в зависимости от мощности водоподогревателя с вставленными в нее на решетках трубками диаметром до 16 мм. Трубки устанавливают в кожухе без натяжения (с прогибом), что обеспечивает их самокомпенса­цию при изменении температур, т.е. позволяет отказаться от уста­новки компенсаторов.

Теплоноситель к скоростному противоточному водоподогревателю подводят сверху, и он последовательно проходит все секции по межтрубному пространству сверху вниз. Подогреваемую воду под­водят снизу, и она проходит по трубам все секции снизу вверх, что обеспечивает противоток между теплообменивающимися средами. Трубки применяют латунные, поверхность нагрева их определяют по приведенным формулам.

Вследствие высокого коэффициента теплопередачи и малой ем­кости скоростного противоточного водоподогревателя его металло­емкость и габаритные размеры оказываются значительно меньшие, чем у емких бойлеров. Однако в системах горячего водоснабжения со скоростными противоточными водоподогревателями для созда­ния емкости и сглаживания колебаний расхода воды за сутки при­ходится ставить специальные резервуары, большие скорости дви­жения подогреваемой воды в этих водоподогревателях создают зна­чительное гидравлическое сопротивление.

Водоподогреватели (бойлеры и скоростные противоточные) ча­ще всего устанавливают в нижних этажах подсобных помещений, в том числе при котельных. Для свободной очистки или ремонта зме­евика или трубок перед фронтом водоподогревателей должно иметь­ся свободное пространство, большее длины змеевика или трубок.

Для того чтобы давление в водоподогревателях не превышало расчетное, на них устанавливают грузовые предохранительные кла­паны.

Для уменьшения потерь тепла, а также в целях уменьшения пе­регрева того помещения, где установлены водоподогреватели, и уменьшения остывания воды в них наружную поверхность водопо­догревателей теплоизолируют.

Водопроводная вода может содержать в себе растворенные соли, часть которых (карбонатная жесткость) при нагревании выпадает, в том числе на греющей поверхности трубок, в виде накипи. При этом коэффициент теплопередачи от теплоносителя к нагреваемой воде уменьшается. Поэтому периодически (с интервалами в зависимости от количества и жесткости подогреваемой воды) очищают водонагреватели от накипи механическим способом (с помощью стальных щеток, скарпелей и шарошек) или химическим способом.

В последнем случае водоподогреватель отключают от системы и заливают в него слабый раствор соляной или уксусной кислоты для снятия накипи со стенок. Кислоту сливают и заливают несколь­ко раз до полного удаления накипи. После этого водоподогреватель для нейтрализации действия кислоты промывают щелочью и чистой водой. В некоторых районах жесткость водопроводной воды доходит до 8-12 мг∙экв/л, поэтому использо­вать ее для горячего водоснабжения из-за быстрого «зарастания» стенок системы накипью невозможно. Такую воду предварительно умягчают и стабилизируют, например, с помощью катионитовых установок, магнитной обработки, подкисления и др.