ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДОВ СЕТЕВОЙ ВОДЫ
Расчетный часовой расход воды для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях при центральном качественном регулировании отпуска тепла должен определяться отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения с последующим суммированием, по приведенным ниже формулам.
Расчетный часовой расход воды на отопление:
(3.1)
Расчетный часовой расход воды на вентиляцию:
(3.2)
где: 
и 
- максимальные расходы тепла соответственно на отопление и вентиляцию предприятия и жилого района, кДж/с;
с - теплоемкость воды (приложение 10), кДж/(кг.град);
- температуры воды в подающей я обратной линиях водяном тепловой сети при температуре наружного воздуха 
,°С.
- температуры воды в подающей и обратной линиях при температуре наружного воздуха 
, могут приниматься равными соответственно 
и 
°С.
Температура воды в подающем трубопроводе в двухтрубных водяных сетей при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления принимается 
= 150°С. Допускается при обосновании применение воды с более низкой (до 95°С) или более высокой (до 200°С) температурой.[8]
При одновременной подаче тепла по двухтрубным водяным тепловым сетям на отопление и вентиляцию и горячее водоснабжение должно принимается центральное качественное регулирование отпуска тепла. При этом температура воды в обратном трубопроводе должна приниматься = 70°С - для закрытых систем теплоснабжения и = 60°С - для открытых систем теплоснабжения.[8]
Расчетный расход воды на горячее водоснабжение при открытых системах теплоснабжения:
(3.3)
где: 
и 
- температуры воды, поступающей в систему горячего водоснабжения потребителей и холодной водопроводной воды
( см. выше), °С.
Расчетный расход воды на горячее водоснабжение в закрытых системах теплоснабжения при параллельной схеме присоединения водонагревателей потребителей определяется:
(3.4)
где t11 – температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети в точке излома графика температур воды,
t11 = 60…80 оС,
t23 - температура воды после параллельно включенного водонагревателя горячего водоснабжения в точке излома графика температур воды, рекомендуется принимать: t23 = 30оС.
Расчетный расход воды на определяется для каждого участка тепловой сети. Результаты расчетов сводятся в таблицу 2.
Таблица 2 - Расчетные расходы воды
| Номер участка. | Расчетные расходы воды, кг/с. | |||
| Gо | Gв | Gгв | Gр | |
| 0 – 2 1 – 2 1 – 3 |
В закрытых системах теплоснабжения суммарный расчётный расход воды в тепловой сети является суммой расходов воды на отдельные виды тепловой нагрузки, причём, поскольку вода из тепловой сети не разбирается, расходы в подающей и обратной линиях сети одинаковы
, к г/с (3.5)
где: 
- суммарный расход сетевой воды на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение ,кг/с.
При открытых системах теплоснабжения расчетные расходы воды получаются в ряде случаев различными для подающей и обратной линий. Однако подающие и обратные линии сети обычно прокладываются одного диаметра. Расчетный расход воды для таких тепловых сетей должен выбираться из условия, чтобы суммарная потеря напора при расходе воды в подающей ( Gо + Gв + Gгв) и обратной линиях ( Gо + Gв) был равен суммарной потере напора при одинаковом расходе воды в подающей и обратной линиях. Этот расчетный расход воды , по которому и следует выбирать диаметры тепловой сети при открытой системе:
= 
,кг/с. (3.6)
где: Gов = Gо + Gв – суммарный расход сетевой воды на отопление и вентиляцию.
4 ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ГРАФИК
На пьезометрическом графике в определенном масштабе наносится рельеф местности, высота присоединенных зданий, напор в сети.
Для предупреждения ошибочных решений следует до проведения гидравлического расчета водяной тепловой сети наметить уровень статических напоров, а также линии предельно допустимых максимальных и минимальных гидродинамических напоров в системе, Ориентируясь по ним, выбрать характер пьезометрического графика из условия, чтобы при любом ожидаемом режиме работы напоры в любой точке системы теплоснабжения не выходили за допустимые пределы.
При любом режиме работы системы теплоснабжения должны соблюдаться условия надежности, которые сводятся к следующему.
1.Ддейсвительные давления не должны превышать допустимых давления в оборудовании источника теплоснабжения, тепловой сети и абонентских установок.
2. Во всех элементах системы теплоснабжения должно поддерживается избыточное давление (сверх атмосферного) для предупреждения кавитации насосов и защиты системы от подсоса воздуха. Минимальная величина избыточного давления принимается 0,05Мпа(5 м.вод.ст.)
3.При гидродинамическом режиме системы теплоснабжения (т.е. при циркуляции воды) для обеспечения невскипания воды во всех точках системы должно поддерживаться давление. Превышающее давление насыщения водяного пара при температуре воды в системе. Давление насыщения определяется по приложению 10.
Последнее условие не учитывается при рассмотрении гидростатического режима, так как температура воды может быть снижена до 100°С и ниже путем выключения подогрева сетевой воды на станции, при этом не требуется обеспечивать избыточного давления, так как температура насыщения водяного пара при давлении 0,1МПа равна 100°С.
Разработка пьезометрического графика начинается с гидростатического режима, то есть когда циркуляция воды в тепловой сети отсутствует и система заполнена водой с температурой до100°С, при этом все потребители тепла присоединяются по зависимой схеме. Намечается уровень полного статического напора в системе и проверяется возможность установления общей статической зоны для всей системы теплоснабжения, а так же выявляются причины, препятствующие такому решению.
Установление общей статической зоны для всей системы теплоснабжения упрощает эксплуатацию и повышает надежность теплоснабжения, поэтому такое решение является предпочтительным.
При зависимой схеме присоединения отопительных установок к тепловой сети, полный статический напор определяется из условия обеспечения в верхних точках наиболее высоко расположенных отопительных установок избыточного давления не менее 0,05 МПа(5м.вод.ст.), по выражению
(4.1)
где: 
- геодезическая отметка, на которой расположено здание, м.
L- высота здания, м.
Под полным статическим напором находятся все элементы системы теплоснабжения, однако пьезометрический статический напор неодинаков для различных элементов системы теплоснабжения. Для каждого элемента системы пьезометрический статический напор можно определить по выражению:
,м. (4.2)
где: 
- геодезическая отметка каждого элемента системы.
По величине пьезометрического статического напора проверяются условия механической прочности всех элементов системы теплоснабжения с учетом допустимых величин, значения которых приведены в приложении 12. Наименьший допустимый напор, как правило, имеют местные системы отопления зданий, на которые и ориентируются при анализе графика для статического режима.
В том случае, если напор выше 60 м.вод.ст. получается только у отдельных зданий, то их местные системы следует присоединить по независимой схеме с использованием теплообменников. Если такой завышенный напор отмечается для целого района, то тепловую сеть разделяют на отдельные зоны.
На рис.5 приведен пример графика напоров для статического режима системы теплоснабжения. Условно принимается, что отметка прокладки трубопроводов, установки насосов и нагревательных приборов в первом этаже зданий совпадает с отметкой земли, а источник теплоснабжения расположен на отметке 0. Здания промышленного предприятия имеют высоту 20 м и расположены на геодезической отметке 15м. Жилые здания имеют высоту 33 м и расположены на геодезической отметке 12 м. Наиболее высокой точкой системы будет верхний этаж жилых зданий. Тогда полный статический напор в системе будет равен:
Пьезометрические напоры соответственно в оборудовании источника теплоснабжения, в низших этажах жилых и промышленных зданий будут равны:
Следовательно, для данной системы теплоснабжения возможно присоединение отопительных установок абонентов по зависимой схеме и устанавливается общая статическая зона для всей системы. При этом пьезометрические напоры не будут превышать допустимых значений.
При гидродинамическом режиме системы теплоснабжения график напоров разрабатывается для условий установившегося движения воды в трубопроводах при расчетных расходах и максимальной расчетной температуре воды. Напоры в любой точке системы так же должны удовлетворять указанным выше условиям надежности.
На график наносят уровни допустимых максимальных и минимальных пьезометрических напоров для подающей и обратной линяй системы.
При построении линий допустимых напоров для оборудования, имеющего существенные вертикальные габариты (например, пиковые водогрейные котлы имеют высоту 10-15 м), величина допустимого максимального пьезометрического напора отсчитывается от нижней точки, а величина допустимого минимального пьезометрического напора - от верхней точки оборудования. Кроме этого, в связи с возможным локальным нагревам вода в отдельных трубках водогрейного котла выше расчетной температуры, для выходного коллектора величина минимально допустимого пьезометрического напора определяется по температуре, превышающей расчетную на 30°С.
Величина максимально допустимого гидродинамического пьезометрического напора обычно определятся:
- для подающей линии, из условия механической прочности оборудования тепловой сети (трубы, арматура) и источника теплоснабжения (пароводяные подогреватели, водогрейные котлы);
- для обратной линии, при зависимой схеме присоединения абонентов, из условия механической прочности отопительных и вентиляционных приборов абонентских установок; при независимой схеме присоединения абонентов из условия механической прочности водоводяных подогревателей.
Величина минимального допустимого гидродинамического напора обычно определяется:
- для подающей линии из условия защиты от вскипания воды;
- для обратной линии из условия предупреждения вакуума в системе, а также предупреждения кавитации на всасывающей стороне насосов.
На рис.6 показано построение графика гидродинамических напоров системы теплоснабжения рассмотренной выше. Расчетная температура воды в подающей линии задана 145оС. Полный статический напор принят 50 м. Отопительные установки (чугунные радиаторы ) абонентов присоединены по зависимой схеме. У источника тепла установлен стальной водогрейный котел, имеющий высоту 10м. и подогреватель сетевой воды.
Линия Пб показывает допустимые напоры в подающей линии коллектора на станции до абонентских вводов. Она определяется условиями прочности стального водогрейного котла с учетом гидравлических потерь (220м.), трубопровода и арматуры подающей линии (160 м).
Линия Пм показывает минимальные допустимые напоры в подающей линии системы. Она определяется условиями обеспечения невскипания воды в верхней точке котла при температуре 175оС (10+93=103м.) и в подающей линии при температуре 145оС (45м.).
Линия Об показывает максимально допустимые напоры в обратной линии системы от абонентских вводов до входного коллектора теплофикационного подогревателя. Она определяется условиями механической прочности подогревателя (140м) и чугунных радиаторов отопления , присоединенных по зависимой схеме (60м.).
Линия Ом показывает максимально допустимые пьезометрические напоры в обратной линии системы. Она определяется условиями обеспечения избыточного давления в обратной линии и на всасывающей линии насосов для предупреждения подсоса воздуха и кавитации (5м.вод.ст.).
Для построения графика действительных напоров в тепловой сети задаются значениями располагаемых напоров на коллекторах станции и у абонентов. Значение требуемого располагаемого напора на абонентском вводе или центральном тепловом пункте 
зависит от характера местной теплопотребляющей установки и схемы её присоединения к тепловой сети.
При размещении узлов присоединения непосредственно на абонентском вводе можно принимать значения приведенные в таблице 3.
Таблица 3 - Располагаемые напоры у абонентов
| №№ ПП | Схема присоединения | ,м.
|
| Зависимое присоединение отопительных и вентиляционных установок без применения элеватора, а так же независимое присоединение с помощью поверхностных подогревателей. | 6 - 10 | |
| Присоединение отопительных установок с помощью элеватора. | 15 – 20 | |
| Последовательное включение водяных подогревателей горячего водоснабжения и элеваторного узла. | 20 - 25 |
Полный напор на обратном коллекторе станций Но должен быть не менее 5 м.вод.ст. из условия обеспечения избыточного давления в обратной линии. В расчетах рекомендуется принимать Но = 10…20 м..
Величина полного напора на подающем коллекторе станции будет равна:
(4.3)
где: 
- напор развиваваемый сетевым насосем, м.
Отсюда следует, что величина 
должна предварительно задаваться по двум условиям:
- величина не должна выходить за пределы ограниченными линиями Пб и Пм(см.рис.6), с учетом возможного увеличения Нп на 25% при испытаниях системы,
- величина зависит от 
, следовательно необходимо ориентироваться на напоры развиваемые существующими насосами, с учетом производительности этих насосов(характеристики сетевых насосов приведены в приложении 41).
Тогда располагаемый напор на коллекторах станции будет равен:
(4.4)
где: 
- потеря напора сетевой воды в теплоподогревательной установке станции, пиковой котельной и станционных коммуникациях (обычно 20-25 м).
Задавшись располагаемым напором на коллекторах станции 
и располагаемым напором у абонентов 
можно определить располагаемую потерю напора на трение в трубопроводах тепловой сети.
(4.5)
В двухтрубной закрытой системе теплоснабжения эта потеря напора распределяется поровну между подающей и обратной линиями тепловой сети:
(4.6)
где: 
и 
- соответственно потеря напора в подающей и обратной линиях тепловой сети, м.
Наличие в закрытых системах насосных, насосно-смесительных или дросселирующих подстанций, в особенности открытых систем, особенности рельефа местности накладывают свои особенности на пьезометрический график , которые необходимо учитывать.
Для построения графика действительных напоров в тепловой сети предварительно задаются характером падения напора в расчетной магистрали. Если нет каких-либо ограничений по условиям профиля, высотности зданий или другим соображениям, то линию падения напора (пьезометрический график) выбирают прямолинейной.
Желательно, чтобы при зависимой схеме присоединения линия действительных полных гидродинамических напоров подающей линии не пересекала линию статических напоров. В этом случае в узлах присоединения отопительных установок к тепловой сети не требуется сооружения повысительных насосных подстанций, что упрощает систему и повышает надежность её работы. Линия действительных полных гидродинамических напоров в обратной линий, как правило, пересекает линию статических напоров.
Линии действительных гидродинамических напоров наносят на график. На рис. 6 линия П показывает действительные напоры в подающей линии тепловой сети, она не выходит за пределы напоров, ограниченные линиями
Пб и Пм. Линия 0 показывает действительные напоры в обратной линии тепловой сети, она не выходит за пределы напоров, ограниченные линиями Об и Ом.