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 по U-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 змеевика F_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.

Скоростной 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.

3.5. Схемы горячего водоснабжения.

Рис. 3.9. Схемы горячего водоснабжения.

а) простейшая схема (с нижней разводкой): 1 – водопровод; 2 - водонагреватель; 3 – вход и выход теплоносителя; 4 – нижняя разводящая линия; 5 - стояки; 6 – подводки; 7 – водоразборные точки; б) схема с циркуляционной линией (при естественной циркуляции): 1 – водопровод; 2 - водонагреватель; 3 – вход и выход теплоносителя; 4 – главный стояк; 5 – верхняя разводящая линия; 6 – воздушник; 7 – водоразборные точки; 8 – стояки; 9 – подводки; 10 – циркуляционные стояки; 11 – сборная циркуляционная линия; в) схема с резервуаром-аккумулятором и циркуляционной линией (с механическим побуждением циркуляции): 1 – водопровод; 2 – водонагреватель; 3 – главный стояк; 4 – циркуляционная вставка с клапаном (открывается для обеспечения циркуляции); 5 - поплавковый клапан; 6 – бак-аккумулятор; 7 – верхняя разводящая линия; 8 - водоразборные точки; 9 – стояки; 10 – подводки; 11 – циркуляционные стояки; 12 – сборная циркуляционная линия; 13 – циркуляционная линия между баком-аккумулятором и водоподогревателем; 14 – циркуляционный насос; 15 и 16 – вход и выход теплоносителя; г) схема с нижним баком-аккумуляторм горячей воды: 1- емкость герметическая; 2 – разводящая линия горячего водоснабжения; 3 – стояк горячего водоснабжения; 4 – точки водоразбора; 5 – циркуляционная линия; 6 – циркуляционный насос; 7 – обратный клапан; 8 – водонагреватель; 9 – бак с холодной водой; 10 – водопровод.

Принципиальная схема го­рячего водоснабжения показана на рис. 3.9, а. Поступающая из во­допровода вода проходит через водоподогреватель, нагревается и затем под давлением водопровода через разводящую линию, стоя­ки и подводки идет на водоразборные точки: умывальники, рако­вины, души, ванны, технологическое оборудование и т. д.

На этом рисунке изображена схема с нижней разводящей ли­нией, прокладываемой в подвале или подпольных каналах нижнего этажа. Идентично работает схема с верхней разводящей линией. В этом случае ее прокладывают по техническому этажу, чердаку или под потолком верхнего этажа.

Рассмотренные схемы отличаются двумя существенными недо­статками: 1) при отсутствии водоразбора вода в трубопроводе силь­но охлаждается, в связи с чем при открытии крана первое время из него идет холодная вода, что создает определенные неудобства; 2) имеющийся внизу запас горячей воды (при наличии емкого бой­лера или специальной емкости) нельзя использовать при падении давления в водопроводе.

С целью устранения первого недостатка применяют схемы горя­чего водоснабжения с циркуляционной линией (рис. 3.9, б). В этой схеме от последней точки водоразбора каждого стояка проклады­вают циркуляционные стояки, которые дальше объединяют в сбор­ную циркуляционную линию, которую присоединяют к нижней час­ти водоподогревателя.

При остывании воды в стояках она становится более тяжелой, чем вода в главном стояке, подающем воду в разводящий трубо­провод. В связи с этим в системе, представляющей собой ряд цир­куляционных колец, возникает циркуляция воды: из водоподогревателя она поступает в разводящую линию, в стояки, в циркуляци­онную линию и обратно в водоподогреватель. В нем остывшую воду снова подогревают, и ее циркуляция продолжается, как в системе водяного отопления с естественной циркуляцией вследствие разно­сти плотностей остывшей воды в стояках и горячей воды в главном стояке. При этом все точки водоразбора всегда обеспечены горя­чей водой, хотя ее температура и будет несколько ниже, чем в главном стояке. При большом радиусе действия системы или при вы­соком гидравлическом сопротивлении водоподогревателя естествен­ного напора вследствие указанной разности плотностей воды оказывается недостаточно для обеспечения нужной циркуляции. В этих случаях на циркуляционной линии перед водоподогревателями устанавливают циркуляционный насос.

Для того чтобы можно было использовать запас горячей воды независимо от давления в водопроводе, применяют схему горячего водоснабжения с резервуаром – баком-аккумулятором располага­емым выше всех точек водоразбора (рис. 3.9, в). При этом Горячая вода поступает из водоподогревателя, как правило, через поплавковый клапан в бак-аккумулятор, а из него в систему горячего во­доснабжения. Преимущество этой системы заключается в том, что она работает под постоянным гидростатическим давлением, опре­деляемым высотой расположения бака-аккумулятора.

Для обеспечения циркуляции воды между водоподогревателем и баком, что необходимо для зарядки последнего, он сообщается с водоподогревателем циркуляционной линией и вставкой, клапан на которой должен открываться только для обеспечения циркуля­ции. Для того чтобы при падении давления в водопроводе вода из бака не ушла, в месте присоединения водоподогревателя на под­водке к водопроводу устанавливают обратный клапан. Бак-аккумулятор горячей воды устанавливают обычно (для удобства обслуживания) вместе с баком холодной воды в специаль­ном помещении. Изготовляют такие баки чаще всего из листовой стали. Для предотвращения коррозии бак окрашивают снаружи и внутри железным суриком. Наружная поверхность бака для умень­шения потерь тепла и меньшего остывания воды покрывается мас­тичной или плиточной теплоизоляцией.

Устанавливают бак на поддоне, присоединенном к ка­нализации. Делают это для того, чтобы в случае неожиданной про­течки (например, из-за коррозии) вода из бака не растекалась по конструкциям здания.

Баки-аккумуляторы изготовляют круглой и прямоугольной фор­мы. В последнем случае при больших размерах бака для усиления его жесткости приваривают к внутренним стенкам стержни из профилированной стали.

Для накопления горячей воды используют также герметические емкости, находящиеся под давлением холодной воды в баке. В этом случае схема соединения водоподогревателя, бака холодной воды, водопровода и бака-аккумулятора с горячей водой имеет вид, изо­браженный на рис. 3.9, г.

Вода из подогревателя направляется непосредственно в разво­дящую линию горячего водоснабжения или герметическую емкость, которую с помощью циркуляционного насоса заряжают горячей во­дой при отсутствии или малом водоразборе. Вода из этой емкости при большом водоразборе, а также падении давления в водопрово­де, находясь под давлением холодной воды, может полностью рас­ходоваться. При этом горячая вода вытесняется вверх, а емкость заполняется холодной водой.

Для лучшего удаления воздуха из систем горячего водоснабже­ния все невертикальные трубы прокладывают с уклоном не менее 0,002, причем при верхней разводке в верхних точках предусматри­вают устройства для удаления воздуха. Воздух из систем водоснаб­жения можно удалять через воздушные краны и верхний водо­разборный кран. С целью уменьшения влияния работы водоразборных точек друг на друга, особенно при действии душа, производят кольцевание та­ких водоразборных точек трубами одного увеличенного диаметра. При этом кольцуют как горячую, так и холодную воду. Уменьшить влияние водоразборных точек друг на друга можно также установкой дроссельных диафрагм (шайб с малыми отвер­стиями) перед водоразборной арматурой и на отдельных частях систем водоснабжения.

Коррозия в системах горячего водоснабжения и меры борьбы с ней. Вода, поступающая в систему горячего водоснабжения, со­держит кислород, который при повышенной температуре воды (осо­бенно выше 50-60°) может окислять железо. Это его свойство слу­жит основной причиной коррозии стальных трубопроводов в систе­мах горячего водоснабжения. Особенно сильно коррозируют во внутренних системах горячего водоснабжения полотенцесушители. Поэтому категорически запрещается применять в системах горячего водоснабжения стальные неоцинкованные трубы, так как они могут начать выходить из строя через несколько месяцев.

Распространенным в отечественной практике приемом борьбы с коррозией является оцинковка труб. Соединять их нужно оцинко­ванными фитингами или сваривать в среде углекислого газа. Обыч­ную сварку применять для этого недопустимо, так как в месте свар­ки разрушается оцинковка. Оцинковка труб не полностью защи­щает их от коррозии, и значительно лучшими являются полипропи­леновые или стальные трубы, футерованные внутри полиэтиленом. Существенно можно уменьшить коррозию труб снижением темпера­туры транспортируемой по трубопроводам горячей воды до 45-50°, а также ее обработкой перед подачей в систему. Один из видов об­работки состоит в пропуске воды через сталестружчатый фильтр (цилиндр, заполненный стальной стружкой). Находящийся в воде кислород расходуется на окисление этой стружки, и вода после такой обработки становится неагрессивной. Фильтр периодически пе­резаряжают – удаляют окисленную стружку и заполняют его новой.

Деаэрация воды заключается в разбрызгивании ее в деаэраторе при температуре, близкой к кипению. Эксплуатация деаэраторов довольно сложна, в связи с чем их применяют, как правило, только в крупных системах. Можно производить вакуумную деаэрацию во­ды, обеспечивая ее кипение значительно ниже 100° С.

Коррозию труб, пропускающих мягкую воду, уменьшает ее ста­билизация – искусственное повышение жесткости. При этом выпа­дающие из горячей воды соли жесткости откладываются в виде тонкой пленки на внутренних поверхностях труб, защищая их от коррозии. Известкование мягкой воды производят централизован­но на водопроводных станциях.

Некоторая естественная деаэрация воды происходит в сообщаю­щихся с атмосферой баках-аккумуляторах горячей воды, в связи с чем их целесообразно устанавливать в системах горячего водо­снабжения. Для защиты систем горячего водоснабжения от кор­розии применяют также химическую, катодную защиту и др.

4. КАНАЛИЗАЦИЯ

4.1. Классификация сточных вод и систем канализации

В результате повседневной деятельности человека образуются загрязнения различного характера. К таким загрязнениям относятся физиологические отбросы чело­века и животных, загрязненные воды ванн, бань, пра­чечных, от мытья посуды, помещений, улиц и пр. В боль­шом количестве образуются загрязнения и на промыш­ленных предприятиях.

Вода, которая была использована для различных нужд и получила при этом дополнительные примеси (загрязнения), изменившие ее химический состав или физи­ческие свойства, называется сточной жидкостью или сточной водой.

В зависимости от происхождения сточные воды раз­деляют на бытовые (хозяйственно-фекальные), произ­водственные (промышленные) и атмосферные.

Бытовые сточные воды по природе загрязнения де­лятся на фекальные, поступающие из уборных, и хозяй­ственные, поступающие из раковин, ванн, трапов, бань, прачечных и др.

Производственные сточные воды образуются в ре­зультате загрязнения воды в процессе использования ее в производстве. В зависимости от вида и степени за­грязнения такие сточные воды делятся на загрязненные и условно чистые. Загрязненные производственные сточ­ные воды могут подразделяться на содержащие, в основ­ном, органические минеральные загрязнения. Условно чистые воды, в которых содержится весьма малое ко­личество загрязнений, можно спускать в водоем без очи­стки.

Атмосферные сточные воды образуются в результате выпадения дождей и таяния снега и делятся соответст­венно на дождевые и талые.

Накопление сточной воды на поверхности и в глуби­не почвы, а также в водоемах загрязняет окружающую среду, исключает возможность использования водоемов для хозяйственных целей и является причиной инфекци­онных заболеваний.

Для обеспечения санитарного благополучия городов, населенных пунктов и промышленных предприятий не­обходимо своевременно удалять с их территорий сточные воды в систему канализации.

Канализация представляет собой комплекс инженер­ных сооружений и мероприятий, предназначенных для следующих целей:

приема сточных вод в местах образования и транс­портирования их к очистным сооружениям;

очистки и обеззараживания сточных вод;

утилизации полезных веществ, содержащихся в сточ­ных водах и в их осадке;

выпуска очищенных вод в водоем.

Существуют два вида канализации: вывозная и сплавная. При сплавной канализации сточные воды по подземным трубопроводам транспортируются на очистные сооружения, где их подвергают интенсивной очистке преимущественно в искусственно созданных условиях. Очищенные сточные воды спускают в ближайшие водо­емы. Для сплавной канализации необходимо сооруже­ние в зданиях внутреннего водопровода. Твердые отбро­сы (мусор) при сплавной канализации вывозят специ­альным транспортом.

Расход бытовых сточных вод зависит от числа жи­телей, пользующихся канализацией, и от нормы водоотведения бытовых вод. Расход производственных сточ­ных вод зависит от количества выпускаемой продукции и нормы водоотведения производственных вод. Нормой водоотведения называется расход бытовых сточных вод в л/сут на одного жителя, пользующегося канализацией, или количество сточных вод в м³ на единицу продукции, выпускаемой предприятием. Норма водоотведения равна норме водопотребления.

Различие в характере и концентрации загрязнений отдельных видов сточных вод требует различных мето­дов их очистки. В связи с этим возникает необходимость транспортирования отдельных видов сточных вод по са­мостоятельным трубопроводам. В зависимости от того, как отводятся отдельные виды сточных вод – совместно или раздельно, – сплавные системы канализации разде­ляют на общесплавные, раздельные (полные или непол­ные) и полураздельные.

Общесплавной называется такая система канализа­ции, при которой все виды сточных вод отводятся к очи­стным сооружениям или в водоем по единой канализа­ционной сети.

Раздельной называется система канализации, у ко­торой отдельные виды сточных вод, содержащих загряз­нения различного характера, отводятся по самостоя­тельным канализационным сетям. При полной раздель­ной системе канализации устраивается не менее двух сетей: бытовой (для отвода бытовых сточных вод) и дождевой. Производственные сточные воды, загрязне­ния которых аналогичны загрязнениям бытовых сточ­ных вод, сплавляются по бытовой сети. Если характер загрязнений производственных сточных вод таков, что совместная очистка их с бытовыми сточными водами невозможна, они отводятся по самостоятельным сетям.

Неполная раздельная система канализации является промежуточной стадией строительства полной раздельной системы канализации. В этом случае дождевая сеть не устраивается. Атмосферные сточные воды стекают в водоемы по лоткам, кюветам и канавам.

Полураздельной называется такая система канали­зации, у которой в местах пересечения самостоятельных канализационных сетей для отвода различных видов сточных вод имеются водосборные камеры, позволяю­щие перепускать наиболее загрязненные дождевые во­ды при малых расходах в бытовую сеть и отводить их по единому коллектору на очистные сооружения, а при ливнях сбрасывать сравнительно чистые дождевые во­ды непосредственно в водоем.

Выбор той или иной системы канализации должен производиться с учетом всех конкретных условий проек­тирования, включая как санитарные, так и технико-эко­номические соображения.

В нашей стране при строительстве канализации в го­родах наибольшее распространение получили неполная и полная раздельные системы канализации. Для про­мышленных предприятий применяют общесплавные или раздельные системы канализации.

Местные очистные сооружения (МОС) необходимы для предварительной очистки сточных вод (рис. 4.1), смешение которых с другими производственными или бытовыми сточными водами недопустимо. Предвари­тельной очистке должны подвергаться сточные воды, со­держащие токсические вещества, кислоты, щелочи, а также сточные воды, из которых возможно выделение ядовитых или взрывоопасных газов и т. д. Раздельная очистка сточных вод обусловлена разными методами их очистки (рис. 4.2).

Рис 4.2. Схема полной раздельной системы канализации с использованием производственных сточных вод для оборотного водоснабжения

1 – атмосферные сточные воды; 2 – бытовые сточные воды; 3 – производственные сточные воды; 4 – сеть производственных сточных вод, используемых для оборотного водоснабжения; 5 – сеть загрязненных производственных вод; 6 – бытовая сеть; 7 – дождевая сеть; НС – насосная станция; МОС – местные очистные или охладительные сооружения.

Схема канализации состоит из следующих основных элементов: внутренних канализационных устройств зда­ний, наружной внутриквартальной (дворовой) канализационной сети, наружной уличной канализационной сети, насосных станций и напорных трубопроводов, очи­стных сооружений и устройств для выпуска очищенных сточных вод в водоем.

Поиск по сайту: