Отопление и тепловые сети

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ


Серия основана в 2001 году





Ю.М. ВАРФОЛОМЕЕВ, О.Я. КОКОРИН






ОТОПЛЕНИЕ И ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ




УЧЕБНИК


Издание исправленное






                        Допущено Государственным комитетом Российской Федерации по строительству и жилищно-коммунальному комплексу в качестве

            учебника для студентов средних специальных учебных заведений, обучающихся по специальности 08.02.07 «Монтаж и эксплуатация

                              внутренних сантехнических устройств, кондиционирования воздуха и вентиляции»



Э лектрон но




znanium.com


Москва ИНФРА-М 2022

УДК 697(075.32)
ББК 31.3я7
      В18


ФЗ № 436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

    Р е ц е н з е н т ы:                                                     
    декан факультета теплогазоснабжения и вентиляции, зав. кафедрой          
    теплофикации и газоснабжения Московского государственного строи-         
    тельного университета, канд. техн. наук, проф. В.А. Жила;                
    главный инженер ЗАО «Роскоммунэнерго», заслуженный энергетик             
    Российской Федерации, почетный работник жилищно-коммунального            
    хозяйства России Г.М. Скольник                                           
    Варфоломеев Ю.М.                                                         
В18 Отопление и тепловые сети : учебник / Ю.М. Варфоломеев, О.Я. Ко-         
    корин. --- Изд. испр. --- Москва : ИНФРА-М, 2022. --- 480 с. --- (Среднее
    профессиональное образование).                                           
    ISBN 978-5-16-017128-9 (print)                                           
    ISBN 978-5-16-105141-2 (online)                                          
    В учебнике рассмотрено назначение систем отопления и тепловых            
    сетей, приводится теплотехнический расчет режимов отопления помеще-      
    ний здания, излагаются конструктивные особенности нагревательных         
    приборов для различных методов отопления. Дано описание разновид-        
    ностей и устройства систем водяного, парового и панельно-лучистого       
    отопления, а также тепловых и гидравлических режимов тепловых сетей.     
    Изложены методы автоматизации систем отопления и учета теплоты.          
    Приводятся методы энергосбережения и экономии тепловой энергии.          
    Содержится материал по основам проектирования и эксплуатации цент-       
    ральных систем отопления и тепловых сетей.                               
    Соответствует Федеральному государственному образовательному стан-       
    дарту среднего профессионального образования последнего поколения по     
    специальности 08.02.07 «Монтаж и эксплуатация внутренних сантехниче-     
    ских устройств, кондиционирования воздуха и вентиляции». Учебник мо-     
    жет быть также использован для повышения квалификации инженерно-         
    технических работников и рабочих строительной отрасли и жилищно-         
    коммунального комплекса.                                                 
                                                              УДК 697(075.32)

ББК 31.3я7

ISBN 978-5-16-017128-9 (print)
ISBN 978-5-16-105141-2 (online)

     © Варфоломеев Ю.М., Кокорин О.Я., 2008


Подписано в печать 03.07.2021.
Формат 60 х 90/16. Печать цифровая. Бумага офсетная. Гарнитура Newton. Усл. печ. л. 30,0.
ППТ50. Заказ № 00000

ТК 61700-1815593-250607

ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1 Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29 E-mail: books@infra-m.ru http://www.infra-m.ru

Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1 Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

                ОГЛАВЛЕНИЕ





ПРЕДИСЛОВИЕ......................................... 8

ВВЕДЕНИЕ............................................10

ЧАСТЬ I. ОТОПЛЕНИЕ..................................22

Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОТОПЛЕНИИ................22
  1.1. Назначение отопления и его развитие в России.22
  1.2. Принципиальная схема систем отопления........24
  1.3. Характеристика теплоносителей и особенности их использования в системах отопления зданий.29
  1.4. Особенности процессов передачи теплоты от теплоносителя на отопление помещений здания.31

Глава 2. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РЕЖИМОВ
ОТОПЛЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ ЗДАНИЯ...........................36
  2.1. Влияние теплотехнических качеств ограждающих конструкций зданий на тепловой режим отапливаемых помещений.........................36
  2.2. Современные конструкции наружных ограждений зданий с повышенной теплозащитой.............40
  2.3. Сопротивление воздухопроницанию ограждений...46
  2.4. Тепловлажностный режим ограждений............52
  2.5. Расчет требуемой тепловой мощности систем отопления.............................57

Глава 3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ
МЕТОДОВ ОТОПЛЕНИЯ...................................59
  3.1. Конструктивные особенности отопительных печей.59
  3.2. Конструктивные особенности радиаторов........61
  3.3. Конструктивные особенности конвекторов.......65
  3.4. Конструктивные особенности нагревательных приборов для воздушных систем отопления......68
  3.5. Конструктивные особенности отопительных приборов для лучистых систем отопления.......81

3

   3.6. Методы регулирования теплоотдачи нагревательных приборов........................83

Глава4. СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ.....................97
   4.1. Разновидности систем водяного отопления........97
      4.1.1. Системы отопления с естественной циркуляцией ....97
      4.1.2. Системы отопления с насосной циркуляцией воды.............................98
      4.1.3. Квартирные системы отопления.............106
      4.1.4. Автономные (коттеджные) системы отопления.... 107
      4.1.5. Методика расчета доводчиков эжекционных..111
      4.1.6. Аккумуляционные системы водяного отопления...................................117
   4.2. Устройства систем водяного отопления..........118
   4.3. Циркуляция воды в системах водяного отопления.132
   4.4. Методика гидравлического расчета системы водяного отопления.............................144
   4.5. Методика гидравлического расчета однотрубных систем отопления...............................151
   4.6. Определение гидравлического сопротивления в квартирной системе отопления с автономным источником теплоснабжения (например, настенный газовый котел)................................162
   4.7. Особенности циркуляции в современной квартирной системе отопления с энергосберегающей технологией функционирования..............................166

Глава 5. СИСТЕМЫ ПАРОВОГО И ЛУЧИСТОГО ОТОПЛЕНИЯ.............................................173
   5.1. Паровые системы отопления.....................173
   5.2. Системы лучистого отопления...................177

ЧАСТЬ II. ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ ..............................186

Глава 6. ПРОИЗВОДСТВО И ПОТРЕБЛЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ. ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ.
КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК........................186
   6.1. Энергофикация страны и централизованное теплоснабжение.................................186
   6.2. Краткая характеристика коммунальной энергетики.189

4

   6.3. Производство и потребление тепловой энергии в ЖКХ.....................................194
   6.4. Структура и основные элементы систем централизованного теплоснабжения (СЦТ) ...........196
      6.4.1. Теплофикация от тепловых
           электростанций — ТЭЦ.....................197
      6.4.2. Теплоснабжение от котельных установок..199
      6.4.3. Комбинированная генерация энергии — когенерация.........................204
      6.4.4. Прямоточное однотрубное теплоснабжение..207
   6.5. Транспортирование теплоты. Устройства и конструктивные особенности тепловых сетей.......209
      6.5.1. Выбор трассы тепловых сетей
           и способы прокладки.......................216
      6.5.2. Устройство и оборудование теплопроводов — трубы, опорные конструкции, компенсаторы, арматура.......................................219
      6.5.3. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов................................233
   6.6. Абонентские установки теплового потребления. Классификация тепловых нагрузок...................238
      6.6.1. Присоединение потребителей к тепловым сетям...............................238
      6.6.2. Особенности нагрузки горячего водоснабжения..................................241
      6.6.3. Принципиальные схемы центральных тепловых пунктов (ЦТП) ........................244
   6.7. Расчеты тепловых потоков систем ГВС жилых, общественных зданий и промышленных предприятий... 252 6.7.1. Схемы трубопроводов и тепловые нагрузки систем горячего водоснабжения жилых и общественных зданий.............................253
      6.7.2. Тепловое потребление промышленными и сельскохозяйственными предприятиями..........259
   6.8. Новые малогабаритные подогреватели для систем централизованного теплоснабжения конструкции ОАО «НПО ЦКТИ»...................................260
   6.9. Водоподготовка и коррекционная обработка воды систем централизованного теплоснабжения..........264
      6.9.1. Показатели качества воды...............265

5

     6.9.2. Борьба с коррозией в системах централизованного теплоснабжения........270
     6.9.3. Защита систем ЦТС от поражающих факторов.................................273
     6.9.4. Методы очистки оборудования и трубопроводов от отложений.............................283

ЧАСТЬ III. АВТОМАТИЗАЦИЯ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ
И ЭКСПЛУАТАЦИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ.....................................290

Глава 7. АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ
СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И РЕЖИМОВ
ПОТРЕБЛЕНИЯ ТЕПЛОТЫ..................................290
  7.1. Схемы автоматизации центральных (ЦТП) и индивидуальных (ИТП) тепловых пунктов....290
  7.2. Методы учета расхода теплоты................293
  7.3. Принципы работы приборов учета теплоты........298
  7.4. Методы автоматизации систем отопления.........305
  7.5. Автоматизация нагревательных приборов.........312

Глава 8. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И ЭКОНОМИЯ
ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ КРУГЛОГОДОВОМ ФУНКЦИОНИРОВАНИИ ЗДАНИЙ..............................321
  8.1. Законодательные решения по энергосбережению.321
  8.2. Методы снижения расходов теплоты в системах отопления..................................326
  8.3. Тепловые насосы...............................329
  8.4. Альтернативные источники энергии..............341

Глава 9. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОНТАЖА
ЦЕНТРАЛЬНЫХ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ..............351
  9.1. Нормы и правила проектирования................351
  9.2. Последовательность разработки проекта.........352
  9.3. Использование компьютерных программ при проектировании систем отопления........360
  9.4. Утилизация теплоты вытяжного воздуха..........363
  9.5. Состав раздела проекта «Энергоэффективность» .372
  9.6. Применение металлополимерныхтруб в инженерном оборудовании зданий........................379

6

Глава 10. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК И ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ....................389

   10.1. Организация эксплуатации тепловых энергоустановок....................................390
   10.2. Порядок и допуск в эксплуатацию новых и реконструированных тепловых энергоустановок.....394
   10.3. Техническое обслуживание, контроль за состоянием, ремонт и консервация тепловых энергоустановок.....396
   10.4. Техническая документация на тепловые энергоустановки, требования безопасности эксплуатации......................................398
   10.5. Эксплуатация тепловых сетей................401
   10.6. Эксплуатация тепловых пунктов (ТП, ЦТП)....409
   10.7. Эксплуатация систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения..........................412
   10.8. Эксплуатация технологических энергоустановок промышленности и сельскохозяйственного производства......................................418
   10.9. Приемка подготовленных к зиме тепловых энергоустановок, документы и журналы контроля.....418
   10.10. Разработка режимов теплоснабжения и тепло-потребления в условиях дефицита тепловых ресурсов (тепловой мощности источников теплоты и пропускной способности теплосети) ..............421
   10.11. Подготовка и проведение отопительного периода.425
   10.12. Расчет допустимого времени устранения аварии и восстановления теплоснабжения...................427
   10.13. Тепловая устойчивость зданий и надежность систем коммунального теплоснабжения...............432
   10.14. Управление тепловыми и гидравлическими режимами.........................................437
        10.14.1. Тепловые режимы и их регулирование.437
        10.14.2. Гидравлические режимы и их регулирование............................446
   10.15. Диагностирование технического состояния теплового оборудования.
        Определение мест утечек и повреждений.......452
   10.16. Оперативно-диспетчерское управление системами теплоснабжения и объектами ЖКК.........467
Список литературы...................................477

                ПРЕДИСЛОВИЕ





   В повседневной жизни люди пользуются разнообразными благами как природными, естественными (воздух, вода, земля, солнечное сияние), так и рукотворными, созданными человеком. Современная общая экономическая теория классифицирует понятие «блага» как самостоятельную экономическую категорию, подразумевая под ним производство необходимых людям товаров и услуг, обладающих полезными потребительскими свойствами и удовлетворяющих потребности — нужду людей в чем-либо.
   К таким благам-потребностям наряду с другими в первую очередь относятся жизнеобеспечивающие товары — электрическая и тепловая энергия и услуги теплоснабжения — отопление, вентиляция и горячее водоснабжение.
   Настоящий учебник «Отопление и тепловые сети» посвящен рассмотрению принципиальных основ некоторых технических дисциплин теплоснабжения — отопления, вентиляции (кондиционирования воздуха), горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, промышленных и сельскохозяйственных предприятий.
   Учебник рассчитан на студентов техникумов и колледжей строительного комплекса санитарно-технического профиля, составлен в соответствии с программой, утвержденной Управлением государственной службы, кадров и учебных заведений Госстроя России.
   Наряду с доступным для понимания изложением теоретических основ учебник иллюстрирован взятыми из жизни примерами расчета конкретных элементов систем, составления необходимых проектных и расчетных материалов, графиков регулирования тепловых и гидравлических режимов, эксплуатационной деятельности, ведения необходимой документации и мониторинга.
   Особое внимание обращено на повышение энергетической эффективности, надежности и безопасности систем и устройств теплоснабжения, наиболее дорогого и ответственного транспортного и распределительного звена — тепловых сетей и тепловых пунктов.
   В работе широко использованы законодательные и нормативные документы, относящиеся к рассматриваемым дисциплинам.

8

В учебнике впервые представлены методы расчета ряда новых приборов и оборудования, их технические характеристики.
   Для лучшего усвоения и понимания студентами излагаемого материала основные термины, понятия и определения выделены полужирным шрифтом. В конце каждой главы для проверки усвоения даны контрольные вопросы и задания.
   Первая часть учебника «Отопление» написана профессором кафедры «Отопление и вентиляция» Московского государственного строительного университета (МГСУ) д-ром. техн. наук О.Я. Кокориным, вторая часть «Тепловые сети» — профессором кафедры «Методологии лицензирования и аттестации» Государственной академии профессиональной переподготовки и повышения квалификации руководящих работников и специалистов инвестиционной сферы (ГАСИС), член-корр. Академии промышленной экологии, канд. техн. наук. Ю.М. Варфоломеевым. Третья часть учебника написана авторами совместно.
   Научное редактирование выполнено Ю.М. Варфоломеевым.
   Учитывая сложное положение в стране с теплоснабжением городов и поселков, авторы полагают, что настоящий учебник будет полезен и практикующим специалистам жилищно-коммунального комплекса, руководителям муниципальных и региональных образований, занятым в сфере коммунального энергоснабжения. Отзывы и пожелания следует направлять по адресу: 129272, Москва, Трифоновская ул., д. 57, ГАСИС, каб. 306. Тел./факс: 688-87-72.

                ВВЕДЕНИЕ




   В процессе эволюционного развития жизни на Земле среди высокоорганизованных ее форм образовалась классификационная группа «теплокровные млекопитающие», в которую современная биология включает и человека.
   Эту группу характеризует несколько определяющих параметров — условий ее развития и жизнедеятельности. Так обязательными и необходимыми (но недостаточными!) являются три энергетических условия: обеспечение и поддержание температурного уровня организма, обеспечение организма «топливом» (продуктами питания и водой), обеспечение организма кислородом воздуха для биохимического усвоения «топлива».
   Наиболее оптимальным температурным диапазоном протекания физиологических и биохимических процессов у теплокровных является +30...+40 °C (у человека +36,6 °C), при этом содержание кислорода в атмосферном воздухе должно быть в диапазоне 21—10%, арастворенного в воде кислорода —14—7 мг/л.
   Для нормальной жизнедеятельности человеческого организма в зимних условиях температура тела человека должна поддерживаться не ниже +36 °C.
   При пребывании вне помещений для сохранения нормальной температуры тела люди одеваются в теплые одежды, что особенно необходимо в условиях продолжительных и суровых зим в России.
   Дома люди снимают теплые верхние одежды и нормальные температурные режимы для человеческого организма обеспечиваются поддержанием в помещениях температуры воздуха не ниже +18°C. Условиям теплового комфорта (наилучшего самочувствия человека в спокойном состоянии) отвечает температура воздуха в диапазоне + 20...+22 °C и не менее однократного в1ч воздухообмена в помещении.
   Выбор способа отопления зданий прежде всего определяется особенностями климата, доступностью определенных видов топлива, уровнем развития техники и технологии строительства.
   До конца XIX в. отопительные системы в зданиях не отличались разнообразием методов получения и передачи теплоты.

10