Нормативные документы, а так же, как правило, технические условия на отпуск теплоты предусматривают двухступенчатые схемы присоединения водоподогревательных установок горячего водоснабжения зданий. Так, в СП 41101–95 «Проектирование тепловых пунктов» в п. 3.14 указывается: «Схема присоединения водоподогревателей горячего водоснабжения... в закрытых системах теплоснабжения выбирается в зависимости от соотношения максимального потока теплоты на горячее водоснабжение Qhmax и максимального потока теплоты на отопление Qomax:0,2 ≥ (Qhmax/Qomax) ≥ 1 —одноступенчатая схема;0,2 < (Qhmax/Qomax) < 1 —двухступенчатая схема».Там же приводятся соответствующие схемы. Бесспорными достоинствами последней схемы является уменьшение потребности в теплофикационной воде, утилизация остаточной теплоты теплоносителя систем отопления, понижение температуры возвращаемого на тепловой пункт теплоносителя. Однако, этой схеме свойственен существенный недостаток: установка и трубопроводная обвязка, с соответствующей арматурой, двух теплообменников с поверхностью теплообмена на 30 % большей, чем при первой схеме. Все это влечет увеличение строительных площадей под ТП. Первая схема, одноступенчатая, проста в эксплуатации. Она требует меньше строительных площадей. Трубопроводная обвязка проще, да и теплообменники меньше. Теплоноситель, идущий на нагрев воды ГВС, можно охладить до температуры, соответствующей температуре воды холодного водоснабжения. При этом температурный потенциал обратного теплоносителя системы отопления не используется. По этой схеме 70градусный обратный теплоноситель системы отопления в расчетный период года просто прямиком отправляется в тепловую сеть. Это влечет увеличение потребного теплоносителя и повышение температуры возвращаемого в тепловую сеть обратного теплоносителя. Для обеих схем расчетным является температурный режим в точке перегиба температурного графика тепловой сети. Анализируя вышеприведенные схемы, автора заинтересовали рекомендуемые предельные соотношения отопительной нагрузки и нагрузки горячего водоснабжения. В ближайшей по времени технической литературе все авторы уклончиво ссылаются на технико-экономические изыскания, которые, очевидно, были выполнены в период появления этих систем. В настоящее время, системы теплоснабжения существенно модернизировались, изменились температурные графики отпуска теплоты. Кроме того, изменились технико-экономические и правовые аспекты жизни. Принятые симплексы для ограничения пределов применения той или иной схемы не являются объективными. Максимальный расход теплоты на отопление Qomax при разнообразии температурных графиков отпуска теплоты и Qhmax практически при ограниченном температурном режиме работы не могут однозначно характеризовать особенности гидродинамического режима взаимно влияющих друг на друга тепло-технических систем. Так, при параметрах теплоносителя в системах отопления 130/70 °C и 95/70 °C количество теплоносителя в первой ступени теплообменника будет значительно отличаться, а, следовательно, будут другие теплообменники, другие гидравлические потери, а также другие показатели: сокращения (годового) расхода теплоносителя, утилизации теплоты обратного теплоносителя. Кроме того, используемый симплекс не дает прямого указания, как используется обратный теплоноситель систем отопления в расчетном отопительном режиме, когда температура обратного теплоносителя 70 °C является расчетной температурой тепловой сети при переломе в графике. Для более объективного определения областей применимости схем теплоснабжения горячего водоснабжения, нами будет использоваться симплекс: Woт/Wгт,являющийся отношением тепловых эквивалентов теплоносителей, потребных для системы горячего водоснабжения Wгт и систем отопления Woт, при параметрах, соответствующих перегибу температурного графика. Величина этих симплексов сразу характеризует эффект возможного использования теплоносителя систем отопления в течение всего отопительного периода. Так, если Woт/Wгт равен единице, то весь теплоноситель систем отопления используется для подогрева воды системы горячего водоснабжения, а в расчетном отопительном режиме для целей ГВС из тепловой сети теплоноситель не используется. При Woт/Wгт > 1 теплота обратного теплоносителя системы отопления в расчетном отопительном режиме будет использоваться не полностью, и в этот период следует ожидать повышения его температуры и стабилизации расхода. При Woт/Wгт < 1 температура обратного теплоносителя, возвращаемого в сеть, будет повышенной, и его расход несколько увеличится. Анализируя рекомендуемые схемы подогрева воды горячего водоснабжения, учитывая достоинства каждой из схем, автор предлагает к обсуждению одноступенчатую схему с рециркуляцией обратного теплоносителя системы отопления (вентиляции). Эта схема занимает промежуточное положение и лишена недостатков выше описанных схем. Так, она позволяет круглогодично использовать повышенный температурный потенциал обратного теплоносителя систем отопления независимо от соотношения тепловых нагрузок систем отопления и ГВС, и она, к тому же, одноступенчата. Принципиальные схемы предлагаемой и рекомендованных установок приведены на рис. 1 (а, б, в). Предложенная схема «в» изображена с циркуляционным насосом, однако, при определенных условиях, она может функционировать и без насоса [1].Для оценки каждой схемы и сравнения их автором были выполнены теплотехнические расчеты всех схем в климатическом режиме tнар = –30…+18 °C через один градус. Расчетные параметры теплоносителя тепловой сети были приняты 150/70 °C и 130/70 °C, а соотношения Qhmax/Qomax — 0,5 и 1,1. Считалось, что температуры теплоносителей изменяются по линейному закону от температуры наружного воздуха, перелом в температурном графике происходит при достижении температуры подающим теплоносителем +70 °C. По достижении температурой в подающем трубопроводе +70 °C регулирование теплоносителя в системе отопления осуществляется количественным методом. Температура водопроводной воды постоянна: +5 °C; температура, до которой ее нагревают: +60 °C. Расчетные температуры теплоносителя при подборе теплообменников горячего водоснабжения — 70/20 °C. Вычисленная величина поверхности теплообменника определялась для расчетного периода (перегиб температурного графика тепловой сети, температура теплоносителя на выходе из теплообменника ГВС +20 °C) считалась постоянной и характеризовалась соотношением kF/Wx (k — коэффициент теплопередачи; F — площадь поверхности нагрева; W — водяной эквивалент). При расчете переменных режимов коэффициент k определялся, в отличии от принятого Соколовым и другими учебными пособиями, зависимостью от расхода теплоносителя в степени не 0,5, а 0,6. Тепловая нагрузка на систему отопления во всех расчетах была 1000 Вт. Изменялась тепловая нагрузка системы горячего водоснабжения. При температуре наружного воздуха более +8 °C системы отопления не работают.Для примера приводим табл. 1 выполненных расчетов для рис. 1б. Обозначения в таблице: tнар — температура наружного воздуха, °C; t1 — температура подающей линии при качественном регулировании, °C; tо — температура обратной линии при качественном регулировании, °C; tпод.тс — температура подающей линии при регулировании по графику с изломом, °C; Wо — тепловой эквивалент теплоносителя в системе отопления при регулировании по графику с изломом; Qо — расход теплофикационной воды на отопление при количественном регулировании; Wx — тепловой эквивалент воды в системе ГВС; Wг — тепловой эквивалент теплофикационной воды при проходе через теплообменник; Wгт — тепловой эквивалент теплофикационной воды в теплообменнике; Wго — тепловой эквивалент для подмеса из системы отопления; Wсум — суммарный тепловой эквивалент теплофикационной воды; t1г — температура теплой воды на входе в теплообменник, °C; t2г — температура теплой воды на входе из теплообменника, °C; t2 — температура смеси воды для отопления и ГВС. Результаты расчетов позволили провести сравнение приведенных на рис. 1 трех схем приготовления горячей воды. Сравнение проведено по величинам представляющих собой сумму значений параметров, определенных в результате теплотехнических расчетов для каждой температуры наружного воздуха в диапазоне –30…+8 °C. В качестве параметров сравнения приняты: суммарная температура обратного теплоносителя после использования в системе отопления и ГВС, суммарный тепловой эквивалент теплоносителя, используемый в указанных системах, сумма произведений обратной температуры теплоносителя тепловой сети и теплового эквивалента теплоносителя, используемого в тепловой сети. Первый показатель характеризует температурный эффект сравниваемой схемы. Чем меньше этот показатель, тем с меньшей температурой теплоноситель возвращается на тепловую станцию. Второй показатель характеризует количество теплоносителя потребляемого из тепловой сети. Меньшее значение этого показателя характеризует степень сокращения среднего значения используемого в схеме теплоносителя. И, наконец, третий показатель, информирует, какое количество теплоты возвращается в тепловую сеть. Чем меньше этот показатель, тем больше теплоты используется в системе приготовления горячей воды. Тем больше утилизируется теплоты систем отопления для ГВС. За единицу сравнения принята схема с параллельным присоединением систем горячего водоснабжения и отопления, т.к. в ней априори заложен эффект максимального потребления теплоты, поскольку в этой схеме не предусмотрены мероприятия по утилизации теплоты обратного теплоносителя.Из табл. 2 видно, что практически во всех вариантах двухступенчатая и предложенная схемы приготовления горячей воды (с подмесом) тепло-технически эффективнее. При этом предложенная схема с подмесом эффективнее параллельной по понижению температуры обратного теплоносителя на 3–7 %, по сокращению расхода теплоносителя — на 10–34 %, а по использованию теплоты теплоносителя — на 15–34 %. Поверхности теплообмена в обеих схемах одни и те же: kF/W = 4,46.Двухступенчатая схема практически эффективнее всех рассматриваемых схем. Так, понижение температуры обратного теплоносителя достигает 17–44 %, расход обратного теплоносителя может быть уменьшен на 18–59 %, а эффективность использования теплоты теплоносителя — повышена на 64–56 %. Поверхность теплообмена в данном случае колеблется в пределах kF/W = 6,32–10,76 (в качестве W здесь взят тепловой эквивалент холодной воды, подлежащей нагреву для целей ГВС), т.е. увеличивается в 1,5–2,5 раза. Обобщая результаты сравнения всех схем, нетрудно прийти к выводу: параллельная схема присоединения систем ГВС самая не эффективная в теплотехническом отношении и может быть заменена схемой с подмесом, которая позволяет существенно изменить технико-экономические показатели и рекомендуемые пределы соотношений тепловых нагрузок. В теплотехническом отношении двухступенчатая схема, бесспорно, самая эффективная. Диктат теплоснабжающих организаций по обязательному применению двухступенчатых схем без каких-либо экономических оценок, показателей и поощрений является, по мнению автора, одной из отрицательных форм проявления монополизма. Для оценки возможного диапазона соотношения тепловых нагрузок систем отопления и ГВС автором для двухступенчатой схемы были выполнены расчеты, основанные на ранее указанных допущениях и дополнительно в расширенном диапазоне Qhmax/Qomax = 0,1–2,0 через 0,1 и параметрах теплоносителя 150/70 °C; 130/70 °C; 120/70 °C и 95/70 °C. Конечным результатом расчетов являлись величины поверхностей нагрева каждой ступени Wх = F/W, температура обратного теплоносителя после систем ГВС и отопления. Кроме того, попутно определялись температуры теплоносителя и нагреваемой воды между ступенями теплообменников. Результаты представлены в табл. 3.Анализ показывает: температура обратного теплоносителя повышается с понижением расчетных температур теплоносителя и уменьшением тепловой нагрузки системы горячего водоснабжения. Поверхность теплообмена теплообменника второй ступени уменьшается с понижением температуры подающего теплоносителя. Эффективность теплообменника второй ступени уменьшается при понижении расчетной температуры подающего теплоносителя. Эффективность теплообменника первой ступени, наоборот, растет с понижением расчетной температуры подающего теплоносителя. С понижением расчетной температуры подающего теплоносителя тепловая нагрузка между теплообменниками перераспределяется так: на второй ступени понижается, на первой — повышается. Рассматривая величину температуры обратного теплоносителя двухступенчатой схемы приготовления горячей воды, естественно возникает вопрос: почему в принятых нормативных документах применение этой схемы ограничено отношением Qhmax/Qomax < 1 и рекомендуется неэффективная, как показано выше, параллельная одноступенчатая схема? Ведь при применении двухступенчатой схемы при Qhmax/Qomax > 1 температура обратного теплоносителя ниже расчетной температуры обратного теплоносителя, принятой для расчета теплообменников горячего водоснабжения. При малых отношениях Qhmax/Qomax < 0,1–0,3 температура обратного теплоносителя приближается к температуре обратного теплоносителя систем отопления и в этом случае, если важна температура возвращаемого теплоносителя, можно применять одноступенчатые схемы. Однако при их применении не будет, хотя бы частично, использоваться теплота обратного теплоносителя системы отопления. Да и расход теплоносителя будет несколько повышен. Стоит ли? Данные, приведенные в табл. 3, могут быть широко использованы при расчете двухступенчатых схем систем ГВС, для прикидочных расчетов, для оценки правильности расчетов, проведенных фирмой-поставщиком водоподогревателей, а также для определения возможной температуры обратного теплоносителя, возвращаемого на тепловую станцию. Изложенные выше рассуждения и расчеты показывают некоторую несостоятельность и необоснованность предъявляемых нормативными документами требований, ограничений инженерного творчества и т.п. Оказывается, помимо параллельной схемы, можно применять и схему с подмешиванием, как при помощи насоса, так и без насоса. Допустимо и теплотехнически эффективно применить двухступенчатые схемы при Qhmax/Qomax > 1. Для каждого климата и различных соотношений тепловых нагрузок могут быть рассчитаны как удельные поверхности теплообмена всех ступней, так и температуры обратного теплоносителя, возвращаемого на тепловую станцию. Все это элементарно табулизируется, и на каждой тепловой станции это должно быть. Так же, как и температурные графики отпуска теплоты и санкции обеих сторон за их нарушение. Схему же использования теплоты теплоносителя в пределах гарантированного температурного графика отпуска тепла тепловой станцией позвольте решать потребителям. ❏ 1. Аничхин А.Г. Дитинич И. «Система 3Тм» — модернизированная система теплоснабжения, отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и многофункциональных зданий ХХI века» // Журнал «С.О.К.», №6/2008.