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.

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.