Децентрализованные системы горячего водоснабжения
Приготовление горячей воды в автономных системах инженерного обеспечения осуществляется преимущественно двумя способами: путем нагрева воды в проточных или накопительных водонагревателях.
Проточный водонагреватель (в быту называется «колонкой») представляет из себя прибор (рис. 112), где по контуру течет нагреваемая вода, за счет наличия большой площади поверхности теплообмена происходит интенсивный процесс передачи тепла от греющей среды (электроэнергии или сгораемого газа) к нагреваемой.
Рис. 112. Проточный водонагреватель (газовая колонка)
Главным и очевидным минусом данного прибора является отсутствие аккумулирующей способности, прямая зависимость производительности от подводимого тепла, а главное, вероятность образования в каналах теплообменника накипи, препятствующей свободному течению воды и значительно ухудшающей процесс теплообмена. Несомненным плюсом является компактность прибора и простая схема монтажа горячего водоснабжения (рис. 113), которая включает ввод в прибор холодной воды и выход горячей непосредственно на краны водоразбора. Проточный водонагреватель нагревает воду только в момент расхода. Проточные водонагреватели имеют еще и то преимущество, что нагрев воды осуществляется сразу в полном объеме и столь долго, сколь это необходимо без снижения производительности.
Рис. 113. Схема разводки трубопроводов при проточном водонагревателе
Накопительный водонагреватель (бойлер) отличается от проточного большим объемом запасаемой внутри себя воды. Нагрев воды до заданной температуры в этом случае происходит заранее и, как правило, с использованием относительно малой мощности. Например, электрический водонагреватель накопительного типа разогревает определенный объем воды до температуры 55–85°С и автоматически поддерживает температуру на установленном уровне. Поскольку нагрев происходит постепенно, такой прибор не требует большой электрической мощности и зачастую может быть подключен к обыкновенной розетке. Даже 150-литровые бойлеры на половинной мощности могут потреблять не более 1,5 кВт. В бойлере постоянно находится горячая вода, а по мере расхода в него поступает холодная и подогревается до нужной температуры. Для предотвращения потерь тепла через корпус бойлера его стенки делают утепленными. Благодаря большому слою теплоизоляции вода в емкости водонагревателя остывает крайне медленно, а потому включения нагревателя происходят редко.
Схема работы накопителя (бойлера) предусматривает подачу холодной воды в нижнюю точку прибора, а отбор горячей воды производится из верхнего уровня. Производительность прибора зависит от количества подводимого тепла или мощности ТЭНа (теплоэлектронагревателя), к тому же в бойлере существует постоянный запас уже нагретой воды, покрывающий пиковые нагрузки в периоды интенсивного разбора воды. Для компенсации теплового расширения воды при нагреве в систему трубопроводов устанавливают расширительный мембранный бак.
Накопительные водонагреватели могут быть выполнены в горизонтальном или вертикальном виде, что позволяет оптимизировать размещение бойлера в помещении котельной. Главными преимуществами прибора являются его аккумулирующая способность и длительный срок службы без проведения мероприятий по обслуживанию и чистке. Обычно накопительный водонагреватель работающий от котла (рис. 114), это «бак в баке», представляющий собой теплообменник с функциями теплоаккумулятора, выполненный из двух концентрических баков: внутренний бак для санитарной горячей воды нагревается от теплоносителя системы отопления, содержащегося в наружном баке и циркулирующего между двойными стенками.
Рис. 114. Бойлер косвенного нагрева для горячего водоснабжения
Внутренний бак является «сердцем» бойлера: он работает с коррозионно активной проточной водой, при высоком давлении и переменной температуре. Бак изготавливают из хромо–никелевой нержавеющей стали, сваренной в защитной среде аргона. Перед сборкой конвективные поверхности бака упрочняются и пассивируются для удлинения срока службы бака и улучшения практического сопротивления коррозии. Наружным стенкам бака придается волнообразный профиль. Такая конструкция обеспечивает сопротивление давлению и ограничивает отложение накипи путем циклов удлинения и сжатия бака. Наружный бак, содержащий теплоноситель системы отопления, изготавливают из углеродистой стали. На него наносится полиуретановая пена высокой плотности толщиной 50 мм. Сверху бойлер покрывают полимерным полипропиленом, пластичным материалом, обеспечивающим высокую сопротивляемость ударам.
По расчету мощности котла с включением в его отопительный контур бойлера косвенного нагрева нет единого мнения. Одни считают, что при подключении в отопительный контур бойлера нет необходимости увеличивать мощность котла, так как котел работает на полную мощность от силы пять дней в году, когда температура на улице достигает своего минимума. Другие, наоборот, рекомендуют увеличивать мощность котла примерно на 20%. Мотивируя это тем, что котел, основное свое время работающий с 50–70% загрузкой, дольше прослужит.
Объем бойлера подбирается из расчета потребности в горячей воде. По нормам требуется горячей воды: для одного умывальника со смесителем — 0,09, для одного ванного смесителя — 0,18, для одной душевой лейки — 0,09, для одного биде — 0,05, для одного кухонного смесителя — 0,09 л/сек.
Рис. 115. Схемы обвязки бойлеров
Схемы подключения бойлеров к контурам отопления практически все однотипны вне зависимости от вида подключения к прибору: верхнего или нижнего (рис. 115). Холодная вода из водопровода или станции подкачки (при скважинном подключении) поступает в нижнюю часть бойлера. При этом поступающая вода должна пройти фильтр-грязевик или фильтры водоподготовки, разрушающие известковые соли и не дающие им потом высесть на стенках бойлера в качестве накипи. Далее на пути воды при давлении в системе водопровода более 6 бар устанавливается редуктор давления «после себя», чтобы давление поступающей воды не превышало допустимых норм. Потом должен стоять обратный клапан, пропускающий воду в бак и закрывающий ей путь обратно. С этими приборами, в общем-то, все ясно. Дальнейшее рассмотрение трубопровода становится интересней.
На трубопровод закачки холодной воды устанавливается предохранительный клапан и расширительный бак. Зачем они здесь? Потребление горячей воды в доме — процесс циклический, ей то пользуются, то нет, например, ночью она нагревается в бойлере и расширяется в объеме. А куда воде расширяться, если все краны водоразбора закрыты? Для этих целей и установим на трубопроводе ввода водопровода расширительный бак. В этот момент подпитка системы холодной водой все равно не производится, так пусть пока часть водопровода поработает на расширительный бак. Для сбрасывания давления установим рядом и предохранительный клапан. Он сработает и в случае превышения давления со стороны бойлера, и в случае превышения давления со стороны ввода водопровода, если там вдруг случится какая-то авария и произойдет резкий скачок давления.
Далее холодная вода нагревается в бойлере и насосом подается на краны водоразбора. Здесь можно установить трехходовой смеситель и соединить его с трубопроводом холодной воды, таким образом смеситель можно будет настроить на определенную температуру горячей воды, чтобы она не была обжигающей. Но при установке насоса возникает другая проблема. Когда краны водоразбора выключены, а это основная часть времени, насос будет работать «на закрытые задвижки» и повышать локальное давление в трубопроводе, но вода при этом будет стоять на месте и остывать. Чтобы насос не работал вхолостую, нужно включать в схему рециркуляционный трубопровод, сбрасывающий неиспользованную горячую воду обратно в бойлер. Теперь при отсутствии водоразбора горячая вода, подгоняемая насосом, будет крутиться по трубопроводному кольцу из бойлера и обратно в бойлер. Насос работает, жжет электроэнергию, а отдачи от него никакой. Включим в схему полотенцесушители и «посадим» их на рециркуляционный трубопровод. Насос все равно работает, горячая вода циркулирует, так пусть от этого будет хоть какая-то польза. Пусть эта вода сушит полотенца и обогревает помещения ванных комнат, а при грамотном расчете на рециркуляционный трубопровод можно присоединить и небольшую систему «теплых полов».
Теперь проследим трубопроводы, поставляющие в бойлер горячую воду от котла. Если просто соединить обратку и подачу котла с бойлером, то теплоноситель будет постоянно циркулировать по контуру бойлера и нагревать в нем санитарную воду вне зависимости, есть в ней потребность или нет. Для того чтобы вода от котла циркулировала в бойлере только когда в ней есть потребность, снабдим трубопровод подачи двухходовым термостатом и соединим его сервопривод с датчиком температуры, установленным в бойлере. Как только температура санитарной воды в бойлере достигнет установленной нами величины, датчик даст команду на термостат и тот закроет поступление теплоносителя от котла. Таким же образом можно вместо двухходового термостатного вентиля установить в этом месте трехходовой кран, который будет то открывать воду на бойлер, то сбрасывать ее через байпас обратно в контур котла. Если на подачу горячей воды в бойлер предусмотрен отдельный насос, то датчик температуры через контролер может отдавать команды насосу, то включая, то выключая его. Жидкость циркулирует вокруг внутреннего бака и нагревает санитарную воду. Когда заданная температура достигнута, термостат останавливает циркуляционный насос.
В настоящее время существуют комбинированные бойлеры, сочетающие в себе функции накопителя горячей воды и проточного теплообменника быстрого нагрева. Когда расход теплой воды слишком большой и накопитель бойлера быстро опорожняется, вступает в нагрев проточный теплообменник. Он обычно устанавливается на бойлере и продается вместе с ним (рис. 116).
Рис. 116. Проточный теплообменник
Приготовление горячей воды также делается с помощью двухконтурного отопительного котла. Обычно он имеет встроенный бойлер объемом от 50 до 200 литров, хотя многие котлы готовят горячую воду и проточным способом, как колонки. Чаще всего используют комбинированные котлы, имеющие две системы нагрева. Зимой работают два контура: нагрев воды осуществляется водой из системы отопления, летом работает один контур, только для горячего водоснабжения.
Источник: «Отопление дома. Расчет и монтаж систем » 2011. Савельев А.А.
IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2017
ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЕ ГОРЯЧЕЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ
Горячее водоснабжение (ГВС) – система, предназначенная для удовлетворения гигиенических (умывание, купание) и бытовых (стирка, мойка) нужд населения. Температура воды в данной системе во избежание ожога не должна превышать 75 °С. Такой водой снабжаются здания с проживанием людей (жилые здания, общежития, отели), профилактические (больницы, поликлиники, санэпидстанции), здания санитарно-гигиенического и коммунального обслуживания (бани, прачечные, ателье, мастерские), учебные здания (школы, техникумы, университеты), детские учреждения, здания общественного питания и торговли, здания культурно-просветительные (кинотеатры, цирки, клубы), а также промышленные здания и сооружения.
Системы снабжения горячей водой делятся на два вида: автономная (децентрализованная) и централизованная.
Автономная (децентрализованная) система представляет приготовление горячей воды на месте потребления и выполняется подобная процедура с помощью небольших тепловых генераторов: газовые нагреватели, дровяные печи, газовые и прочие установки.
Централизованная система горячего водоснабжения – это определенный комплекс сооружений, который обеспечивает горячей водой от одного здания до нескольких зданий, микрорайона или города. Рассмотрим такую систему более подробно, ведь она имеет преимущественное применение в современном строительстве, так как наиболее массовыми потребителями горячей воды являются многоэтажные жилые здания, которые получают теплоту от котельных или центральных тепловых пунктов.
Системы централизованного горячего водоснабжения следует проектировать, предусматривая размещение пунктов подогрева воды, как правило, в центре района потребления горячей воды [1]. Централизованная система горячего водоснабжения для нагрева воды использует теплообменник (водонагреватель), циркуляционную сеть и насосы, обеспечивающие циркуляцию горячей воды, которая необходима для восполнения теплопотерь и поддержания требуемой температуры воды у всех потребителей. В зависимости от источников теплоты централизованные системы горячего водоснабжения могут использовать: закрытые или открытые тепловые сети (сети ТЭЦ или районных котельных).
При проектировании систем централизованного горячего водоснабжения следует предусматривать присоединение их к двухтрубным водяным тепловым сетям открытых систем теплоснабжения непосредственно к обратному трубопроводу, а при закрытых системах теплоснабжения – через водонагреватели [1].
В открытых системах теплоснабжения горячая вода поступает в здания из подающего трубопровода тепловой сети, то есть горячая вода одновременно идет на отопление и на горячее водоснабжение.
В закрытой системе теплоснабжения холодная вода из наружной водопроводной сети подается в водонагреватель, в котором нагревается теплоносителем из тепловой сети до необходимой температуры и по распределительной сети транспортируется к потребителям. Остывшая вода возвращается в теплообменник для подогрева. Водонагреватели могут устанавливаться в районных котельных или ТЭЦ, а могут размещаться непосредственно в тепловых пунктах зданий.
Для предотвращения остывания воды в системе горячего водоснабжения в часы отсутствия водоразбора устраивают циркуляцию горячей воды. По циркуляционным трубопроводам вода возвращается в пункт обогрева воды, в котором подогревается. Таким образом, обеспечивается постоянная температура воды в системе ГВС. На циркуляционном стояке могут размещаться полотенцесушители (рис.1).
Рис. 1 Система ГВС с циркуляцией
Различают системы горячего водоснабжения еще и по наличию или отсутствию в них баков-аккумуляторов горячей воды. Баки-аккумуляторы в системах горячего водоснабжения следует предусматривать:
а) для повышения эффективности действия установок по противокоррозионной и противонакипной обработке холодной воды (при необходимости такой обработки);
б) для выравнивания потребления горячей воды при ограниченной мощности источника теплоснабжения и неравномерном потреблении горячей воды в здании, сооружении или в группе зданий и сооружений;
в) для ограничения и выравнивания давления в трубопроводах сетей горячего и холодного водоснабжения, а также повышения устойчивости их работы [1].
Баки-аккумуляторы подлежат периодической очистке от осадков и обрастаний. Периодичность очистки определяется местными условиями эксплуатации, но должна проводиться не реже одного раза в два года [3].
В закрытых системах теплоснабжения баки-аккумуляторы устанавливаются в ЦТП (Центральный тепловой пункт) или в источниках теплоты (котельных или ТЭЦ). Баки-аккумуляторы систем горячего водоснабжения следует проектировать, как правило, из металла.
В заключение следует сказать, что система горячего водоснабжения – это целый комплекс трубопроводов, технических и технологических устройств, который необходим для жизнеобеспечения населения и благоустройства зданий и городов.
Список использованных источников
СП 30.13330.2012 Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85* : утв. Приказом Минрегион России от 29.12.2011 г. № 626 : дата введ. 01.01.2013. — 65 с.
СанПиН 2.1.4.1074-01 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения : утв. Пост. главного государственного санитарного врача РФ, 26.09.2001 №24 : дата введ. 01.01.2002. — 62 с.
Ионин А. А. и др. Теплоснабжение: учеб. для студентов вузов по спец. «Теплогазоснабжение и вентиляция». — М.: ЭКОЛИТ, 2011.
