Водоснабжение многоквартирного дома. Применение проточного водонагревателя. Эффективность систем горячего водоснабжения

• Применение проточного водонагревателя
• Системы накопительного типа
• Советы специалистов

В доме всегда должно быть уютно, и одним из факторов, обеспечивающих комфорт, является горячее водоснабжение.

Для обеспечения комфортного проживания в доме обязательно должно быть горячее водоснабжение.

На сегодняшний день, в зависимости от того, каким способом происходит нагрев воды, различают две системы горячего водоснабжения:

• система с проточным нагревателем;
• система с накопителем.

Применение проточного водонагревателя

В этом случае устанавливается проточный водонагреватель, который обеспечивает горячее водоснабжение дома. Такие водонагреватели могут быть нескольких типов:

• газовая колонка;
• электрическая колонка;
• контур двухконтурного котла;
• пластинчатый теплообменник, который подключают к отопительному контуру.

Схема их работы заключается в том, что сразу после подачи воды начинается ее нагрев, это происходит очень быстро. Чтобы за небольшое время получить воду высокой температуры, необходимо ограничивать поток воды. Температура воды на выходе будет напрямую зависеть от напора водопровода.

Чтобы можно было качественно обеспечивать одну точку забора горячей водой, мощность такого оборудования должна быть достаточно высокой. Например, для принятия душа хватит 10 кВт, а чтобы наполнить ванну, необходимо не меньше 18 кВт. Если же вы планируете, что система горячего водоснабжения одновременно будет обеспечивать несколько точек, то следует брать прибор, мощность которого от 28 кВт.

Для обеспечения небольшого дома, когда горячую воду берут из двухконтурного котла, его мощность можно брать и меньше. Здесь все зависит от того, какое количество воды вам требуется, и, зная эту величину, вы сможете правильно рассчитать мощность оборудования.

Недостатки системы с поточным водонагревателем:

1. Температура зависит от количества расходуемой воды, чем ее больше, тем меньше температура. Пользоваться сразу в двух точках горячей водой будет неудобно, так как происходит скачок температуры.
2. Если напор воды слабый, то такой тип водонагревателя вообще не будет работать.
3. После включения крана, горячая вода будет поступать не сразу, а с небольшой задержкой. Чем дальше точка забора от нагревателя, тем дольше придется ждать.
4. В камере нагрева откладывается накипь, что ухудшает качество работы нагревателя, поэтому его необходимо часто чистить.

Все это увеличивает расход потребления воды, электроэнергии и нагрузку на канализацию.

Несмотря на наличие недостатков, такая схема является достаточно популярной в связи с небольшой стоимостью оборудования. К тому же, оно имеет небольшие размеры, что упрощает его монтаж. Чтобы было комфортно использовать данную схему нагрева воды, можно сделать следующее: поставить нагреватели возле каждой точки забора. Однако если вы их включите все одновременно, то нагрузка на электрическую сеть коттеджа будет очень высокой, порядка 30-35 кВт, что может вывести ее из строя. Поэтому целесообразно рассмотреть и другие виды систем ГВС.

Вернуться к оглавлению

Системы накопительного типа

1. Бойлер и циркуляция воды в системе. Бойлер – это бак, который имеет хорошую теплоизоляцию и большие размеры. Обычно в бак встроены электрический нагреватель и трубчатый теплообменник, который подключен к котлу. Практически постоянно вода нагревается за счет котла. ТЭН включается, когда котел отключен или когда требуется большое количество горячей воды. Такая схема работы называется бойлером косвенного нагрева, это закрытая система. При необходимости горячая вода уходит из верхней части бойлера, после этого снизу поступает холодная вода, которая снова нагревается. Современные бойлеры оснащают еще и солнечным нагревателем, для этого в нижнюю их часть вставляют дополнительный теплообменник. Вода нагревается при помощи солнечной энергии, а если ее недостаточно, то для дополнительного нагрева используется котел или ТЭН.
2. Бойлер послойного нагрева. Данный тип нагрева воды становится очень популярным. В этой системе нет теплообменника, а вода нагревается, проходя через проточный нагреватель. Принцип работы следующий: сначала тратится горячая вода сверху, на ее место снизу поступает холодная вода, насос прогоняет воду через нагреватель проточного типа. Потребитель практически сразу получает горячую воду и не надо ждать, пока нагреется вода во всем бойлере, как в предыдущем типе водонагревателя. Такое решение позволяет приобретать бойлер меньшего размера и брать нагреватель меньшей мощности, при этом комфорт пользователя не уменьшается.
3. Система с циркуляцией воды. Использование бойлера позволяет сделать так, чтобы горячая вода в водопроводе циркулировала. Места, где отбирают воду, подключают к кольцевому трубопроводу, при этом длина каждого участка не должна превышать 2 метра. В этой системе используется маломощный насос с небольшими габаритами. Если сделать уклоны, то вода может циркулировать и без помощи насоса. Такое решение позволяет подавать воду к точкам забора постоянно, и ее можно брать из нескольких мест одновременно, это открытая система ГВС.
4. Рекуперация тепла от стоков канализации. Чтобы экономить расходуемую энергию, которая тратится на нагрев воды в доме, существуют различные способы. После использования горячая вода часто просто стекает в канализацию. Чтобы этого не происходило, используют систему рекуперации, то есть возврата части энергии из канализационных стоков снова в систему ГВС. Перед тем как попасть в бойлер, вода идет в теплообменник, в который также направляются стоки из канализации. Они начинают взаимодействовать, но между собой не смешиваются. Это позволяет обеспечить поступление в бойлер уже теплой воды, поэтому на ее нагрев тратится меньше энергии. Хотя это и более сложная система, но она позволяет экономить энергию, что является весьма актуальным вопросом.

Отличительной чертой централизованного горячего водоснабжения является непрерывное поступление горячей воды к водоразборным приборам. В современных системах теплоснабжения набольшее распространение получило приготовление горячей воды в местных или центральных тепловых пунктах, из которых вода поступает в системы горячего водоснабжения.

Рис. 3.1. Тупиковая схема горячего водоснабжения с верхней разводкой и баком-аккумулятором: 1 – водопроводная вода; 2 – секционный водонагреватель; 3 – верхний бак-аккумулятор с поплавковым краном; 4 – к водоразборным приборам; РТ – регулятор температуры;
t 1 , t 2 , t х – соответственно температура воды в подающем и обратном трубопроводах и холодной водопроводной

Горячее водоснабжение от МТП организуется главным образом при районном или квартальном теплоснабжении.

На предприятиях с постоянным и большим водоразбором, а также в небольших малоэтажных жилых домах с периодическим водоразбором распространены простые и дешевые тупиковые схемы с верхней разводкой и аккумулятором (рис. 3.1). Горячая вода в таких системах подготавливается заранее до начала водоразборов. Большой запас воды в аккумуляторе позволяет сохранять высокую температуру даже при продолжительных перерывах потребления воды.

В больших жилых зданиях с неравномерным потреблением горячей воды и без аккумулирования тупиковая разводка недопустима, так как продолжительное прекращение водоразбора может привести к недопустимому остыванию воды и необходимости ее слива. Остывание воды в разводящих трубопроводах предупреждается непрерывной или кратковременной естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя в местной системе.

Естественная циркуляция наиболее эффективна в системах с верхней разводкой, так как с устройством замкнутого контура (рис. 3.2) непрерывно действующая циркуляция возникает естественным путем. Естественное движение воды происходит за счет разной плотности горячей и остывшей воды. Обычно разность плотностей воды в системе бывает небольшой, поэтому необходимое циркуляционное давление обеспечивается тщательной тепловой изоляцией стояка 1 и прокладкой разводящих трубопроводов 3, 4, 5 без тепловой изоляции. В результате разность температур воды в контуре (на выходе из подогревателя и на входе в него) достигает максимального значения.

В зданиях с большими чердачными помещениями вместо воздухосборников целесообразно устанавливать баки-аккумуляторы.

Ввиду сравнительно малой величины естественного циркуляционного давления пределы применения естественной циркуляции ограничены. В зданиях с длиной разводящих трубопроводов, превышающей допустимые пределы, применяется принудительная циркуляция с помощью насосов. Она допускается в системах с нижней разводкой трубопроводов (рис. 3.3).

Системы горячего водоснабжения с непрерывной циркуляцией работают с постоянным подогревом воды, что является необходимым условием применения полотенцесушителей. Поэтому в жилых домах горячее водоснабжение должно проектироваться с циркуляцией и полотенцесушителями. Полотенцесушители размещаются в ванных комнатах и душевых помещениях на трубопроводах, в которых обеспечивается постоянное протекание горячей воды. Часто полотенцесушители присоединяются к циркуляционным стоякам.

Необходимость применения циркуляции определяется из условия обеспечения минимально допустимой температуры воды в наиболее удаленной и высокорасположенной точке водоразбора. При этом в жилых домах до пяти этажей без полотенцесушителей циркуляция воды должна предусматриваться только в подающих трубопроводах. В зданиях большей и любой этажности, но с полотенцесушителями на трубопроводах горячего водоснабжения, циркуляция должна предусматриваться в подающих трубопроводах и разводящих стояках одновременно.

Рис. 3.3. Схема горячего водоснабжения с нижней разводкой и принудительной циркуляцией: 1 – полотенцесушитель; 2, 3 – подающая и циркуляционная линии; 4 – секционный водонагреватель; 5 – водопровод; 6 – циркуляционный насос; В – водомер

Системы горячего водоснабжения с нижней разводкой и аккумулированием могут иметь только нижнее расположение баков-аккумуляторов (рис. 3.4). Нижние баки находятся под статическим давлением воды самой высокой точки водоразбора. Запас теплоты в баках создается при уменьшении или прекращении водоразбора, когда производительность насоса и подогревателя превышает нагрузку горячего водоснабжения. В такие периоды поступление холодной воды из водопровода в замкнутую систему уменьшается или полностью прекращается, а непрерывная работа подогревателя используется на накопление тепловой энергии в системе.

При отсутствии водоразбора вся горячая вода из подогревателя поступает в систему (на циркуляцию) и в бак, вытесняя из него холодную воду сверху вниз. Вытесняемая из бака вода смешивается с остывшей циркуляционной водой и вновь через подогреватель нагнетается в бак и в систему. При частичном водоразборе убыль воды в системе пополняется из водопровода, а поступление горячей воды в бак уменьшается на величину установившегося водоразбора. Такой процесс постепенного заполнения аккумулятора горячей водой называется зарядкой . Когда разбор горячей воды становится равным производительности зарядочного насоса и подогревателя, зарядка аккумулятора прекращается, и ввиду падения давления в циркуляционном трубопроводе обратный клапан закрывается, прекращая циркуляцию воды. При максимальном водоразборе, превышающем производительность установки, давление в разводящих трубопроводах становится меньше давления в водопроводе. Тогда под давлением холодной водопроводной воды недостающее количество горячей воды будет вытесняться в систему из бака снизу вверх, аккумулятор при этом разряжается.

Резкие колебания нагрузки горячего водоснабжения вызывают непрерывные смены процессов зарядки и разрядки, поэтому схемы с нижним расположением аккумуляторов должны быть полностью автоматизированы.

Схемы горячего водоснабжения с непосредственным водоразбором из тепловых сетей отличаются от рассмотренных тем, что в тепловых пунктах вместо подогревателей устанавливаются групповые смесители (рис. 3.5 и 3.6). Смесители предназначены для понижения температуры сетевой воды из подающего трубопровода подмешиванием более холодной воды, поступающей из системы отопления. Необходимая температура горячего водоразбора регулируется изменением подачи воды из подающего трубопровода с помощью регулятора температуры. Для устранения перетоков воды из подающего трубопровода в обратный на обратном трубопроводе устанавливается обратный клапан.

Для нормальной работы систем горячего водоснабжения необходимо, чтобы давление после смесителей было достаточным для поступления воды к самым высоким и удаленным точкам водоразбора. В теплое время года при водоразборе из подающей линии это давление должно быть обеспечено в точках а (рис. 3.5) при открытом вентиле 5, при водоразборе из обратной линии – в точках б при закрытом вентиле 5. В схеме на рис. 3.5 необходимое давление в точках а и б подбирается из условия свободного заполнения горячей водой бака-аккумулятора.

В схеме на рис. 3.6 циркуляция в летний и зимний периоды создается различным образом. Летом при водоразборе из подающей линии вентиль а закрывается. Так как большая разность давлений между подающей и обратной линиями вызывает излишнюю циркуляцию воды, то для поглощения избыточного циркуляционного давления поток воды направляется через летнюю шайбу путем закрытия вентиля б . В зимний период водоразбор производится одновременно из обоих трубопроводов или только из обратного, для этого вентиль а должен быть открытым. Для циркуляции воды в системе горячего водоснабжения необходимо, чтобы давление в точке в было меньше давления в точке г , что достигается установкой зимней шайбы. Для уменьшения гидравлического сопротивления циркуляционного трубопровода летняя шайба отключается и вся циркуляционная вода протекает по линии с открытым вентилем б .

Горячее водоснабжение по схеме на рис. 3.5 применяется в домах с большим и периодическим водоразбором, а без циркуляции используется там же, где и схема, показанная на рис. 3.1.

Подогреватели горячего водоснабжения в закрытых системах теплоснабжения обходятся значительно дороже смесителей. Но при непосредственном большом водоразборе из тепловых сетей затраты на подготовку подпиточной воды на тепловой станции и перекачку теплоносителя в сетях иногда превышает экономию, получаемую от замены подогревателей в тепловых пунктах смесительными приборами. Использование комбинированной схемы, показанной на рис. 3.7, дает ощутимую экономию расхода сетевой воды за счет добавки в местную систему водопроводной воды, нагреваемой в подогревателе обратной водой из системы отопления. Когда температура сетевой воды в обратном трубопроводе повышается до 70 о С, водоразбор из подающего трубопровода может быть полностью прекращен. В этом случае горячее водоснабжение целиком обеспечивается водопроводной водой, нагреваемой в теплообменнике. Эта схема по капитальным затратам дороже схем с непосредственным водоразбором, но позволяет сократить объем водоподготовки на 35 – 40% и расход электроэнергии на циркуляцию сетевой воды – на 20%.

Существуют различные схемы подключения стояков горячего водоснабжения. «Классическая» схема с циркуляционным стояком на каждый подающий стояк (рис. 3.8, а ) отличается наибольшей металлоемкостью. В схеме с парнозакольцованными стояками (рис. 3.8, б ) водоразрные приборы и полотенцесушители присоединяются к подающим и циркуляционным стоякам. По такой схеме в часы максимального водоразбора обa стояка являются подающими, в остальное время один из стояков выполняет функции циркуляционного. Переключение стояка с режима подачи на режим циркуляции осуществляется автоматическим устройством в тепловом пункте. Схема не получила распространения из-за плохого прогрева полотенцесушителей и пониженной температуры водоразбора из циркуляционного стояка при циркуляционном режиме работы. Общим недостатком схем а и б является небольшая скорость циркуляции воды, способствующая ускоренной коррозии полотенцесушителей.

В жилых домах к циркуляционному стояку можно присоединять несколько подающих стояков (рис. 3.8, в , г ), пропорционально их числу увеличивается скорость воды в циркуляционном стояке. Схемы по металлозатратам более экономичны и при загрузке циркуляционных стояков полотенцесушителями коррозия полотенцесушителей несколько уменьшается.

В зданиях высотой более 50 м системы горячего водоснабжения должны быть разделены на зоны, так как при сохранении традиционных для зданий средней этажности схем циркуляции возникают трудности регулирования одинакового давления в водоразборных приборах различных этажей. Высота зон определяется по нормам проектирования внутреннего водопровода. В наиболее часто встречающихся схемах (рис. 3.9, а ) каждая зона обеспечивается горячей водой от своего комплекта оборудования в МТП или ЦТП. Подобные схемы надежны, но имеют высокую начальную стоимость и большие эксплуатационные затраты.

При подаче горячей воды по общему подающему трубопроводу (рис. 3.9, б ) давление в верхней зоне регулируется регулятором давления на циркуляционном стояке или подкачивающим насосом на подающем стояке. В нижней зоне необходимое давление контролируется установкой регулятора давления на подающем стояке. Недостатком такой схемы является сложность наладки режимов циркуляции при большой разнице давлений воды в зонах.

Наиболее перспективна схема горячего водоснабжения с естественной циркуляцией в пределах каждой зоны и подогревом воды в небольших подогревателях, установленных на подающих стояках. В этом случае горячая вода должна подаваться из ЦТП по тупиковой схеме.

ГВС от ЦТП рассчитывается для обслуживания 2 – 20 зданий. Групповые подогреватели (в закрытых системах теплоснабжения) и смесительные устройства (в открытых системах теплоснабжения) в ЦТП присоединяются к теплосетям по таким же схемам, как и в МТП. Из ЦТП горячая вода по квартальным сетям подается в МТП каждого здания в квартале. В МТП системы горячего водоснабжения зданий подающими и циркуляционными стояками врезаются в соответствующие трубопроводы, проложенные от ЦТП обычно в подвалах домов.

Рис. 3.9. Схема горячего водоснабжения зданий повышенной этажности:
а – раздельная; б – совместная

Наиболее серьезные недостатки группового приготовления горячей воды в ЦТП связаны с непосредственным присоединением стояков местных систем горячего водоснабжения к квартальным трубопроводам от ЦТП. Непосредственное присоединение создает большое число перемычек между подающим и циркуляционным трубопроводами, которое затрудняет равномерное распределение горячей воды по стоякам в здании и между зданиями. Ввиду неравенства гидравлического сопротивления ближних и дальних перемычек расходы воды по мере удаления зданий от ЦТП по перемычкам уменьшаются и иногда значительно. Для восстановления расчетных расходов горячей воды в каждом здании требуется установка в МТП дополнительной регулирующей арматуры, например, регуляторов расхода, шайб. Это, в свою очередь, усложняет наладку системы и ее обслуживание.

Стремление увеличить число обслуживаемых зданий и радиус действия ЦТП приводит также к существенному снижению температуры горячей воды у наиболее удаленных потребителей. Низкая температура воды способствует росту ее потребления за счет слива остывшей воды и сокращения расхода холодной воды на подмешивание к горячей воде. Для предупреждения значительного охлаждения и слива воды из системы наиболее удаленных зданий рекомендуется предусматривать в них дополнительную автономную циркуляцию воды с помощью местных циркуляционных насосов, которая одновременно повышает гидравлическую устойчивость горячего водоснабжения.

Исходя из отмеченных явлений, выбор группового приготовления горячей воды в каждом конкретном случае необходимо подтверждать технико-экономическим расчетом.

Централизованное горячее водоснабжение в системах с паровым теплоносителем применяется в основном в рабочих поселках, сельских населенных пунктах, имеющих собственные паровые котельные или получающих теплоту от ближайших производственных комплексов. Приготовление горячей воды производится либо на месте потребления, либо непосредственно в котельных. Водопроводная вода нагревается в секционных или емкостных пароводяных подогревателях поверхностного типа.