Системы горячего водоснабжения зданий

По месту расположения подающих магист­ралей в здании различают системы с верхней и нижней разводкой, тупиковые и циркуляционные.

Системы с верхней разводкой к водоразборным стоякам приме­няются в зданиях с постоянным и большим водоразбором и с верхней установкой баков-аккумуляторов. При постоянном водоразборе обеспечивается поступление в приборы воды с норматив­ной температурой и поэтому такие системы выполняют тупиковы­ми.

Современные здания оборудуются системами с нижней развод­кой ввиду отсутствия чердаков и технических этажей, а также для того, чтобы при недостаточном давлении воды на вводе не прекра­щалась подача горячей воды в нижние этажи зданий. При нижней разводке естественная цир­куляция часто недостаточна и используют принудительную насосную ци­ркуляцию.

В настоящее время ГВС в жилых и общественных зданиях, проек­тируются, как правило, циркуляционными. Это объясняется тем, что в тупиковых системах при отсутствии водоразбора вода в по­дающих трубопроводах охлаждается и при возобновлении водораз­бора необходимо сливать остывшую воду до появления в приборах воды нужной температуры.

Схемы с различными типами водоразборных узлов показаны на рис. 11. Каждый водоразборный стояк (рис. 11, а) имеет отдельный циркуляционный стояк. На рис. 11, б циркуляционный стояк одновременно является и водоразборным. Недостатком схемы является то, что в периоды малых и средних водоразборов в приборы, подключенные к циркуляционному стояку, поступает вода сниженной температуры. Общим недостатком этих схем является повышенная металлоемкость.

В современных системах несколько подающих стояков подсоединяют к одному циркуляционному, что позволяет уменьшить металлоемкость системы. В схеме (рис.1,в) хотя циркуляционный стояки сохранен водоразборным, но ввиду увеличения циркуляционного расхода его недостатки уменьшены по сравнению со схемой б (рис. 1,б).

В схеме рис. 11, г из циркуляционного стояка исключен водоразбор, что позволило уменьшить металлоемкость. В схеме рис. 11, д в нижней части имеется кольцующая перемычка, объединяющая несколько подающих стояков, что позволяет более равномерно распределять воду по подающим стоякам.

Рис. 11. Схемы ГВС с различными типами водоразборных узлов: а — с последовательным подключением полотенцесушителей на подающем стояке, б — с попарно закольцованными стояками, в — с водоразборно-циркуляционными стояками, г — с индиви­дуальным циркуляционным стояком, д — то же, с объединяющей перемычкой на вводе горячей воды; 1 — источник теплоты, 2 — подающий трубопровод; 5 — водоразборный стояк; 4 — во­доразборные краны; 5 — полотенцесушитель, 6 — кольцующая перемычка; 7 — отключающий кран; 8 — циркуляционный стояк, 9 — циркуляционный насос; 10 — обратный клапан

Водонагреватели

Чтобы сделать правильный выбор, необходимо иметь представление об основных типах нагревателей, их недостатков и достоинствах.

Водонагреватели бывают накопительные и проточные. Проточные подсоединяются только к постоянному источнику воды, тогда как накопительные могут работать и в условиях отсутствия водопровода. На рис. 12 показаны примеры накопительных водонагревателей. Достоинства всех накопительных водонагревателей: есть возможность запасти некоторое количество горячей воды. Недостатки накопительных водонагревателей: большие размеры и более продолжительный период нагрева.

Все водонагреватели можно подразделить на следующие виды:

1. газовые проточные ("газовые колонки") – нагревают воду через теплообменник (как правило из меди), расположенный внутри корпуса;

2. газовые накопительные (газовые бойлеры) представляют собой стальной цилиндрический бак с теплоизоляцией, со встроенными в него газовой горелкой, дымоходом, элементами автоматики и защиты;

3. электрические проточные. Вода в этих аппаратах нагревается пройдя через сосуд, в котором установлен электрический ТЭН;

4. электрические накопительные (со встроенным змеевиком и без него) нагревает воду в баке, после чего поддерживает ее температуру в автоматическом режиме;

5. твердотопливные котлы (топят дровами, углем, брикетами торфа);

6. жидкотопливные котлы (используют дизельное топливо);

7. комбинированные накопительные с топкой для твердого топлива. Кроме твердого топлива они могут работать на газе или жидком топливе, солярке, для чего требуется установить соответствующую горелку. (Обычно применяются для работы на газе или солярке, а дровяная топка – резервный вариант на случай отсутствия солярки или газа) ;

8. бойлеры косвенного нагрева представляют собой емкости, изготовленные из стали с защитным слоем эмали или стеклокерамики, а также нержавеющей стали в кожухе с высокоэффективной теплоизоляцией. Нагрев воды происходит через теплообменник (как правило в форме змеевика), через который протекает теплоноситель системы отопления.

9. универсальные накопительные котлы работают на твердом, жидком, газообразном топливе, как и комбинированные, но еще имеют встроенные электрические ТЭНы.

Рис. 12. Накопительные водонагреватели: а – электрический со встроенным змеевиком; б –типовая модель электрического водонагревателя;

в - бойлер косвенного нагрева («водоводяной»)

Производят накопительные электрические водонагреватели со встроенным змеевиком (рис.12,а ) Наличие встроенного змеевика говорит о том, есть ли возможность подключить этот бойлер к отопительному котлу.

Бойлер косвенного нагрева (рис. 12,в) горячей воды от теплоносителя системы отопления (их часто называют "водоводяные") греет воду с помощью горячей воды от системы отопления.

То, какой именно водонагреватель будет оптимальным в тех или иных конкретных условиях, зависит от нескольких факторов: существует ли возможность использовать газ или электричество; сколько воды необходимо для комфортной жизни; имеется ли место для установки достаточно крупного накопительного водонагревателя; есть ли возможность использования большой мощности, которая необходима для проточного электрического нагревателя.

Конструктивно котлы могут отличаться по возможности использования воды для горячего водоснабжения и отопления:

- одноконтурные котлы служат только для одной системы;

- двухконтурные предназначены для обеих систем;

- трехконтурные могут обслуживать и систему горячего водоснабжения, и отопления, а также водообогреваемые теплые полы или подогревать воду в бассейне.

Рассмотрим подробнее типы электрических водонагревателей (рис. 12 а,б; 13 ).

Проточный электрический водонагреватель.Внутри такого водонагревателя установлен нагревательный элемент – ТЭН.

ТЭН – система нагрева с помощью нагревательных элементов для проточных и накопительных водонагревателей. Он состоит из медной трубы, в которую запрессована нагревательная спираль из нихрома. ТЭН разогревается электротоком. Холодная вода проходит через трубу, в которой находится нагревательный элемент, и вытекает из устройства уже горячей.

В проточных электроводонагревателях нагрев воды осуществляется в процессе ее прохождения через водонагреватель, а электроэнергия потребляется только во время пользования горячей водой.

Главное их преимущество – их компактность. Можно легко регулировать температуру воды из крана: увеличив или уменьшив напор холодной воды. Недостаток заключается в том, что они имеют достаточно большую электрическую мощность.

Чтобы подобрать проточный водонагреватель можно сделать следующее: выяснить его производительность в литрах в минуту (л/мин); сопоставить ее обычным расходом воды.

Накопительный (емкостной) водонагреватель (рис. 13).В емкости, заполненной холодной водой, так же, как и в проточном водонагревателе, установлен нагревательный элемент – ТЭН. Он нагревает воду до заданной температуры (35–85°С) и отключается. Как только вода в накопителе охлаждается на 0,5°С, ТЭН автоматически включается и опять подогревает воду до заданной температуры.

Электрические емкостные водонагреватели можно классифици-ровать по следующим основным параметрам: объем; мощность ТЭНа; материал теплоизоляции (пенополиуретан, полиуретан, минвата); тип покрытия/материал бака (стеклофарфор, эмаль, титановая эмаль/нержавеющая сталь и пр.); расположение (вертикальное, горизонтальное, под раковиной, над раковиной); наличие или отсутствие встроенного змеевика.

Выбрать модель накопительного водонагревателя можно по следующей методике, пример использования которой приведен ниже.

Расход воды исходя из продолжительности ее использования с учетом требуемого напора. Рассмотрим этот способ на примере семьи, состоящей из трех человек.

Десятиминутный душ для каждого члена семьи с расходом теплой воды 8 л/мин. 3 чел. х 10 мин х 8 л/мин = 240 литров теплой воды.

Мытье посуды после завтрака: 15 минут с расходом примерно 3 л/мин. 15 мин х 3 л/мин = 45 литров теплой воды.

Вечером расход воды будет примерно таким же.

В итоге получаем утренний (или вечерний) расход теплой воды: 240 + 45 = 285 литров.

Имея требуемый объем теплой воды, далее определяем объем водонагревателя (V водонагр.):

V водонагр. = V (Т - Т') : (Т'' - Т'),

где V – требуемое количество теплой воды (в нашем случае 285 л); Т – требуемая температура теплой воды (возьмем 40 °C); Т' – температура воды, с которой смешивается горячая вода из нагревателя (возьмем 10 °C); Т'' – температура нагретой воды в водонагревателе (обычно 60 °C).

V водонагр. = 285 (40 - 10) : (60 - 10) = 171 литр

Выбираем водонагреватель с ближайшей к этой цифре емкостью.

Рис. 13 Схема накопительного водонагревателя: 1 – труба подачи холодной воды; 2 –температурный регулятор; 3 – потокогаситель;

4 – нагревательный элемент – тэн; 5 – плавкий предохранитель; 6 – труба выхода горячей воды; 7 – температурный датчик; 8 – внутренняя емкость из меди; 9 – теплоизоляция; 10 – корпус; 11– контрольная лампочка;

12 – электрический кабель

Внутренняя емкость у небольших по объему емкостных нагревателей делается из полипропилена или из меди. Но чаще всего емкости делают из стали (в больших нагревателях в том числе), а на внутреннюю поверхность наносится слой защитной эмали. Эмалированная сталь – очень прочный материал, устойчивый к высоким температурам, к воздействию химических веществ и нетоксичный. Для увеличения срока службы бака в нем устанавливают так называемый антикоррозийный анод из «жертвенного» металла.

На внутренних стенках всех накопительных водонагревателей со временем осаждается известковый налет, особенно если используется жесткая вода.

Для защиты накопительных водонагревателей от накипи, перед тем как запустить воду в емкость, желательно очистить воду (есть специальные фильтрующие установки, снижающие жесткость воды). Если нет возможности отфильтровать воду, можно просто почистить тэновый узел. Он достаточно легко демонтируется. Но перед этой процедурой надо опорожнить бак.

Для жесткой воды больше подходят проточные водонагреватели. Они, конечно, тоже подвержены отложению извести, но в меньшей степени, чем накопительные приборы.

У электрического водонагревателя имеется степень электри-ческой безопасности приборов IP (IP – Международный класс защиты, выражается двумя цифрами). Первая цифра – защита от контактов или попадания инородных тел: 1 – рука, крупные инородные тела; 2 – палец, инородные тела средних размеров; 4 – проволока, инородные тела > 1 мм; 5 – полная защита, в т.ч. и от пыли. Вторая цифра – защита от воды: 0 – отсутствие особой защиты; 1 – водяные капли, падающие сверху; 3 – защита от дождя, брызги под углом 60°; 4 – защита от брызг, брызги всех направлений; 5 – защита от водяных струй, струи со всех сторон. Чаще всего водонагреватели имеют защиту IP24 или IP25. Это означает, что водонагреватель с обозначением IP24 защищен от попадания водных брызг. Водонагревателю с IP25 не страшны даже водяные струи, значит, его можно прикрепить где угодно.

По способу крепления накопительные водонагреватели бывают настенные, встраиваемые (для установки, скажем, под кухонной мойкой) и напольные (большие, объемом от 150 литров). Водонагреватели с верхним и нижним подключением внешне практически не отличаются. Разница только в расположении ТЭНа. Однако прибор с верхним подключением ни в коем случае нельзя устанавливать под раковиной. Процесс нагрева воды станет неуправляемым.

Газовые бойлеры способны обеспечить высокий уровень комфортности при использовании горячей воды, подготовить ее в больших количествах и экономно. По принципу нагрева представляют собой емкостныеустройства. По способу установки могут быть настенными и напольными. На рис. 14. можно видеть вариант системы обеспечения двухэтажного дома горячей водой с помощью настенного газового котла.

Газовые колонки. Сегодня колонки обеспечивают горячую воду (ГВ) самым дешевым и быстрым способом. По принципу действия это проточные приборы. Для всех водонагревательных приборов законы физики общие: 1 кВт нагреет на 25°С не более 0,57 л воды за 1 мин. В колонках газ сгорает гораздо полнее, и вредных выделений получается раз в разы меньше, чем в газовой плите. При мощности свыше 24 кВт они вполне заменяют центральное ГВС.

Рис. 14. Горячее водоснабжение загородном дома (стиральная машина и газовый котел на первом этаже, кухня на втором, душевая в мансарде)

В современных колонках для удобства пользователя температура горячей воды может поддерживаться на заданном уровне автоматически, независимо от расхода. В более совершенных моделях для этого установлены так называемые модулирующие горелки, с помощью которых поток воды сам управляет потреблением газа. Все шире применяется электронная диагностика неисправностей, информация о которых выводится на табло или дисплей. Розжиг горелки производится от пьезоустройства и запальной горелки или от высоковольтной искры (электророзжиг). В Европе пьезорозжиг не пользуется уважением из-за дополнительного расхода газа на запальной горелке. В результате такие модели стоят дешевле. Современные колонки оснащены, как правило, тремя степенями защиты: от перегрева, от утечки газа при погасании пламени, а также при отсутствии тяги в дымоходе. Есть приборы с дополнительной защитой от избыточного давления или отсутствия воды в теплообменнике.

Обычно при установке газовых колонок жилище должно иметь дымоход. СНиП 2.04-08-87 (по газоснабжению) и дополняющая его инструкция Госстроя РФ (№ 117-69 от 13.09.96) ограничивают возможности применения в высоких зданиях, маленьких помещениях. Однако когда дом высокий или в нем нет дымоходов, можно использовать колонки нового типа – "турбо", с закрытой камерой сгорания. У этих приборов дымовая труба выводится наружу через стену дома, а продукты сгорания удаляются принудительно вентилятором.

Водоотведение

Здание, имеющее систему водоснабжения, должно быть оборудовано также системой водоотведения, по которой удаляется из здания сточная жидкость.