Страница 5 из 18

Схемы подключения ГВС к тепловым сетям.

· В закрытых системах теплоснабжения теплоноситель полностью возвращается к

источнику теплоснабжения (за исключением утечек). Теплоноситель используют как греющую среду в теплообменных аппаратах. Закрытые системы гидравлически изолированы от тепловых сетей, что обеспечивает стабильное качество воды в ГВС, т.к. нет выноса шлаковых отложений в систему ГВС (это плюс). Однако, в систему ГВС (в трубы) поступает вода из холодного водопровода, который не подвергается деаэрации (удалению кислорода и углекислого газа), нагревается и усугубляет коррозионную активность, следовательно, быстрее происходит разрушение труб от коррозии, чем в открытых схемах. Поэтому в закрытых системах рекомендуют применять неметаллические, пластиковые трубы.

Закрытые схемы различают одноступенчатые и многоступенчатые. Выбор схемы зависит от соотношения расхода тепла на отопление и ГВС. Выбор схемы присоединения производится на основании расчета.

· В открытых системах ГВС используют не только теплоту, подводимую

теплоносителем из тепловой сети в местную сеть, но и сам теплоноситель. В открытых схемах трубы ГВС коррозируют в меньшей степени, чем в закрытых системах, т.к. вода поступает из тепловой сети после химводочистки (ХВО), но при этом возможно нарушение стабильности санитарных норм показателей воды. Открытые схемы дешевле. Чем закрытые, т.к. не требуются затраты на теплообменники и насосное оборудование.

Схемы присоединения систем горячего водоснабжения зданий к тепловым сетям.

· Одноступенчатые схемы (рис. 7, 8):

Один теплообменник и нагрев на ГВС происходит перед МОС).

Рис. 7. Одноступенчатая предвключенная

Рис. 8. Одноступенчатая параллельная

· Многоступенчатые схемы (рис. 9, 10):

Т = 30˚С Т = 5˚С

Рис. 9. Последовательная двухступенчатая

Рис. 10. Смешанная двухступенчатая

Двухступенчатые схемы эффективны в применении тем, что происходит глубокое снижение температуры обратной воды, а также имеет место независимый расход тепла на отопление и ГВС, т.е. колебание расхода в системе ГВС не отражается на работе МОС, что может происходить в открытых схемах.

Подписаться на статьи можно на

Типы и достоинства проточных схем ГВС
ГВС с использованием проточной схемы и пластинчатыми теплообменниками - наиболее эффективный и гигиенический способ приготовления горячей воды. По сравнению с аккумуляторными схемами он имеет существенные преимущества.

Для проточного ГВС применяются параллельная одноступенчатая схема, последовательная и смешанная двухступенчатые схемы.

Параллельная одноступенчатая схема с одним теплообменником, подключённым к подающему трубопроводу тепловой сети параллельно системе отопления (рис. 1 ), отличается простотой и дешевизной.

Двухступенчатая схема ГВС применяется с целью уменьшения температуры воды в обратном трубопроводе и суммарного расхода воды из тепловой сети. Для этого теплообменная поверхность теплообменника ГВС разделяется на два участка, называемых ступенями. В первой ступени холодная водопроводная вода нагревается водой, выходящей из системы отопления. Затем подогретая в первой ступени теплообменника вода догревается вместе с водой рециркуляции до требуемой температуры (55-60 °C) сетевой водой из подающего трубопровода теплосети.

При последовательной схеме ГВС вторая ступень подключена перед системой отопления к подающему трубопроводу (рис. 2 ). Сначала горячая сетевая вода проходит вторую ступень ГВС, затем поступает в систему отопления. Таким образом, может оказаться, что температура теплоносителя будет недостаточной для покрытия тепловых потерь здания. Тогда во время отбора большого количества горячей воды в часы пик подключённое к ИТП здание может недостаточно нагреваться. Из-за аккумулирующей способности строительной конструкции это не отражается на комфортности в помещениях, если период недостаточной подачи тепла не превышает примерно 20 мин. Для летнего неотопительного периода имеется отключаемый байпас, по которому сетевая вода после второй ступени поступает в первую ступень ГВС, минуя систему отопления.

Смешанная двухступенчатая схема ГВС отличается тем, что её вторая ступень подключена к подающему трубопроводу тепловой сети параллельно к системе отопления, а первая ступень - последовательно (рис. 3 ). Сетевая вода, выходящая из второй ступени ГВС, подмешивается к обратной воде из системы отопления и также проходит первую ступень.

Таким образом, комфортность в помещениях здания со смешанной двухступенчатой схемой ГВС не снижается, однако расходуется больше сетевой воды, чем при последовательной схеме ГВС (рис. 4 ).

* По книге Н.М. Зингера и др. «Повышение эффективности работы тепловых пунктов». М., 1990.

Двухступенчатая схема находит наибольшее распространение в жилых зданиях со значительными по отношению к отоплению нагрузками на ГВС. В зданиях с очень низкими или высокими тепловыми нагрузками ГВС, по сравнению с отоплением (1 < Q ГВС /Q О < 5), по действующим нормам, применяется параллельная одноступенчатая схема ГВС.

В западных странах в последнее время всё чаще задумываются о применении проточного способа ГВС, особенно после признания серьезной опасности заражения легионеллами - бактериями, размножающимися в непроточной тёплой воде. Строгие нормы, уже принятые в европейских странах, предусматривают регулярную термическую дезинфекцию аккумулирующих баков и подключённых к ним трубопроводов горячей воды, включая трубопроводы рециркуляции. Обеззараживание осуществляется подъемом температуры во всей системе на определённое время до 70 °C и выше. Необходимое для этого усложнение аккумуляторных схем особенно выявляет достоинства проточных систем ГВС с пластинчатыми теплообменниками. Они отличаются простотой и компактностью, требуют меньших инвестиций, обеспечивая при этом более низкие температуры обратной и меньшие расходы сетевой воды.

Более низкая температура воды в обратном трубопроводе тепловых сетей снижает тепловые потери и увеличивает КПД выработки электроэнергии на теплоэлектроцентрали. Меньшие расходы сетевой воды требуют меньших диаметров трубопроводов тепловых сетей и меньших расходов электроэнергии на её перекачку.

Варианты регулирования
В настоящее время многие фирмы усиленно работают над автоматическими регуляторами, которые обеспечивали бы комфортную температуру горячей воды с точностью до 1-2 °C и менее того. В аккумуляторных баках равномерность нагрева достигается естественным или искусственным перемешиванием поступающей воды с находящейся в баке.

Для этой цели в проточных системах ГВС, особенно с низким и резко изменяющимся расходом, при регулировании температуры горячей воды требуется учесть, кроме температуры, как вторую величину, расход. Ведущими фирмами-производителями разработаны регуляторы для небольшого - под одного потребителя - расхода, работающие без вспомогательной энергии. Эти регуляторы учитывают и расход, и температуру горячей воды. В отличие от обычных термостатических регуляторов, при отсутствии расхода горячей воды данные устройства вообще могут прекращать подачу греющего теплоносителя, что предохраняет теплообменник ГВС от образования известковых отложений.

В системах проточного ГВС с большим потреблением горячей воды колебания расхода, по сравнению с его общим значением, меньше, и удовлетворяющую точность регулирования температуры можно достичь применением как термостатических, так и электронных регуляторов. Однако в электронных регуляторах необходимо сглаживать кривую регулирования правильным выбором закона регулирования и характеристик самого регулирующего клапана - скорости хода привода регулятора, диаметра клапана Ду, его гидравлического сопротивления k VS - чтобы исключить явления колебания во всем диапазоне его работы. Постоянное открытие и закрытие регулятора с высокой частотой подвергает пластинчатый теплообменник ГВС большим термическим и гидравлическим нагрузкам, что приведёт к его преждевременному выходу из строя из-за возникновения наружных или внутренних неплотностей.

Для предупреждения колебаний при больших разностях расхода горячей воды или при значительных колебаниях температуры греющей воды, например 150-70 °C, целесообразно устанавливать два параллельных регулятора разных диаметров, которые - сами по себе - оптимально обеспечивают определенный диапазон расхода сетевой воды (рис. 5 ).

Как отмечалось выше, при отсутствии разбора горячей воды, например в системах без рециркуляции или при регулярных отключениях подачи воды, необходимо защитить теплообменник от карбонатных отложений за счет прекращения подачи сетевой воды. При больших расходах этого можно достигать использованием комбинированных регуляторов с двумя датчиками температуры - нагреваемой и греющей воды - на выходах теплообменника (рис. 6 ). Второй датчик, настроенный, например, на 55 °C, прекращает подачу теплоносителя на теплообменник и в случае, когда датчик температуры горячей воды установлен далеко от теплообменника, и на него не оказывает влияние греющая среда в связи с отсутствием водоразбора. При температуре в теплообменнике 55 °C процесс отложения солей жесткости существенно замедляется.

Чем ближе датчики установлены к среде, параметры которой подвергаются регулированию, тем более качественного регулирования можно достичь. Поэтому датчики температуры желательно устанавливать, по возможности, глубже в соответствующие штуцеры теплообменника. Для этого можно использовать пластинчатые теплообменники со штуцерами с обеих сторон пакета пластин, где в один из штуцеров вставляется датчик температуры, а другой служит для отбора теплоносителя. Тогда датчик омывается теплоносителем еще перед его выходом из теплообменника, и при отсутствии циркуляции теплоносителя датчиком фиксируется температура среды под воздействием теплопроводности и естественной конвекции, что не имело бы места при его установке вне теплообменника.

Двухступенчатые схемы ГВС отличаются тем, что в первой ступени нагрева тепло отбирается от обратной воды системы отопления. В связи с несоответствием тепловых нагрузок отопления и ГВС в зимнем или ночном режиме может оказаться, что горячая вода нагревается выше требуемых 55-60 °C. Например, теплоносителем с температурой 70 °C (расчетная точка) вода ГВС ещё в первой ступени может нагреваться до 67-69 °C. Чтобы исключить при этих температурах перегрев и интенсивные отложения карбонатов, имеется возможность установки регулирующего трёхходового клапана на входе или выходе теплообменника (рис. 7 ). Его задача, в зависимости от температуры теплоносителя на выходе теплообменника, пропускать греющую воду через теплообменник или мимо него - по байпасу. Датчик трёхходового клапана установлен в обратном трубопроводе. Он одновременно с регулированием температуры греющего теплоносителя косвенно ограничивает температуру горячей воды. При этом отбор тепла из обратного трубопровода не ограничивается, а оптимизируется, повышая надёжность и комфортность ГВС.

В пользу паяного теплообменника
В западных странах в подавляющем большинстве (свыше 90 %) случаев для целей ГВС используют паяные пластинчатые теплообменники. Это связано с относительной дешевизной и удобством обслуживания данных аппаратов.

Как правило, российские и украинские заказчики, имеющие опыт эксплуатации скоростных кожухотрубных теплообменников, часто требующих чисток, предпочитают разборные пластинчатые теплообменники. Однако надо учесть, что эти аппараты оснащаются прокладками из полимерных (резиновых) материалов, которые подвержены старению - растрескиваются, становятся хрупкими. После пяти лет эксплуатации при ремонте разборного пластинчатого теплообменника часто уже невозможно обеспечить его удовлетворительную плотность. А приобретение нового комплекта уплотнений обходится по цене, иногда почти сравнимой с ценой нового теплообменника.

Если уплотнения крепятся к пластинам клеем, то их замена связана с такими работами, как разрушение имеющихся уплотнений в жидком азоте и приклеивание новых. Для их проведения необходимы специальные приспособления и высококвалифицированный персонал. Производители теплообменников предоставляют заказчикам соответствующие услуги, но теплообменник зачастую требуется отправить на специализированное предприятие. Всё это привело к широкому применению в западных странах паяных пластинчатых теплообменников и для целей ГВС.

Отметим: сомнения относительно возможности применения паяных теплообменников в странах постсоветского пространства, связанные с плохим качеством теплоносителя, не обоснованны - жесткая вода встречается во всем мире. Следует лишь правильно отрегулировать ГВС и ограничивать температуру стенок теплообменника, как это описано в предыдущем разделе.

Паяные пластинчатые теплообменники подвергаются химической промывке. Если замечается недостаточные нагрев горячей воды или охлаждение обратной, а химический состав воды отличается повышенным содержанием солей жесткости, необходимо регулярно промывать теплообменник специальными растворами, которые не разрушают ни стенки теплообменника, ни медный припой. Заказчик может провести промывку своими силами: работа эта несложная, промывочные установки и реагенты доступны по цене и быстро окупаются.

При сверхвысоких температурах греющей воды (например, если соблюдается температурный график 150/70 °C), когда не исключено превышение температуры стенки теплообменника выше температуры, при которой происходит интенсивное образование накипи, требуется предварительное снижение температуры теплоносителя перед теплообменником. Для этого имеются два способа - насосная схема впрыскивания или элеваторная схема. В первом случае требуется отдельный датчик для включения насоса, расходуется существенное количество электроэнергии; применяемое оборудование подвержено износу. Элеваторная схема предельно проста, при термостатическом приводе не зависит от электрической сети и более экономична при реализации и эксплуатации (рис. 8 ). Подключение всасывающего патрубка элеватора к обратному трубопроводу системы отопления дает дополнительный эффект снижения температуры в обратном трубопроводе тепловых сетей.

Точечное решение
Двухступенчатая схема ГВС требует наличия двух теплообменников - для первой и второй ступеней. Выбор теплообменников по мощности, то есть разбиение общей мощности по ступеням, - непростая задача, требующая нескольких итераций при расчетах (их проведение - обязанность поставщика). Отсутствием серийно выпускаемых блоков ГВС с двухступенчатой схемой обусловлены определенные сроки поставки.

Два паяных теплообменника требуется обвязать между собой трубопроводами. Обвязка занимает место и обусловливает существенную часть стоимости двухступенчатого модуля ГВС. Поэтому производители начали выпускать паяные теплообменники с промежуточной разделительной стенкой и шестью штуцерами.

Обвязка тепловых пунктов на их основе упрощается, но проблемы с расчетом и отсутствием серийного производства остаются.

Кроме того, при эксплуатации бывают периоды, когда первая или вторая ступени системы оказываются не загруженными вообще. Так, в летний период достаточно было бы второй ступени, а в расчетной точке отопления - первой.

Автором данной статьи разработано и запатентовано решение для смешанной двухступенчатой схемы ГВС, включающей один серийно выпускаемый паяный пластинчатый теплообменник (рис. 9 ). Его суть состоит в применении специального штуцера, вставляемого в один из серийных штуцеров. Через этот штуцер подается и обратная вода из системы отопления, и горячая сетевая вода из тепловой сети. Теплообменная поверхность в любом режиме задействована полностью.

Рис.1. Типовая схема подключения бойлера.

Рис.2. Типовая схема проточного теплообменника с регулированием по первичной стороне теплообменника.

Рис.3. Типовая схема приготовления ГВС с регулированием температуры по вторичной стороне теплообменника.

Рис.4. Типовая схема приготовления ГВС с получение различной температуры с одного теплообменника по вторичной стороне теплообменника.

Рис.5. Типовая схема приготовления ГВС комбинированного типа при использовании постоянного пикового разбора ГВС.

Рис.6. Типовая схема приготовления ГВС комбинированного типа при использовании периодического пикового разбора ГВС.

Схема ГВС накопительного типа

Как правило, такая схема применяется для ГВС коттеджей. Разбор горячей воды в доме имеет периодический пиковый характер, т.е. он интенсивней во время завтрака, обеда и ужина. В качестве накопительной емкости используется бойлер.

Бойлер — это емкость, предназначенная для приготовления, аккумулирования и хранения ГВС. Наружная теплоизоляция бойлера выполнена из пенополиуретана, внутренняя поверхность бойлера покрыта стеклоэмалью, которая предотвращает образование известковой накипи, упрощает чистку и обеспечивает повышенную гигиеничность производимого ГВС. Внутри бойлера также установлен магниевый анод, он защищает его от блуждающих токов.

В тело бойлера вварена гильза для установки терморегулятора. Терморегулятором устанавливают температуру нагрева воды, по нормам температура воды не должна превышать 55-60°С, при более высокой температуре возможно получения ожога кожи. Объем бойлера зависит от количества проживающих людей и точек разбора горячей воды.

Нагревательный элемент бойлера может быть электрическим, водяным, а также возможно присутствие обоих типов нагревателей. Это так называемые бойлеры с комбинированными нагревом. Бойлеры с электрическим нагревом применяют там, где нет горячего теплоносителя, нагрев воды осуществляется встроенным электрическим нагревателем, а бойлеры с водяным нагревом применяют там, где есть горячий теплоноситель и нагрев воды осуществляется через встроенный теплообменник в виде змеевика. Комбинированные бойлеры имеют возможность в зимний период времени нагревать воду горячим теплоносителем от котельной, а в летний — электричеством. Такую комбинацию нагрева бойлера используют на Западе, поскольку стоимость энергоносителей там одинакова. В качестве горячего теплоносителя используется котловая вода котельной.

Типовая схема подключения бойлера к теплоносителю и холодному водоснабжению (далее ХВС) показана на рис. 1. Работа схемы для приготовления горячей воды, показанной на рис. 1, осуществляется следующим образом.

Как было описано выше, в тело бойлера вварена гильза, в которую установлен датчик регулируемого термостата. Этот термостат измеряет температуру воды в бойлере. Если измеренная температура в бойлере ниже установленной уставки термостата, то его контакты переходят в состояние «запроса» на приготовление ГВС. По этому сигналу происходит включение котла и насоса К2 в работу. При достижении температуры воды в бойлере установленной уставки термостата его контакты переходят в состояние «отбой запроса» на приготовление горячей воды, при этом котел и насос К2 переходят в отключенное состояние.

Ввод ХВС в бойлер осуществляется через обратный клапан, он предотвращает «уход» ГВС во время исчезновения ХВС. На входе в бойлер до его запорной арматуры установлен аварийный сбросной клапан К4, который защищает бойлер от высокого давления, и установлена расширительная емкость закрытого типа К5, для компенсации температурных расширений воды. Рециркуляция ГВС осуществляется от последнего водоразборного крана.

Для нормальной работы линии рециркуляции на ней установлен насос К3. Во время разбора горячей воды проток воды V1 идет от ХВС, когда нет разбора горячей воды, проток воды V2 идет с линии рециркуляции. Если самая дальняя точка разбора ГВС находится на расстоянии не более 7-8 м, то линией рециркуляции ГВС можно пренебречь.

При использовании линии рециркуляции ГВС особое внимание надо уделить монтажу труб горячей воды и трубы рециркуляции. Монтаж этих труб должен быть выполнен по правилам монтажа систем отопления, т.е. должен соблюдаться технологический уклон этих труб в сторону последнего водоразборного крана. Если труба горячей воды и рециркуляции проходит через «ворота», т.е. обходит дверной проем, то в верхней части этих «ворот» надо установить автоматические воздухоотводчики, т.е. следует предусмотреть удаление воздуха из труб во всех возможных местах его скопления. В противном случае линия рециркуляции работать не будет или будет работать не должным образом.

Схема ГВС проточного типа

Схему ГВС проточного типа как правило применяют на производствах для технологических линий, которые используют постоянный разбор ГВС.

В качестве нагревательного элемента ГВС используются теплообменники разных типов (пластинчатые, трубчатые и др.), однако большую популярность завоевали теплообменники пластинчатого типа.

Пластинчатые теплообменники малогабаритные по сравнению с бойлером и более эффективные, они используются практически во всех областях промышленности, где требуется провести теплообменный процесс. Конструкция пластинчатого теплообменника содержит набор гофрированных пластин, изготовленных из коррозионно-стойкого материала, с каналами для двух жидкостей, участвующих в процессе теплообмена. Пакет пластин размещен между опорной и прижимной плитой и закреплен стяжными болтами. Каждая пластина пластинчатого теплообменника снабжена прокладкой из термостойкой резины, уплотняющей соединение и направляющей различные потоки жидкостей в соответствующие каналы.

Необходимое число пластин определяется в соответствии с температурой, расходом воды и допустимой потерей напора. Пластинчатые теплообменники бывают разборные и паяные, они изготавливаются из нержавеющей стали, что позволяет их использовать в течение многих лет.

Типовая схема подключения пластинчатого теплообменника к теплоносителю и ХВС показана на рис. 2. Работа схемы для приготовления горячей воды осуществляется следующим образом. По первичной стороне теплообменника установлен насос со своим смесителем и сервоприводом. Температуру ГВС измеряют ПИД-регулятором К8, при пониженной температуре ГВС ПИД-регулятор подает сигнал на открытие смесителя, а при повышенной — на закрытие.

Принцип ПИД-регулирования состоит в следующем. Измеряемая температура ГВС сравнивается с уставкой (например, уставка равна 55-60°С), и чем выше разница между измеренной температурой и заданной уставки, тем больше по времени прибор К8 выдает сигнал на закрытие смесителя. По истечении установленного времени на измерение прибор К8 снова измеряет температуру ГВС и сравнивает ее с уставкой, разница температуры уменьшилась и прибор выдает более короткий по времени сигнал на закрытие смесителя.

Методом динамического приближения измеренная температура ГВС и уставки совпадут, ПИД-регулятор перестанет выдавать управляющие сигналы на смеситель. То же самое регулирование происходит и при пониженной измеренной температуре ГВС относительно уставки, в этом случае ПИД-регулятор будет выдавать сигнал на сервопривод для открытия смесителя.

При любом возмущении температуры ГВС ПИД-регулятор возобновит свою работу для получения требуемой температуры ГВС. При таком регулировании происходит смешивание горячей воды, поступающей от котла, и обратной воды, поступающей от теплообменника, таким образом поддерживается постоянная температура ГВС. Ввод ХВС на теплообменник осуществляется через обратный клапан, он предотвращает «уход» ГВС во время исчезновения ХВС. На входе в теплообменник до его запорной арматуры установлен аварийный сбросной клапан К4, который защищает теплообменник от высокого давления, и установлена расширительная емкость закрытого типа К5, для компенсации температурных расширений воды.

Рециркуляция ГВС осуществляется от последнего водоразборного крана. Схемы приготовления ГВС на теплообменниках должны работать только с линией рециркуляции, в редких случаях линия рециркуляции не используется. Для работы линии рециркуляции на ней установлен насос К3. Во время разбора горячей воды проток воды V1 идет от ХВС, когда нет разбора горячей воды, проток воды V2 идет с линии рециркуляции. Мы рассмотрели схему для приготовления ГВС на теплообменнике с регулированием температуры по первичной стороне теплообменника. На базе этой схемы существуют и ее разновидности, т.е. с регулированием температуры по вторичной стороне теплообменника. Эта схема показана на рис. 3.

Преимуществом этой схемы является то, что диаметр труб по вторичной стороне теплообменника как правило меньше диаметра труб, используемых на первичной стороне теплообменника. Это снижает стоимость сервопривода и незначительно упрощает монтаж. Кроме того, схема с регулированием температуры ГВС по вторичной стороне теплообменника позволяет получить несколько разных температур с одного теплообменника (рис. 4).

Монтаж труб ГВС должен быть выполнен по правилам монтажа систем отопления, т.е. должен соблюдаться технологический уклон этих труб в сторону последнего водоразборного крана. Если труба горячей воды и рециркуляции проходит через «ворота», т.е. обходит дверной проем, то в верхней части этих «ворот» надо установить автоматические воздухоотводчики, т.е. следует предусмотреть удаление воздуха из труб во всех возможных местах его скопления. В противном случае линия рециркуляции работать не будет или будет работать не должным образом.

Схема ГВС комбинированного типа

Схему ГВС комбинированного типа (т.е. проточный + накопительный водонагреватели) как правило применяют на производствах для технологических линий, которые используют постоянный и периодический пиковый разбор ГВС (рис. 5 и 6).

В качестве нагревательного элемента ГВС используется проточный теплообменник. Бойлер используется как накопитель тепловой энергии для пикового разбора ГВС. Теплообменник в бойлере не используется, поскольку он более инертный, чем теплообменник проточного типа. Схема, показанная на рис. 5, соответствует работе проточного теплообменника с регулированием по первичной стороне теплообменника (см. рис. 2), а схема, показанная на рис. 6, соответствует работе проточного теплообменника с регулированием по вторичной стороне теплообменника (рис. 3).

При регулировании по вторичной стороне теплообменника также возможно получить разные температуры ГВС, для этого достаточно усовершенствовать схему, как показано на рис. 4. Если схемы (рис. 5, 6) снабдить байпасными кранами, то появится возможность (с ухудшением качества ГВС) для «горячей» ревизии проточного и накопительного теплообменника. Требования к монтажу труб ГВС остаются прежними.

Лекция 8. Системы и схемы горячего водоснабжения зданий

Системы и схемы горячего водоснабжения. В жилых зданиях расходуется горячей воды в количестве более 30 % от хозяйственно-питьевого расхода: мытье посуды, стирка белья, для душей, ванн и т.д. Система горячего водоснабжения используется также для обогрева ванных комнат с помощью нагревательных приборов (полотенцесушителей). В промышленности в основном расход горячей воды идет на различные технологические цели. В зависимости от назначения системы горячего водоснабжения разделяют на хозяйственно-бытовые и производственные. Их объединение допускается, если для технических нужд требуется вода питьевого качества, или при контакте с технологическим оборудованием качество воды не меняется.

Системы горячего водоснабжения в зависимости от способа получения воды бывают местными или централизованными (рис.1).

Местные системы (децентрализованные) малой производительности обычно устраивают в небольших зданиях, обслуживают одну квартиру или небольшую группу потребителей (рис.1а).

Для получения горячей воды используют местные установки: водогрейные колонки, газо-, электронагреватели, кипятильники и т.п. Вода из системы холодного водопровода подается в местный водонагреватель, где происходит подогрев воды.

Рис. 1. Системы горячего водоснабжения

а) местная; б) централизованная (открытая); Т1 – подающая сеть; Т2 –обратная сеть (отопления); Т3 – распределительная сеть; Т4 –циркуляционная сеть (горячего водоснабжения); В1 – холодный водопровод; 1 – местный водонагреватель; 2 – распределительная сеть; 3 – водоразборная арматура; 4 – сеть холодного водоснабжения; 5 – циркуляционная сеть; 6 –регулятор температуры; 7 – подающий трубопровод тепловой сети; 8 –обратный трубопровод тепловой сети; 9 – колодец наружной водопроводной сети; 10 – водогрейный котёл.

Горячая вода по распределительной сети поступает к потребителю. В схему местной системы входят: генератор тепла, где сгорает топливо, нагревается теплоноситель; водонагреватель, в котором непосредственно готовится горячая вода; трубопроводы теплоносителя, соединяющие генератор тепла с водонагревателем; распределительные трубопроводы, подающие горячую воду к водозаборным устройствам; дополнительные устройства, аккумулирующий бак-резервуарЦентрализованная система (рис.1б) горячего водоснабжения (ЦГВ) применяется при наличии источников тепла большой производительности (районные котельные, ТЭЦ). Такая система холодного водопровода отличается тем, что дополнительно в систему включают устройства нагрева воды, циркуляционную сеть, обратный трубопровод тепловой сети, необходимый для циркуляции воды с целью поддержания одинаковой температуры воды во всей системе. Выбор схемы сетей трубопроводов централизованной системы зависит от характера объекта и требований, предъявляемых к системе.

Рис. 2. Схемы систем горячего водоснабжения

1 – водонагреватель; 2 – распределительная сеть; 3 – циркуляцион­ная сеть; 4 – циркуляционный насос; 5 – напорный аккумулятор тепла (5а – безнапорный); 6 – регуляторы температуры; 7 – насосная установка для повышения давления

Схемы системы централизованного горячего водоснабжения классифицируют: открытая схема системы, при которой происходит непосредственный разбор воды из тепловой сети. Вода нагревается в котлах централизованных котельных, теплообменниках ТЭЦ и по квартальной тепловой сети подается в систему горячего водоснабжения по распределительной сети. По циркуляционной сети охлажденная вода возвращается для нагрева. Такая схема проста и долговечна в работе, т.к. использует очищенную воду для водогрейных котлов. Недостатком является большая мощность установок для подготовки воды, т.к. подогрев идет всего количества воды для всех потребителей, поэтому используется при низкой карбонатной жесткости воды.

Закрытая схема системы ЦГВ. По этой схеме тепло (вода) от генератора тепла (водогрейных котлов) передается теплоносителю для нагрева воды в подогревателе, в который вода поступает из сети холодного водоснабжения. Проходя через подогреватель, вода нагревается и через распределительную сеть поступает к потребителям. Недостаток такой схемы – обязательное применение подогревателей. С другой стороны, по данной схеме теплоноситель полностью возвращается в котел, а потребитель получает горячую воду питьевого качества. Котлы постоянно находятся под давлением, которое не зависит от давления в системе ЦГВ, что дает возможность широкого применения закрытой системы.

Схема системы ЦГВ с циркуляций (рис. 2 а). Такую схему применяют в тех зданиях, где не допускается снижение температуры горячей воды. Для этих целей наряду с подающим стояком прокладывают циркуляционный стояк, по которому остывшая вода подается в подогреватель. Движение воды в такой системе может быть с естественной циркуляцией под гравитационным давлением, т.е. движение воды обусловлено изменением ее плотности при изменении температуры, или с искусственной циркуляцией – с помощью циркуляционного насоса. Схему с естественной циркуляцией применяют в малоэтажных зданиях (высотой до 20 м), т.к. величина гравитационного давления незначительна.

Схемы системы ЦГВ без циркуляции применяют при постоянном водоразборе (прачечные, бани и т.п.) или при использовании воды в определенное время (души в бытовых помещениях промышленных зданий, небольшие малоэтажные здания до 3-4 этажей).

Схема системы ЦГВ с баками-аккумуляторами и без них (рис. 2 б) применяют для создания запасов воды (бани, душевые, прачечные) или при неравномерности водопотребления, когда потребление горячей воды идет через баки, высота положения которых создает необходимый напор в системе. В схеме без баков-аккумуляторов подача воды идет под давлением наружного водопровода.

Схема системы ЦГВ с насосами (рис. 2в). Такую схему принимают, когда гарантийный напор в наружной сети постоянно меньше требуемого для эксплуатации системы ЦГВ. Насосы, применяемые в такой схеме, повышают давление (напор) до необходимой величины. Иногда циркуляционный насос может быть использован как повысительный, если установлен на подающем трубопроводе.

Требования, предъявляемые к качеству горячей воды. Горячая вода, используемая для хозяйственно-бытовых нужд, должна отвечать требованиям ГОСТ-2874 «Вода питьевая». Для производственных нужд качество воды определяется технологическим процессом.

Для производственных нужд качество воды определяется технологическим процессом.

Горячая вода в хозяйственно-бытовых системах имеет температуру: 25 0 -40 0 С – для купания, умывания; 40 0 -60 0 С – для стирки, мытья посуды, приготовления пищи. В связи с этим считают, что минимальная температура воды должна быть 50 0 -60 0 С в зависимости от принятой системы горячего водоснабжения. Максимальная температура воды должна быть не более 75 0 С, т.к. при высоких температурах происходит образование накипи в теплообменниках. Для хозяйственно-бытовых нужд населения горячую воду смешивают с холодной водой в специальной арматуре - смесителе. Для получения воды более высокой температуры применяют местные установки для нагрева воды или кипятильники (100 0 С). В дошкольных учреждениях температура воды не должна превышать 37 0 С.

При нагревании воды более 40 0 С наблюдается выпадение углекислых солей кальция, магния, присутствующих в воде и придающих определенную жесткость. Выпавшие в осадок соли кальция и магния создают на стенках труб накипь, уменьшая тем самым ее проходное сечение. Накипь создается и на стенках водонагревателей, тепловых котлов, увеличивая расход теплоносителяя и уменьшая их коэффициент полного действия. Для предотвращения сильного накипеобразования карбонатная жесткость воды допускается не более 7 мг.экв/л в закрытых системах теплоснабжения.

Повышенная температура воды усиливает действие свободного кислорода и углекислого газа, находящихся в воде. Под их воздействием происходит усиленная коррозия стальных труб и оборудования. Допускаемое содержание кислорода в воде не более 5 мг/л, а свободной углекислоты не более 20 мг/л. Для снижения коррозионной активности воду подвергают стабилизации путем деаэрация (удаления растворенных кислорода и углекислого газа в специальных аппаратах) и введением ингибиторов веществ, замедляющих коррозию, например, симинат натрия магномасса.

Способы обработки воды против накипеобразования и коррозии регламентируются СНиП .

Устройства для нагрева воды. В местных системах горячего водоснабжения установки для нагрева воды имеют незначительные габаритные размеры и тепловую мощность до 100 МДж/ч (25 Мкал/ч).

Конструкции местных установок очень различны в зависимости от применяемого топлива, теплопроизводительности, места установки и т.д.

Рис.3. Местные установки для нагрева воды

1 – кухонная плита; 2 – топочная камера; 3 – змеевик; 4 – корпус водонагревателя; 5 – циркуляционная труба; 6 – дымогарная труба; 7 – калорифер; 8 – змеевик; 9 – огневая камера; 10 – горелка; 11 – блок-кран; 12 – электронагреватель; 13 – электромагнитный клапан безопасности; 14 – регулятор температуры; 15 – бак-аккумулятор; 16 – солнечный коллектор

Водогрейная колонка для ванн (рис. 3а) работает на твердом топливе (дрова, уголь, торф). Вода, находящаяся в корпусе емкостью 90 – 100 л, нагревается топочными газами, проходящими через дымогарную трубу. Для ускорения нагрева в дымогарной трубе имеется циркуляционная труба.

Холодная вода поступает через специальный смеситель (см. рис. 2.22, е). Корпус водонагревателя изготавливается из листовой стали и эмалируется (или оцинковывается) внутри и снаружи. Топочная камера чугунная.

Водогрейные колонки применяют для подачи воды к душам, умывальникам, мойкам и для отопления помещения. Для непрерывной подачи воды к потребителям устанавливают бачок с поплавковым клапаном.

Водогрейные колонки размещают в ванных комнатах или на кухне. Колонку устанавливают на расстоянии 0,3 м от стены из полусгораемого материала, причем деревянная стенка должна быть защищена у топочной камеры асбестом, обитым сверху листовой сталью.

Малометражные котлы для отопления используют для нагрева воды. Для этого устанавливают отдельный резервуар. Во избежание накипи в котле вода в резервуаре нагревается змеевиком, который трубопроводами соединен с котлом.

Газовый проточный водонагреватель (рис. 3б) позволяет быстро получить горячую воду. Тепло, образующееся при сгорании газа в горелке, передается воде через стенки огневой камеры, змеевики и калорифер. Большая поверхность нагрева и высокий коэффициент теплопередачи обеспечивают интенсивный нагрев воды.

Блок-кран обеспечивает подачу газа в горелку только при движении воды через колонку. Это исключает прогорание огневой камеры. Специальное устройство в блок-кране не допускает утечку несгоревшего газа в помещение.

Газовый емкостный водонагреватель (рис.3в) по конструкции аналогичен водогрейной колонке. Нагрев воды осуществляется горячими газами, образующимися при сгорании газа в горелке. Нагреватель оборудуется регулятором температуры и электромагнитным клапаном безопасности, который прекращает подачу газа в горелку, если пламя в ней погаснет. Это предупреждает утечку газа из горелки в помещение. Бак нагревателя изготовляют из стали толщиной 3 мм с антикоррозионным покрытием.

Электрический водонагреватель (электроводонагреватель) – наиболее гигиеничный и безопасный в пожарном отношении прибор. Широкое распространение получили емкостные электронагреватели (рис.3г), включаемые в ночные часы, когда нагрузка в системе электроснабжения уменьшается, и снижаются тарифы на электроэнергию. Проточные электроводонагреватели требуют значительных мощностей, что приводит к перегрузке электрических сетей, поэтому область их применения ограничивается только производственными и общественными зданиями.

Солнечные водонагреватели (гелиоустановки) в последнее время находят все более широкое применение, особенно в южных районах. В простейшем виде их выполняют в виде плоского металлического бака, окрашенного в черный цвет. В солнечный день вода в баке нагреватся до 30 – 40 0 С и подается в душ или на хозяйственные цели. Теплопроизводительность гелиоустановки зависит от географического положения. Летом в средней полосе 1 м 2 гелиоустановки можно нагреть 120 – 130 л воды до температуры 30 – 35 0 С.

В более совершенных установках (рис.3е) вода нагревается в коллекторе и поступает в бак-аккумулятор, покрытый теплоизоляцией. Количество тепла, запасенного в течение дня, бывает достаточно для хозяйственных нужд семьи 3 – 5 человек.

В централизованных системах горячего водоснабжения вода нагревается в районных котельных или на ТЭЦ и используется для горячего водоснабжения и отопления.

В закрытых системах горячего водоснабжения (см. рис.4) вода из наружной водопроводной сети нагревается в водонагревателях. Водонагреватели могут быть скоростными и емкостными.

Рис.4. Элементы централизованной (закрытой) системы горячего водоснабжения

1 – ввод; 2 – водомерный узел; 3 – установка для повышения давления; 4 – водонагреватель; 5 – циркуляционные насосы; 6 – аккумулятор тепла; 7 – подающая квартальная сеть (магистраль); 9 – распределительная сеть; 10 – циркуляционная сеть; 11 – арматура; 12 – полотенцесушитель; 13 – сеть теплоносителя

В скоростных водонагревателях нагреваемая вода движется с большой скоростью (0,5 – 2,5 м/с) и подогревается до заданной температуры теплоносителем (водой, паром). Коэффициенты теплопередачи в водонагревателях высокие (4190 – 11 000 МДж/(м 2 ∙ч∙гард)), благодаря чему их размеры незначительны и они занимают небольшую площадь.

Нагреваемая вода и теплоноситель в скоростных водонагревателях могут двигаться параллельно друг другу (рис. 5а) (параллельная схема) или на встречу друг другу (противоточная схема) (см. рис. 5б, в). Противоточная схема нашла наибольшее применение, так как обеспечивает большую интенсивность теплопередачи.

Рис.5. Водонагреватели

а – скоростной водонагреватель; б – схема установки водонагревателя; в – емкостной водонагреватель; 1 – входной патрубок; 2 – трубные решетки; 3 – теплообменные трубки; 4 – линзовый компенсатор; 5 – корпус секции водонагревателя; 6 – генератор тепла; 7 – тепловая сеть (контур теплоносителя); 8 – водонагреватель (водоводяной); 9 – предохранительный клапан; 10 – термометр; 11 – манометр; 12 – корпус; 13 – крышка

Скоростные водонагреватели очень чувствительны к загрязнению поверхности, которые снижают теплопередачу, поэтому их необходимо периодически очищать от осадков и накипи, образующихся на теплообменных поверхностях.

Скоростной водоводяной нагреватель (рис.5) состоит из корпуса, в котором размещены теплообменные трубки. Водонагреватель изготавливают в виде отдельных секций длиной до 4 м и наружным диаметром 50 – 530 мм. Теплообменные трубки d=14÷16 мм (7–140 шт.) находятся в трубных решетках, соединенных фланцами с корпусом. Для исключения разрыва водонагревателя из-за теплового расширения его деталей в корпусе монтируют компенсатор. При качественной развальцовке теплообменных трубок в трубной решетке и температуре теплоносителя до 150 0 С компенсаторы можно не устанавливать. Отдельные секции нагревателя соединяются отводами.

Нагреваемая вода из водопровода через входной патрубок поступает в теплообменные трубки, в которых нагревается до заданной температуры. Теплоноситель (греющая вода) движется в межтрубном пространстве (между корпусом и теплообменными трубками). При таком распределении воды облегчается чистка нагревателя от осадков, выпадающих из нагреваемой воды, и выравнивается тепловое расширение деталей.

Рис. 6. Пароводяной водонагреватель

В промышленных зданиях, где имеется паросиловое хозяйство, или небольших котельных с паровыми котлами для нагрева воды используют пароводяные скоростные водонагреватели (рис. 6). Пар, подаваемый в корпус 2, проходит между трубками 3, конденсируется на их поверхности и за счет скрытой теплоты парообразования нагревает воду. Нагреваемая вода поступает в переднюю камеру 1 по теплообменным трубкам, проходит в заднюю камеру 4 и выходит из подогревателя. Задняя камера 4 не закреплена на корпусе 2, что позволяет теплообменным трубкам свободно удлиняться при нагреве.Пар проходит дважды через водонагреватель, поэтому данная конструкция называется двухходовой. Применяются также четырехходовые водонагреватели.

Давление нагреваемой воды в камерах и теплообменных трубках должно подержаться на 0,1– 0,2 МПа (1 – 2 кгс/см 2) выше давления пара. Это исключает прорыв пара в систему водоснабжения. Пароводяные подогреватели выпускаются по ОСТ 34-531 – 68 (двухходовые) и ОСТ 34-532 – 68 (четырехходовые). Поверхность нагрева может быть 6,3 – 22,4 м 2 , максимальная температура – до 300 0 С.

Емкостные водонагреватели совмещают функции аккумулятора тепла и водонагревателя. Они имеют низкий коэффициент теплопередачи вследствие малой скорости движения воды. При равной площади нагрева их теплопроизводительность значительно ниже, а размеры больше, чем скоростных водонагревателей. Их выполняют в виде напорных или безнапорных (открытых) баков, в которых размещаются нагреватели. Наружные поверхности баков покрываются слоем теплоизоляции. На системе устанавливают не менее двух баков (по 50 % расчетного объема каждый). При отсутствии нагревателя они превращаются в аккумуляторы тепла .

Последние так же, как и емкостные подогреватели, могут работать в режиме аккумуляции тепла при постоянном объеме и переменной температуре или при переменном объеме и постоянной температуре.

Системы горячего водоснабжения можно присоединять непо-средственно (в открытых системах теплоснабжения) или незави-симо через водонагреватели (в закрытых системах теплоснабже-ния). Вид системы теплоснабжения (открытая или закрытая) опре-деляется при проектировании, а выбор той или иной системы определяют технико-экономическими показателями.

Непосредственное присоединение к подающему и обратному тру-бопроводам (а). Горячая вода требуемой температуры под-готавливается смешением ее с помощью терморегулятора из подающего и обратного трубопроводов. В терморегуляторе давление воды, поступающей из подающего трубопровода, дросселируется до давления обратного трубопровода (а ее количество зависит от температуры воды в обратном трубопроводе). В соответствии со СНиП 41-02-2003 "Тепловые сети"температуру нагреваемой воды на выходе водоподогревателя в систему горячего водоснабжения следует принимать равной 60 о С. Поэтому при температуре в обрат-ном трубопроводе выше 60 о С вода полностью поступает из обрат-ного трубопровода, а при температуре воды в нем ниже 60 °С — из обратного и подающего; при температуре воды в подающем тру-бопроводе, равной 60 °С, — полностью из него.

При независимом присоединении системы отопления (6) утечки восполняются из системы горячего водоснабжения после узла смещения. При давлении в обратном трубопроводе тепловой сети, недостаточном для подачи воды в систему горячего водо-снабжения, устанавливают регулятор давления (подпора) при достаточном общем напоре или повысительный насос, который одновременно может являться циркуляционным. Циркуляция мо-жет осуществляться с помощью дроссельных шайб, устанавливаемых на обратном трубопроводе отопительной системы (зимний режим) и на циркуляционном трубопроводе (летний режим). При наличии регулятора давления (подпора) дроссельную шайбу для зимнего режима не устанавливают.

Непосредственное присоединение системы горячего водоснабжения (открытая схема)

а — к подающему и обратному; б — к подающему и обратному трубопроводам при независимом присоединении системы отопления;
в — к обратному трубопроводу; г — к подающему трубопроводу;
1 — грязевик; 2 — регулятор температуры смешан¬ной воды; 3 — датчик температуры регулятора; 4 — водоразборный стояк;
5 — циркуляционный трубопровод; 6 — элеватор системы отопления; 7 — повысительно- циркуляционный насос;
8 — трубопровод подпиточной воды; 9 — водонагреватель отопления; 10 — циркуляционный насос системы отопления;
11 — дроссельная шайба; 12 — водонагреватель горячего водоснабжения; РР — регулятор расхода; РД — регулятор давления

Непосредственное присоединение к обратному трубопроводу по-казано на рис в. При значительном расходе воды на горячее водоснабжение, р > 0,3 , систему горячего водоснабжения присоединяют только к обратному трубопроводу, а догрев воды до нормативной темпера-туры производят в водонагревателе. Такое присоединение позво-ляет снизить разрегулировку системы отопления, так как величи-на водоразбора не будет влиять на расход воды в отопительной системе.

Непосредственное присоединение к подающему трубопроводу показано на рис. г. При таком присоединении часть воды забирается из городского водопровода, подогревается в водона-гревателе, затем смешивается с помощью регулятора с водой, за-бираемой из подающего трубопровода сети. Назначение схемы — снизить расход воды на горячее водоснабжение на ТЭЦ. Однако при этом теряется основное преимущество системы с непосредст-венным водоразбором — защита системы от внутренней коррозии. Добавка водопроводной воды вызовет коррозию системы горяче-го водоснабжения зданий. По этой причине систему горячего водоснабжения нельзя для обеспечения циркуляции в ней при-соединить к обратному трубопроводу, так как это приведет к кор-розии трубопроводов тепловой сети.

Независимое присоединение с включением водонагревателя горя-чего водоснабжения по параллельной схеме. Греющий теп-лоноситель (сетевая вода) разветвляется на два параллельных потока: один поступает в водонагреватель, другой — в систему отоп-ления. Поэтому такое включение называют параллельным. Параллельная схема применяется при очень малых тепловых на-грузках горячего водоснабжения по отношению к отоплению (р м < 0,2) или очень больших (р > 1,0).

Включение водонагревателя горячего водоснабжения по параллельной схеме

1 — грязевик; 2 — водонагреватель; 3 — регулятор температуры нагреваемой воды;
4 — циркуляционный насос; 5 — разводящий трубопровод; 6 — водоразборный стояк;
7 — циркуляционный стояк; 8 — циркуляционный трубопровод; 9 — система отопления;
10 — регулятор постоянства расхода; 11 — элеватор

При отсутствии баков-аккумуляторов вследствие неравномер-ности потребления горячей воды наблюдаются значительные ко-лебания расхода сетевой воды, что сказывается на параллельно присоединенной системе отопления. Поэтому для стабилизации расхода воды в системе отопления перед ней устанавливают регу-лятор постоянства расхода.

Независимое присоединение с включением водонагревателя горя-чего водоснабжения по смешанной схеме. Греющий теп-лоноситель (сетевая вода) разветвляется на два параллельных по-тока: один поступает в водонагреватель II ступени, другой — в сис-тему отопления. Из системы отопления сетевая вода поступает в водонагреватель I ступени. Нагреваемая водопроводная вода вна-чале поступает в I ступень, где она нагревается теплоносителем, поступившим из системы отопления и из водонагревателя II сту-пени, а затем во II ступень до нагрева до требуемой температуры.

Включение водонагревателя горячего водоснабжения по смешанной схеме

1 — грязевик; 2 — регулятор температуры; 3 — водонагреватель II ступени;
4 — регулятор расхода; 5 — разводящий трубопровод системы горячего водоснабжения;
6— циркуляционный трубопровод; 7 — циркуляционные насосы; 8 — система отоп¬ления;
9 — элеватор; 10 — водонагреватель I ступени

Поскольку один водонагреватель присоединен параллельно с системой отопления (II ступень), а другой последовательно, то такая схема называется смешанной. Смешанная схема применяется если р м =>0,2—1, если отпуск теплоты производится по отопительному графику или если системы отопления оборудованы элевато-рами с регулируемым соплом. Смешанную схему также применя-ют при присоединении общественных зданий с вентиляционной нагрузкой, составляющей более 15% расхода теплоты на отопле-ние. Здесь, как и в параллельной схеме, наблюдаются колебания в расходе сетевой воды в связи с неравномерностью потребления горячей воды. Поэтому для стабилизации расхода воды в системе отопления (при отсутствии на ней регуляторов отпуска теплоты) устанавливают регуляторы расхода.

Независимое присоединение с включением водонагревателей горя-чего водоснабжения по последовательной схеме.

Греющий теплоноситель (сетевая вода) проходит последовательно водонагреватель горячего водоснабжения II ступени, затем через систему отопления и далее водонагре ватель горячего водоснабжения I сту-пени. Нагреваемая водопроводная вода сначала поступает в I ступень, где она нагревается теплоносителем, поступающим по системе отоп-ления, а затем во II ступень для догрева до требуемой температуры. Таким образом, оба водонагревателя горячего водоснабжения и сис-тема отопления соединены последовательно.

Последовательная схема применяется при значении р м = 0,2 - 1 и отпуске теплоты по суммарной нагрузке отопления и горячего водоснабжения (повышенный график). Отличительной особен-ностью последовательной схемы является постоянный расход се-тевой воды в тепловом пункте, что дает возможность поддерживать стабильный гидравлический режим в тепловой сети. Заданный постоянный расход поддерживается регулятором расхода, который меняет расход сетевой воды на перемычке в зависимости от рас-хода на период горячего водоснабжения.

Включение водонагревателя горячего водоснабжение по последовательной схеме

1 — грязевик;,6 — регулятор температуры; 3 — водонагреватель II ступени; 4 — регулятор расхода;
5 — разводящий трубопровод системы горячего водоснабжения; 6 — циркуляционный трубопровод;
7 — система отопления; 8 — циркуляционные насосы; 9— элеватор; 10 — перемычки для летнего периода;
11 — водонагреватель I ступени