Издательский Центр Аква-Терм

Современные решения для децентрализованного ГВС

Опубликовано: 17 августа 2010 г.

918

Регулярное горячее водоснабжение – один из важнейших факторов комфорта. Необходимость организации автономных систем ГВС возникает как в условиях индивидуального жилья, так и в многоквартирных домах, где такие системы позволяют избежать перебоев с горячей водой во время ремонтнопрофилактических работ. Разработанные к настоящему времени специальные решения позволяют устроить автономную систему ГВС не только в частном доме или квартире, но и на любом социальном или коммерческом объекте – в больнице, гостинице, кафе и др. 

Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.

Немного теории

Различают два способа нагрева воды – прямой и косвенный. В первом случае тепловая энергия воздействует непосредственно на воду, во втором – через промежуточный теплоноситель в теплообменнике. Автономные системы ГВС подразделяются на три типа – проточные, накопительные и комбинированные. Выбор между ними делается на основе данных об объеме и режимах потребления горячей воды, требований комфорта, цены. Отметим, что планировать систему ГВС нельзя в отрыве от холодного водоснабжения, канализации, газо- и электроснабжения.

Главное преимущество проточной системы – компактность оборудования. Ее основной недостаток – отсутствие накопительной функции. Проточные системы предпочтительны, если имеется постоянная необходимость в небольшом количестве горячей воды при отсутствии пиков потребления. Реализовать проточную схему можно с использованием пластинчатых теплообменников. К аппаратам проточного типа относятся также газовые колонки, двухконтурные отопительные котлы без встроенных баков-аккумуляторов, проточные электронагреватели.

Накопительная система характеризуется наличием емкости, в которой заблаговременно нагревается вода для последующего расхода. Такая система способна справляться с пиками потребления за счет накопленного запаса горячей воды. Скорость, с которой израсходованный запас будет восстановлен, зависит от объема емкости и мощности нагревательного элемента. В накопительных водонагревателях применяются как прямой (газовая горелка, электронагреватель), так и косвенный (один или несколько теплообменников) нагрев; возможно совмещение обоих способов в одном комбинированном приборе.

Комбинированная система обладает конструктивными признаками проточной и накопительной. Она имеет накопительный резервуар с внешним или встроенным теплообменником. Отличие от накопительной системы заключается в том, что получение горячей воды осуществляется не прогревом всей емкости, а подачей горячей воды в ее нижнюю часть. Горячая вода поднимается в верхнюю часть емкости и оттуда расходуется.

Накопительные и комбинированные системы позволяют обеспечить большой расход горячий воды при относительно невысокой нагревательной мощности. На рынке представлено большое количество такого оборудования различных конструкций с широким диапазоном по объему накопительных емкостей, позволяющих организовать автономное ГВС в квартире, частном доме или на крупном объекте.

Готовое решение

Двухконтурный котел – один из самых удобных способов организации отопления и ГВС. Приготовление горячей воды в двухконтурных котлах обеспечивается в проточном режиме с использованием вторичного пластинчатого или змеевикового теплообменника. В некоторых моделях применяются так называемые битермические теплообменники, в которых одновременно осуществляется нагрев теплоносителя системы отопления и воды для ГВС. Повышенные требования к комфорту, предъявляемые современными пользователями, привели в последние годы к появлению интересных инноваций. Многие производители реализуют в своих котлах функцию работы с приоритетом ГВС, позволяющую увеличить объем подогретой воды за счет временного снижения отопительной мощности. Для увеличения пиковой производительности по ГВС некоторые модели оснащают встроенным бойлером. Например, котлы Genia Maxi (Ariston) мощностью 28 и 30 кВт имеют встроенный накопительный бойлер из нержавеющей стали объемом 60 л, позволяющий получать 21,8 л подогретой на 30 °С воды в течение 10 мин. Встроенными бойлерами того же объема укомплектованы котлы серий New Elite 60 (рис. 1) и Nuvola фирмы Ferroli.

В новом настенном котле Luna3 Comfort компании Baxi применено несколько решений, повышающих эффективность и комфорт ГВС. Например, электронный расходомер выполнен в виде турбины, по оборотам которой измеряется расход горячей воды. Прямое измерение расхода позволило повысить скорость модуляции пламени и более точно выдерживать заданную температуру горячей воды. Кроме того, автоматика котла позволяет осуществлять предварительный нагрев воды во вторичном теплообменнике во избежание задержки поступления горячей воды в кран. С помощью функции «Душ» пользователь может, не производя дополнительных манипуляций, получать воду с температурой, оптимальной для приема душа.

Бельгийская фирма ACV, одно из главных направлений деятельности которой – решение проблемы ГВС для объектов с большими объемами потребления горячей воды, выпускает двухконтурные котлы серии HeatMaster мощностью от 62,5 до 225 кВт. Они имеют конструкцию «бак в баке» (подробнее – в следующей части статьи). Производительность аппаратов по ГВС при нагреве до 40 °С – от 820 до 6690 л/ч. Предусмотрено подключение дополнительного внешнего бойлера ГВС, каскадное включение котлов, а также каскадное соединение с внешним бойлером, что позволяет построить систему ГВС любой производительности.

Бойлер ГВС

С помощью внешнего бойлера косвенного нагрева можно организовать ГВС и на базе одноконтурного котла. Емкостные водонагреватели представлены на рынке двумя основными типами – со змеевиком и с двойными стенками (рис. 2, а, б). В змеевиковых бойлерах теплоноситель первичного контура циркулирует через размещенный в баке теплообменник, передавая тепло нагреваемой воде. В водонагревателях с двойными стенками теплоноситель циркулирует в полости между двойными стенками цилиндрической части бака. Достоинства змеевиковых водонагревателей – простота конструкции, среди недостатков – относительно малая поверхность теплообмена. Можно также упомянуть о наличии зон недостаточного нагрева в нижней части водонагревателей обоих указанных типов. Эту проблему некоторые производители решают размещением в соответствующей части емкости дополнительных ТЭНов.

Автоматика современных котлов, для которых предусмотрено подключение внешнего бойлера, имеет функцию защиты от размножения бактерий – температура воды в накопительной емкости периодически повышается до уровня 60–70 °С, вызывающего гибель большинства микроорганизмов, включая легионелл.

Для защиты бака с санитарной водой от коррозии используются специальные покрытия, а также сменные аноды, изготавливаемые из химически активного металла, как правило, магниевые. Также применяются не требующие замены инертные аноды.

Образование минеральных отложений на внутренней поверхности емкости увеличивается с повышением температуры подогреваемой воды. Слой накипи толщиной 2 мм увеличивает энергозатраты на ГВС на 20 %. Защитная мера – применение умягченной воды, а также специальных приборов защиты от накипи.

Оригинальную конструкцию, получившую название «бак в баке», реализовала в своих бойлерах компания ACV (рис. 2, в). Емкость с санитарной водой размещена во внешнем баке цилиндрической формы, заполненном первичным теплоносителем. Поверхность теплообмена дополнительно увеличена за счет гофрирования стенок. Внутренний бак изготавливается из нержавеющей стали. Конструкция аппарата обладает эффектом самоочистки: внутренний бак крепится к наружному только в верхней части и в местах подсоединения патрубков подачи холодной и забора горячей воды. Повышение температуры вызывает увеличение линейных размеров стального бака (снижение – наоборот); при этом волнообразный профиль стенки играет роль сильфона. Так как нержавеющая сталь и минеральные отложения имеют разные коэффициенты температурного расширения, последние растрескиваются и отслаиваются.

Широкое распространение получила технология послойного нагрева воды. Она основана на низкой теплопроводности воды и уменьшении ее плотности с увеличением температуры. При отсутствии перемешивания тепло в емкости может храниться послойно, что дает возможность организовать снабжение различных потребителей из соответствующей температурной зоны. Такая техника выполняет роль балансировки и позволяет снизить расходы на регулировочную и распределительную аппаратуру в системах со сложными гидравлическими схемами – при наличии различных источников и потребителей, различающихся объемными расходами или соотношениями давления.

К настоящему времени разработано несколько конструкций, реализующих принцип послойного нагрева. Самая простая – распределение патрубков подвода и забора нагретой воды по высоте аккумулирующей емкости. Основной недостаток такого способа – нарушение температурных слоев при увеличенных тепловых потоках. Другая конструкция основана на применении устройства слоевой зарядки – нагретая вода поступает в соответствующую зону по размещенной внутри бака трубке (трубкам). Теплоаккумуляторы с послойным нагревом предлагают также DeDietrich, Vaillant, Weishaupt и другие компании.

Некоторые решения для организации ГВС интересны не только технически, но и с точки зрения дизайна. Так, для настенных котлов серий atmoTEC, ecoTEC и turboTEC фирмы Vaillant разработаны навесные бойлеры емкостью 70 и 75 л. Конструкция бойлера позволяет разместить его на стене в любом месте – сбоку, снизу и даже непосредственно за котлом (рис. 3). Во всех случаях, кроме последнего, применяется фронтальная декоративная панель, выполненная в едином фирменном стиле.

Индивидуальный тепловой пункт

Альтернативой накопительному или аккумулирующему бойлеру может служить приготовление горячей воды в проточном режиме с помощью индивидуального теплового пункта. Доступная номенклатура блочных ИТП включает модели для отдельной квартиры, коттеджа, здания. Они оснащаются запорной и регулирующей арматурой, обратными и предохранительными клапанами, циркуляционными насосами, фильтрами (рис. 4). Как правило, в современных ИТП применяются паяные пластинчатые теплообменники, более компактные, чем разборные. Примером такого оборудования может служить автоматическая станция прямого приготовления горячей воды LogoFresh, предложенная фирмой Meibes. Она имеет производительность до 39 л/мин и предназначена для организации ГВС офисных зданий, подключенных к теплосети коттеджей, коммерческих объектов. Подключение к системе производится через гидравлическую стрелку или буферную емкость. Реализовано частотное регулирование загрузочного насоса теплообменника в зависимости от задаваемых параметров температуры и расхода горячей воды. Предусмотрено каскадное соединение.


ИТП для частных домов и квартир предлагают в России Alfa Laval, Danfoss, Oventrop и другие компании.

Газовые и электрические водонагреватели

Проточный газовый водонагреватель (колонка) – удобный и относительно недорогой способ организации ГВС для городской квартиры, дачи или небольшого коттеджа при наличии газовой магистрали. Главные достоинства проточных водонагревателей – компактность, экономичность (при закрытом кране тепло не расходуется) и подача подогретой воды сразу после открытия крана. Недостаток – малая (по сравнению с накопительными) производительность.

В современных колонках наряду с пьезорозжигом применяется более удобный и экономичный – электрический. Для включения колонки с электророзжигом достаточно открыть кран горячей воды. Вслед за этим автоматически открывается газовый клапан запальника и газ воспламеняется электрическим разрядом. После загорания основной горелки блок управления автоматически гасит запальник. Отсутствие необходимости в постоянно горящем запальнике позволяет сэкономить до 25 % газа. Для работы систем электророзжига требуются батарейки. В некоторых приборах реализован розжиг от встроенного гидрогенератора. (Пример – система Hydro Power фирмы Junkers.) Некоторые современные колонки имеют закрытую камеру сгорания, что позволяет применять коаксиальные дымоходы и устанавливать их в непроветриваемом помещении.

Накопительные или емкостные водонагреватели выпускаются в настенной и напольной компоновках. В зависимости от типа, источником нагрева может служить газовая горелка или ТЭН (ТЭНы). Напольные агрегаты отличаются от настенных большим (до 1000 л) объемом накопительной емкости. Существующий спектр оборудования этого типа позволяет обеспечить ГВС как в условиях индивидуального жилья, так и для небольшого предприятия или учреждения.

Достоинство данного класса оборудования – возможность одномоментного получения больших объемов горячей воды при относительно небольшой нагревательной мощности. Недостатки – инерционность работы (чтобы получить подогретую воду, необходимо выждать определенное время), относительно большие габариты и более высокая цена. Кроме того, по сравнению с «проточниками» они отличаются меньшей экономичностью – тепло расходуется не только на нагрев воды, но и на поддержание ее температуры.

Электрические водонагреватели также подразделяются на проточные и накопительные. В первых вода нагревается при прохождении через корпус с ТЭНом. Приборы мощностью 3–6 кВт рассчитаны на стандартное напряжение 220 В. Более мощные (7–32 кВт) аппараты требуют отдельной линии с автоматическим выключателем, проводами соответствующего сечения и заземлением. Водонагреватели мощностью свыше 10 кВт, как правило, рассчитаны на трехфазное питание.

Накопительные электроводонагреватели представляют собой теплоизолированную емкость (объем – 10–500 л и более) с размещенным внутри ТЭНом (ТЭНами). Как правило, температуру нагреваемой воды можно установить до 85 °С. Нагрев воды происходит заранее, температура поддерживается при помощи термостата, по сигналу которого включаются и выключаются ТЭНы.

Преимущества электрических водонагревателей перед газовыми – простота установки, отсутствие дымохода. Недостатки – более высокая стоимость тепла, необходимость подключения к трехфазной электросети приборов большой (от 10 кВт) мощности.

При выборе водонагревателя следует учитывать индивидуальные параметры – режим и объем потребления, наличие газовой магистрали, параметры электросети, необходимость организации дымоудаления при эксплуатации газового аппарата и др.

Нетрадиционные решения ГВС

Оборудование, предусматривающее использование возобновляемых источников энергии, находит всё большее применение в установках производства ГВС. Наиболее распространены комбинированные (бивалентные) схемы, когда тепловой насос (обычно – типа «воздух–вода») или солнечные коллекторы (рис. 5) служат дополнительными источниками тепла для ГВС.

Тепло наружного или внутреннего воздуха помещения утилизируют для ГВС тепловые насосы Europa австрийской фирмы Ochsner. Они оснащены накопительной емкостью (300 л) с двойным эмалированным покрытием. Дополнительные возможности – контролируемая вентиляция помещений, кондиционирование воздуха, осушение хозяйственных и подвальных помещений.

Интересное решение продемонстрировала словенская фирма Gorenje: на корпусе водонагревателя большого (200–500 л) объема смонтирован тепловой насос, утилизирующий избыточное тепло внутреннего воздуха (рис. 6).

Тепловые насосы серии geoTHERM (Vaillant) со встроенным водонагревателем позволяют получать воду температурой до 62 °С. Новинка 2007 г. – бивалентный водонагреватель auroSTOR VIH S емкостью от 300 до 500 л. Одним из источников тепла может служить солнечный коллектор auroTHERM.

На крупнейших российских выставках 2007 г. инновационное оборудование с использованием солнечной и геотермальной энергии для отопления и ГВС показали также такие лидеры мировой теплотехники, как Ariston, Buderus, Viessmann. Их представители отмечают рост интереса к схемам с использованием тепловых насосов и солнечных панелей в южных регионах нашей страны.

М. Лукьянцев

Журнал «Аква-Терм» #5(39) 2007




Поделиться:

вернуться назад