Децентралізовані системи гарячого водопостачання
Приготування гарячої води в автономних системах інженерного забезпечення здійснюється переважно двома способами: шляхом нагрівання води в проточних або накопичувальних водонагрівачах.
Проточний водонагрівач (в побуті називається «колонкою») представляє з себе прилад (рис. 112), де по контуру тече вода, що нагрівається, за рахунок наявності великої площі поверхні теплообміну відбувається інтенсивний процес передачі тепла від гріючої середовища (електроенергії або згорає газу) до нагрівається .
Головним і очевидним мінусом даного приладу є відсутність акумулюючої здатності, пряма залежність продуктивності від підводиться тепла, а головне, ймовірність утворення в каналах теплообмінника накипу, що перешкоджає вільному течією води і значно погіршує процес теплообміну. Безсумнівним плюсом є компактність приладу і проста схема монтажу гарячого водопостачання (рис. 113), яка включає введення в прилад холодної води і вихід гарячої безпосередньо на крани водорозбору. Проточний водонагрівач нагріває воду тільки в момент витрати. Проточні водонагрівачі мають ще й ту перевагу, що нагрів води здійснюється відразу в повному обсязі і настільки довго, наскільки це необхідно без зниження продуктивності.
Мал. 113. Схема розведення трубопроводів при проточному водонагрівачі
Накопичувальний водонагрівач (бойлер) відрізняється від проточного великим об'ємом запасається в собі води. Нагрівання води до заданої температури в цьому випадку відбувається заздалегідь і, як правило, з використанням відносно малій потужності. Наприклад, електричний водонагрівач накопичувального типу розігріває певний об'єм води до температури 55-85 ° С і автоматично підтримує температуру на встановленому рівні. Оскільки нагрів відбувається поступово, такий прилад не вимагає великої електричної потужності і часто може бути підключений до звичайної розетки. Навіть 150-літрові бойлери на половинній потужності можуть споживати не більше 1,5 кВт. У бойлері постійно знаходиться гаряча вода, а в міру витрати в нього надходить холодна і підігрівається до потрібної температури. Для запобігання втрат тепла через корпус бойлера його стінки роблять утепленими. Завдяки великому прошарку теплоізоляції вода в ємності водонагрівача остигає вкрай повільно, а тому включення нагрівача відбуваються рідко.
Схема роботи накопичувача (бойлера) передбачає подачу холодної води в нижню точку приладу, а відбір гарячої води проводиться з верхнього рівня. Продуктивність приладу залежить від кількості підводиться тепла або потужності Тена (теплоелектронагрівачів), до того ж в бойлері існує постійний запас вже нагрітої води, що покриває пікові навантаження в періоди інтенсивного розбору води. Для компенсації теплового розширення води при нагріванні в систему трубопроводів встановлюють розширювальний мембранний бак.
Накопичувальні водонагрівачі можуть бути виконані в горизонтальному або вертикальному вигляді, що дозволяє оптимізувати розміщення бойлера в приміщенні котельні. Головними перевагами приладу є його акумулююча здатність і тривалий термін служби без проведення заходів з обслуговування та чищення. Зазвичай накопичувальний водонагрівач працює від котла (рис. 114), це «бак в баку», що представляє собою теплообмінник з функціями теплоаккумулятора, виконаний з двох концентричних баків: внутрішній бак для санітарної гарячої води нагрівається від теплоносія системи опалення, що міститься в зовнішньому баку і циркулюючого між подвійними стінками.
Мал. 114. Бойлер непрямого нагріву для гарячого водопостачання
Внутрішній бак є «серцем» бойлера: він працює з корозійно активної проточною водою, при високому тиску і змінній температурі. Бак виготовляють з хромо-нікелевої нержавіючої сталі, звареної в захисному середовищі аргону. Перед складанням конвективні поверхні бака зміцнюються і пасивуються для подовження терміну служби бака і поліпшення практичного опору корозії. Зовнішніх стінок бака надається хвилеподібний профіль. Така конструкція забезпечує опір тиску і обмежує відкладення накипу шляхом циклів подовження і стиснення бака. Зовнішній бак, що містить теплоносій системи опалення, виготовляють з вуглецевої сталі. На нього наноситься поліуретанова піна високої щільності товщиною 50 мм. Зверху бойлер покривають полімерним поліпропіленом, пластичним матеріалом, що забезпечує високу опірність ударам.
За розрахунком потужності котла з включенням в його опалювальний контур бойлера непрямого нагріву немає єдиної думки. Одні вважають, що при підключенні в опалювальний контур бойлера немає необхідності збільшувати потужність котла, так як котел працює на повну потужність від сили п'ять днів в році, коли температура на вулиці сягає свого мінімуму. Інші, навпаки, рекомендують збільшувати потужність котла приблизно на 20%. Мотивуючи це тим, що котел, основне своє час працює з 50-70% завантаженням, довше прослужить.
Обсяг бойлера підбирається з розрахунку потреби в гарячій воді. За нормами вимагається гарячої води: для одного умивальника зі змішувачем - 0,09, для одного ванного змішувача - 0,18, для однієї душової лійки - 0,09, для одного біде - 0,05, для одного кухонного змішувача - 0,09 л / сек.
Мал. 115. Схеми обв'язки бойлерів
Схеми підключення бойлерів до контурів опалення практично всі однотипні незалежно від виду підключення до приладу: верхнього або нижнього (рис. 115). Холодна вода з водопроводу або станції підкачки (при свердловину підключенні) надходить у нижню частину бойлера. При цьому надходить вода повинна пройти фільтр-грязевик або фільтри водопідготовки, руйнують вапняні солі і не дають їм потім висесть на стінках бойлера в якості накипу. Далі на шляху води при тиску в системі водопроводу більше 6 бар встановлюється редуктор тиску «після себе», щоб тиск води, що поступає не перевищувало допустимих норм. Потім повинен стояти зворотний клапан, що пропускає воду в бак і закриває їй шлях назад. З цими приладами, в общем-то, все ясно. Подальший розгляд трубопроводу стає цікавіше.
На трубопровід закачування холодної води встановлюється запобіжний клапан і розширювальний бак. Навіщо вони тут? Споживання гарячої води в будинку - процес циклічний, їй то користуються, то немає, наприклад, вночі вона нагрівається в бойлері і розширюється в обсязі. А куди воді розширюватися, якщо все крани водорозбору закриті? Для цих цілей і встановимо на трубопроводі введення водопроводу розширювальний бак. У цей момент підживлення системи холодною водою все одно не проводиться, так нехай поки частина водопроводу попрацює на розширювальний бак. Для скидання тиску встановимо поряд і запобіжний клапан. Він спрацює і в разі перевищення тиску з боку бойлера, і в разі перевищення тиску з боку введення водопроводу, якщо там раптом трапиться якась аварія і відбудеться різкий стрибок тиску.
Далі холодна вода нагрівається в бойлері і насосом подається на крани водорозбору. Тут можна встановити триходовий змішувач і з'єднати його з трубопроводом холодної води, таким чином змішувач можна буде налаштувати на певну температуру гарячої води, щоб вона не була обпалює. Але при установці насоса виникає інша проблема. Коли крани водорозбору вимкнені, а це основна частина часу, насос буде працювати «на закриті засувки» і підвищувати локальне тиск в трубопроводі, але вода при цьому буде стояти на місці і остигати. Щоб насос не працював вхолосту, потрібно включати в схему рециркуляционний трубопровід, що скидає невикористану гарячу воду назад в бойлер. Тепер при відсутності водорозбору гаряча вода, що підганяється насосом, буде крутитися по трубопровідному кільцю з бойлера і назад в бойлер. Насос працює, пече електроенергію, а віддачі від нього ніякої. Включимо в схему рушникосушки і «посадимо» їх на рециркуляционний трубопровід. Насос все одно працює, гаряча вода циркулює, так нехай від цього буде хоч якась користь. Нехай ця вода сушить рушники і обігріває приміщення ванних кімнат, а при грамотному розрахунку на рециркуляционний трубопровід можна приєднати і невелику систему «теплих підлог».
Тепер простежимо трубопроводи, які постачають в бойлер гарячу воду від котла. Якщо просто з'єднати обратку і подачу котла з бойлером, то теплоносій буде постійно циркулювати по контуру бойлера і нагрівати в ньому санітарну воду незалежно, є в ній потреба чи ні. Для того щоб вода від котла циркулювала в бойлері тільки коли в ній є потреба, забезпечимо трубопровід подачі двухходовим термостатом і з'єднаємо його сервопривід з датчиком температури, встановленим в бойлері. Як тільки температура санітарної води в бойлері досягне встановленої нами величини, датчик дасть команду на термостат і той закриє надходження теплоносія від котла. Таким же чином можна замість двухходового термостатного вентиля встановити в цьому місці триходовий кран, який буде то відкривати воду на бойлер, то скидати її через байпас назад в контур котла. Якщо на подачу гарячої води в бойлер передбачений окремий насос, то датчик температури через контролер може віддавати команди насосу, то включаючи, то вимикаючи його. Рідина циркулює навколо внутрішнього бака і нагріває санітарну воду. Коли задана температура досягнута, термостат зупиняє циркуляційний насос.
В даний час існують комбіновані бойлери, що поєднують в собі функції накопичувача гарячої води і проточного теплообмінника швидкого нагріву. Коли витрата теплої води занадто великий і накопичувач бойлера швидко спорожняється, вступає в нагрів проточний теплообмінник. Він зазвичай встановлюється на бойлері і продається разом з ним (рис. 116).
Приготування гарячої води також робиться за допомогою двоконтурного опалювального котла. Зазвичай він має вбудований бойлер об'ємом від 50 до 200 літрів, хоча багато котли готують гарячу воду і проточним способом, як колонки. Найчастіше використовують комбіновані котли, які мають дві системи нагріву. Взимку працюють два контури: нагрів води здійснюється водою з системи опалення, влітку працює один контур, тільки для гарячого водопостачання.