Типы схем горячего водоснабжения

Открытая схема горячего водоснабжения - в случае, когда вода непосредственно из тепловой сети забирается для приготовления и подачи её в систему горячего водоснабжения потребителя (рис. 10.1).

Закрытая схема горячего водоснабжения - в случае, когда воду тепловых сетей используют лишь в качестве энергоносителя в водо-во-дяных теплообменниках для подогрева холодной водопроводной воды, поступающей в местную систему горячего водоснабжения (рис. 10.2).

Практически на всех многоквартирных жилых домах горячая вода получается разными способами, в зависимости от технической возможности. Это получение непосредственно из теплоисточника, центральные тепловые пункты (ЦТП), групповые бойлера, индивидуальные бойлера. Все бойлера называют скоростными водоподогревателями, которые бывают трубчатыми и пластинчатыми. По конструкции трубчатые водонагреватели в основном похожи (рис. 10.3).

Рис. 1 0.1. Открытая схема горячего водоснабжения.

Рис. 1 0.2. Закрытая схема горячего водоснабжения.

 

 

Рис. 10.3. Трубчатый водоподогреватель: 1 - переход, 2 - секция, 3 - калач.

Каждая секция водоподогревателя (рис.10.3) имеет много латунных трубок, диаметр и количество которых зависит от диаметра секций. По трубам, указанным стрелками В и Г, течет нагретая сетевая вода из тепловой сети, которая отдает теплоту. По трубам, указанным стрелками А и Б, течет нагреваемая водопроводная вода, которая воспринимает теплоту. Вода из тепловой сети и водопровода для лучшего теплообмена текут навстречу друг другу и нигде не смешиваются.

Автоматическое регулирование обеспечивают регулятор расхода, терморегулятор бойлера и импульсные трубки. Такая трубчатая конструкция устарела, в основном из-за своей громоздкости низкого КПД, поэтому лучше использовать пластинчатые теплообменники, которые лишены этих недостатков (они описаны выше в пункте 12.2 темы 4).

 

Рис. 10.4. Двухтрубная система горячего водоснабжения.

 

Для поддержания постоянной температуры горячей воды применяется автоматическая система регулирования. Принцип работы данной системы: сравнивает температуру на выходе из бойлера с заданной, и если имеется рассогласование, открывает или закрывает в автоматическом режиме клапан, который стоит на входе сетевой воды.

Обычно горячая вода имеет принудительную циркуляцию с помощью циркуляционных насосов. Циркуляция нужна, чтобы во всех точках температура горячей воды была одинаковой независимо от водоразбора, а все полотенцесушители постоянно были горячими.

Горячее водоснабжение предназначено для удовлетворения гигиенических (умывание, купание) и бытовых (стирка, мойка посуды и т. п.) нужд населения в воде с повышенной (до 75 °C) температурой. Такой водой, называемой «бытовой», снабжаются здания с проживанием людей (жилые здания, общежития, гостиницы), большинство общественно-коммунальных зданий (больницы, поликлиники, бани, прачечные, детские учреждения, предприятия общественного питания и т. п.), а также промышленные здания и сооружения с технологическим и гигиеническим (в бытовках) потреблением горячей воды. В самом простом варианте местная система горячего водоснабжения включает водоподогревательную установку и трубопроводы для подачи горячей воды к водоразборным приборам (рис. 10.5-10.8).

Рис. 10.5. Схема системы горячего водоснабжения многоэтажного здания:

а – с циркуляционными трубами для каждого стояка; б – с организацией циркуляции воды через общую циркуляционную магистраль для экономии труб.

Рис. 10.6. Трубопроводы горячего водоснабжения в многоэтажном здании.

 

Рис. 10.7. Схемы горячего водоснабжения с помощью водонагревателей.

 

Рис. 10.8. Совмещенная система отопления и горячего водоснабжения.

Системы горячего водоснабжения бывают: - централизованные: одна подогревательная установка обслуживает как минимум одно здание, а во многих случаях даже несколько зданий в пределах одного квартала (микрорайона) или поселка. - децентрализованные: приготовление горячей воды происходит вблизи водоразборных приборов (на месте потребления) и осуществляется мелкими генераторами теплоты: газовыми нагревателями, дровяными колонками и т. п. По расположению подающей (разводящей) магистрали внутри здания системы горячего водоснабжения бывают с верхней и нижней разводкой. Верхнюю разводку обычно делают при установке открытых (верхних) баков-аккумуляторов и при наличии в здании верхнего технического этажа или чердака. Циркуляционную магистраль в этом случае прокладывают в подвалах, а при их отсутствии – в подпольных каналах. При наличии подвалов лучше нижняя разводка как более удобная для эксплуатационного обслуживания системы.

В местных системах горячего водоснабжения приготовление воды осуществляют в газовых водонагревателях или колонках, а при системах квартирного отопления - в змеевиках или сварных баках, вделываемых в плиты и очаги. При отсутствии газопровода колонки на твердом топливе устанавливают в жилых зданиях высотой до пяти этажей включительно. Газовые водонагреватели устанавливают в жилых зданиях в тех случаях, если можно разместить каналы для отвода продуктов сгорания.

Трубопроводы горячего водоснабжения монтируют из стальных водогазопроводных оцинкованных труб, соединяемых при помощи резьбовых соединений на угольниках, тройниках и других фасонных частях. Сварка этих труб допускается только в среде углекислого газа. Трубопроводы системы горячего водоснабжения прокладывают с уклоном не менее 0,002 для обеспечения выпуска воздуха и спуска воды. Поступающая к потребителям в жилых и общественных зданиях горячая вода должна быть питьевого качества. Учет ее расхода ведут по показаниям водомеров, устанавливаемых на ответвлениях от водопроводной сети к водонагревателям.

Запорной арматурой систем горячего водоснабжения являются вентили, устанавливаемые на всех ответвлениях от магистральных трубопроводов, у оснований подающих и циркуляционных стояков (в зданиях высотой в три этажа и более), на ответвлениях в каждую квартиру или питающих пять или более водоразборных точек. Уплотняющая прокладка в клапанах этих вентилей изготовлена из термостойкого материала - фибры. Водоразборной арматурой системы горячего водоснабжения служат смесители для умывальников, моек и ванн.

 

Водонагреватели

Водонагреватели по принципу работы и устройству делятся на два типа: проточные (скоростные) и накопительные (емкостные).

Проточные (скоростные) водонагреватели имеют мощные теплогенерирующие элементы, поэтому они способны быстро нагревать проходящий поток воды. Накопительного резервуара они не имеют и  поэтому у них гораздо меньшие размеры. Поэтому проходящая через них вода сразу нагревается до 40-50 ºС. Особенно распространенные:

1 - газовые проточные (если в помещении, где есть вода, имеется и вывод газовой трубы, это лучший вариант, который обеспечит даже работу нескольких точек водоразбора благодаря большой мощности);

2 - электрические проточные (мощностью 3-7 кВт подходят для бытового использования, например, для мытья посуды, и подключаются к сети 220 В; при мощности до 27 кВт требуется хорошая электропроводка, обычно их подключают к электросети напряжением 380 В).

Проточные водонагреватели бывают напорными (больше подходят для городской квартиры, поскольку подключаются к стояку холодного водопровода - рис. 10.9) и безнапорными (вариант для дачи).

 

Рис. 10.9. Схема использования проточного электрического водонагревателя.

Электрические проточные водонагреватели применимы лишь при наличии весьма мощной электропроводки, так как их мощность зависит от пропускной способности электросети и падения напряжения. Один из основных параметров при их выборе - объём горячей воды за минуту, хорошим результатом считается 4-6 литров в минуту.

Накопительные (емкостные) водонагреватели, которые часто называют бойлерами (горизонтальные, плоские, цилиндрические), представляют собой теплоизолированный резервуар с нагревательным элементом, в качестве которого может быть или теплоэлектронагреватель или газовая горелка. Благодаря системе включения и отключения ТЭНа, обычно имеющего мощность от 1,2 до 3 кВт, они имеют напряжение 220 В. Для одного - двух человек можно выбрать бак объёмом 10-50 литров, для семьи с детьми подойдёт бойлер на 150-200 литров, выпускают также профессиональные модели до 500 литров. От размера водонагревателя зависит и скорость нагрева воды: 10-литровый нагреет воду за 10 минут, а 100-литровый - за 4 часа. В зависимости от модели их можно устанавливать напольно, вертикально или горизонтально. Наиболее распространены следующие виды водонагревателей:

1 - газовые накопительные (емкостные) водонагреватели, применяются при большом и частом водоразборе (рис. 10.10);

 

Рис. 10.10. Схема устройства емкостного газового водонагревателя.

 

2 - электрические накопительные водонагреватели, преимущества которых - весьма доступная цена и способность автоматически поддерживать заданную температуру воды очень долго без больших тепловых потерь в окружающую среду (рис. 10.11-10.12).

 

 

Рис. 10.11. Схемы устройства емкостных электрических водонагревателей.

 

Рис. 10.12. Схема подключения емкостного электрического водонагревателя.

 

Частный случай накопительных (емкостных) водонагревателей - наливные водонагреватели, способные работать в двух режимах, сочетая в себе достоинства накопительных и проточных (рис. 10.13). Как правило, объём ёмкости от 10 до 30 литров. Они могут работать с водопроводом и без него (в таком случае воду в бак наливают вручную).

Рис. 10.13. Схема устройства наливного водонагревателя.

Новый вид многофункциональных энергосберегающих портатив­ных водонагревателей-«трансформеров» новых принципов действия был разработан в результате 30 лет науч­ных иссле­дований доктора технических наук, профессора кафедры технологии и сервиса С. А. Радченко и 20 лет научно-иссле­довательских, опытно-конструк­тор­ских, экспериментальных и других работ под его научным руководством [9-39]. Две модификации таких водонагревателей «РАНИТ-1» и «РАНИТ-3» (рис. 10.14) изготовлены серийно и сертифицированы. На них получены 7 патентов России на изобретения «Водонагреватель» и «Ком­бинирован­ный водо- и воздухонагреватель» (№ 2009407, 2009408, 2034157, 2038546, 2040738, 2089792, 2120584) [13-18].

 

Рис. 10.14. Серийно изготовленные и сертифицированные образцы портативных много­функцио­нальных двухконтурных нагревателей-«трансформеров» класса «РАНИТ»: а – «РАНИТ-1» суммарной электрической мощностью 2 кВт; б – «РАНИТ-3» суммарной элект­рической мощностью 12 кВт при электрической мощности каждого контура до 8 кВт.

 

Эта уникальная инновационная тульская разработка несколько раз успешно де­мон­стрировалась Государственным комитетом по про­мышленной политике Российской Фе­дера­ции в экспозиции России на главных мировых выставках и в результате была офи­циаль­но признана од­ним из самых конкурентоспособных на мировом рынке видов про­дук­ции Рос­сии и была внесена в спи­сок конкурентоспособной российской продукции, рекомендо­ван­ной для первооче­редного инвестирования, организации массового производства и экс­порта [9-10, 19]. Напри­мер, нагреватели класса «РАНИТ» заинтересовали ко­роля Бельгии Альберта II и сопро­вож­давших его пред­ставителей мно­гих стран при посещении ими Всемирного салона изоб­ретений, на­учных исследований и промышленных инноваций «Брюссель-Эврика» (рис. 10.15).

Рис. 10.15. Изобретатель С. А. Радченко демонстрирует королю Бельгии Альберту II и сопровож­дающим его представителям многих стран многофункциональные нагре­ва­тели класса «РАНИТ» на Всемирном салоне изобре­тений,

науч­ных исследований и промыш­ленных инноваций «Брюссель-Эврика».

 

Изобретения этих водонагревателей удостоены золо­той и се­ребря­ной медалей Все­мирных салонов изобретений, научных иссле­дований и про­мышлен­ных инноваций «Брюссель-Эврика», золотой медали «Евро-Ин­теллект Восток-За­пад», дипломов многих международных и россий­ских выставок и конкурсов и т. д. (рис. 10.16-10.18).

Поэтому Тульским государственным педагогическим университетом им. Л. Н. Толстого разработан и предлагается для реализации совместно с предприятиями, которые будут заинтересованы во взаимовыгодном сотрудничестве для организации производства, сбыта и экспорта во многие страны высокоприбыльной инновационной продукции массового спроса новых принципов действия, Инновационно-инвестиционный проект «Портативные многофункциональные нагреватели класса «РАНИТ» для энергосбережения, комфорта, защиты в чрезвычайных ситуациях» (рис. 10.16-10.18) [23-26].

Новизна данного проекта заключается в разработке конкурентоспособ­ных в России и лю­бых стра­нах портативных бытовых многофункцио­нальных (до 12 бытовых функций) энергосберегающих мно­готоп­ливных на­грева­телей-«трансформеров» класса «РАНИТ» но­вых принципов дей­ствия, имеющих высоту от 200 мм, малый вес и красивый внешний вид. Они позво­ляют очень быстро улуч­шить в городах и сель­ской местно­сти безо­пасность жизнедея­тель­ности, ком­форт, охрану труда и здоро­вья, экономию в быту и на работе (даже при от­ключе­ниях и авариях сис­тем тепло-, водо- и элект­роснабжения и ЧС).

Рис. 10.16. Титульный лист данного инновационно-инвестиционного проекта.

Рис. 10.17. Некоторые образцы и технические характеристики разработанных многофункциональных нагревателей-«трансформеров» класса «РАНИТ».

Рис. 10.18. Основные виды конкурентоспособной на мировом рынке инновационной портативной многофункциональной продукции новых принципов действия на ос­нове изобретений и «ноу-хау» С. А. Радченко, которые

пред­лага­ется совместно производить и внедрять в России и за рубежом.

Патентообладатель и изобре­татель доктор технических наук С. А. Радченко имеет «ноу-хау» разработки и опыт быстрой организации произ­водства и сбыта при за­тратах на порядок меньше по сравне­нию с традиционными для России мето­дами, что делает этот проект особенно актуальным в условиях бюджетного дефицита и необходимости организации производства и экспорта конкурентоспособной продукции. Ведь такая портативная многофункциональная продукция нового принципа действия может быть полезна значительной части населения любых стран и может повысить экспортный потенциал России [23-26].

Системы вентиляции