Горячее водоснабжение: устройство, виды систем, принцип работы и типовые схемы

Особенности открытой системы

Принцип работы

Достоинства и недостатки водяного отопления

Среди преимуществ, которые предоставляет система водяного отопления, можно назвать следующие:

Экономичность в расходах материалов.
Достаточно высокий уровень теплоемкости. Ведь показатель теплоемкости воды превышает тот же показатель воздуха, нагретого до такой же температуры, в 4 тысячи раз.
Комфортная температура.

Как и в любой системе отопления, стоит выделить несколько недостатков:

Трудоемкость установки и эксплуатации в сравнении с другими системами.
Необходимость постоянного контроля над работой генератора тепла.
В случае долговременного отбытия – необходимость удаления воды. Ведь если воду с труб не спустить, то в случае низких температур она замерзнет, вследствие чего трубопровод лопнет. Кроме того, трубопровод с воздухом довольно быстро подвергается процессам коррозии.

Установка водяного отопления возможна только во время строительства или капитального ремонта.

Как выбрать устройство

При выборе устройств обязательно обращайте внимание на запорную арматуру. Задвижки, краны, вентили, затворы и другие детали должны быть высокого качества

Используйте системы, которые имеют высокую стойкость к коррозии.

Обратите внимание на регулирующую и предохранительную арматуру. Предохранительные клапаны защищают систему при работе в условиях повышенного рабочего давления

Используются также редукторы, которые понижают давление в системе. Воздухоотводящие клапаны используются для удаления излишка кислорода, который растворяется в воде.

Выбирайте устройства, оснащенные приборами контроля, сигнализирующие о протекании воды. Это могут быть манометры, счетчики, датчики. Отдельные насосы и комплексные насосные станции с автоматизированным управлением за подачей воды.

Фильтрационное оборудование помогает очищать воду от разных примесей, вода должна соответствовать санитарно-гигиеничным нормам. Среди устройств выделяются угольные, песчаные, мембранные и другие.

Обязательно учитывайте предполагаемый расход воды, рассчитывается он, исходя из количества сантехнических точек и числа проживающих. Это влияет на выбор оборудования.

Виды систем горячего водоснабжения

Системы горячего водоснабжения делятся на:

Централизованные.
Децентрализованные.

Первый тип представляет собой схему, состоящую из котельной и большого количества потребителей. Как правило, централизованная схема применяется для подачи нагретой, до определённой температуры, воды в многоквартирные дома. Децентрализованный тип ГВС, наоборот, является автономной, где нагрев жидкости осуществляется в непосредственной близости от водоразборных элементов.

ГВС также могут быть следующих типов:

Открытого.
Закрытого.

Открытый тип водогрейной установки представляет собой схему, в которой забор нагретой до определённой температуры жидкости осуществляется из отопительного контура. В закрытой схеме осуществляется отдельный нагрев холодной жидкости поступающей из водопровода. Оба варианта ГВС имеют достоинства и недостатки, например, для закрытой схемы потребуется использовать дополнительное оборудование, а в открытой — качество воды не будет слишком высоким.

Устройство парового котла

Конструкцию ПК упрощенно можно представит, в виде емкости, где вода преобразовывается в пар. Она изготовлена из труб разного диаметра. Кроме трубной системы ПК имеет топочное пространство, в которой сжигают природное топливо.

Устройство парового котла и его конструктивные особенности, определяются видом топлива. Например, угольные топки оборудованы колосниками, на которых размещен горящий топливный слой, через них в топку поступает кислород.

Вверху топки установлен дымоход, создающий тягу в парогазовом тракте агрегата, чем поддерживается нормальный режим. Паровые котлы на газе имеют газовую или мазутную горелки.

Горячие уходящие газы, получаемые в процессе горения топлива, нагреваю воду до кипения, после этого с зеркала испарения начинает выделяться пар, поступающий потребителю, а дымовые газы через трубу уходят в атмосферу.

Главные конструкционные элементы паровых котельных связываются в одну целостную котловую систему с помощью гарнитуры, арматуры, циркуляционных насосов, КИПиА дымососов и вентиляторов.

3 Модели на базе теплообменника

Для подмешивания воды с разной температурой необходимо использовать термостатические клапаны. Подобные системы нормально взаимодействуют с радиаторами из алюминия, но чтобы последние прослужили максимально долго, необходимо тщательно выбирать теплоноситель, отказываясь от низкокачественного сырья. Конечно же, уследить за качеством жидкости проблематично, поэтому лучше отказаться от этого материала, отдав предпочтение биметаллическим или чугунным радиаторам.

Схема подключения ГВС подразумевает использование теплообменника. Такой метод обеспечивает массу плюсов, включая:

1. Возможность регулирования температуры воды.
2. Возможность изменения давления горячего теплоносителя.

Частный сектор

Устройство теплового аккумулятора

По конструкции ТА схож с классическим бойлером косвенного нагрева. Выделяют следующие основные типы устройств:

Простейшие – без теплообменника;
С одним встроенным спиральным теплообменником;
С несколькими теплообменниками;
С встроенным баком ГВС.

Емкости тепловых аккумуляторов выполняются из обычной или высоколегированной (нержавеющей стали). В случае использования обычных марок стали резервуар оборудуется магниевым или титановым анодом, снижающим скорость коррозии, внутренняя поверхность покрывается специальными составами – эмалью, стеклокерамикой. Чаще всего резервуары имеют цилиндрическую форму, но встречаются и устройства прямоугольного сечения.

Теплообменники изделий обычно выполняются из медных или нержавеющих труб. Концы трубопроводов выходят через стенку устройства и оборудуются резьбами для подключения линий подачи и возврата теплоносителя. Кроме того, емкости имеют патрубки для присоединения группы безопасности, подпитки системы из сети холодного водоснабжения, патрубок для слива воды.

Емкость качественно изолируется различными материалами – чем лучше тепловая изоляция, тем эффективней работа теплового аккумулятора. Слои изоляции снаружи закрываются декоративным кожухом из высокопрочного пластика или металла. Зачастую емкости аккумуляторов оборудуются съемными электрическими ТЭНами мощностью 2 – 3 кВт.

Тепловые аккумуляторы бывают промышленного изготовления, можно изготовить это устройство и самостоятельно. Для этого потребуются определенные навыки слесарных работ, наличие электросварки и инструмента. Объем емкости теплоаккумулятора подбирают из расчета 35 – 50 литров воды на 1 кВт суммарной тепловой мощности всех источников теплоты. Подробнее об устройстве и порядке изготовления ТА можно прочитать здесь.

Автоматизированная блочно-модульная газовая котельная

Параметры проекта

Тепловая мощность проектируемой котельной 5,7 МВт. Система теплоснабжения одноконтурная, закрытая. Основное топливо – природный газ, резервное–дизельное топливо. Установленный объем потребления природного газа: 2,955 млн. м3/год, 0,759 тыс. м3/час.

Описание проекта

Технико-экономическое обоснование: Блочно-модульная газовая котельная с учетом смены жидкого топлива (мазут) на более дешевое газообразное топливо (природный газ) с наименьшими затратами содержания новой котельной.Состав проекта: 1.Водогрейные котлы суммарной тепловой тепловой мощностью 5 МВт. Применение 3-х импортных автоматизированных жаротрубных водогрейных котлов с температурой нагрева воды не выше 338 К (1150 С) и КПД более 90%, имеющих возможность работы в автономном режиме.

2.Газогорелочные устройства. Применение 3-х импортных автоматизированных комбинированных (газо-дизельных) горелочных устройств, обеспечивающих безопасную работу, исключающую вмешательство человека, с минимально допустимыми выбросами загрязняющих веществ в окружающую среду.

3.Система автоматики безопасности котлоагрегата в соответствии с требованиями «Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 Мпа (0,7 кгс/см2) водогрейных котлов и водоподогревателей с температурой нагрева воды не выше 338 К (1150 С)

4.Насосное оборудование котельной с системой автоматического резервирования. Применение импортных насосных агрегатов со сниженным энергопотреблением и автоматической защитой основных параметров работы.

5.Система автоматики регулирования мощности котельной. Применение погодозависимой автоматики регулирования мощности котельной, имеющей возможность работы котельной по одному из четырех нормативных температурных графиков отпуска тепла.

6. Система подпиточной и докотловой обработки воды. Применение импортных автоматизированных систем химической очистки воды, работающих по принципу Na-катионирования. Применение импортных автоматизированных систем химической очистки воды от соединений железа определяется по результатам исходной воды. Применение импортных автоматизированных систем комплексного дозирования реагента для корректировки качества теплоносителя.

7. Система учета расхода теплоносителей – применение коммерческих узлов учета газа с телеметрией холодной воды, тепловой энергии и расхода горячей воды.

8. Система газоснабжения котельной – применение блочных газорегуляторных пунктов в соответствии с «Правилами безопасности систем газораспределения и газопотребления» определяется на основании проекта реконструкции котельной.

9. Система электроснабжения котельной – применение шкафных вводных распределительных устройств силового оборудования определяется на основании проекта реконструкции котельной.

Назначение

Назначение системы отопления состоит в компенсации тепловых потерь помещения. Тепловые потери зависят от конструкции здания, материала из которого оно построено, объема помещения, разницы температур наружного и внутреннего воздуха. Тепловая мощность котла не должна быть меньше тепловых потерь помещения. Некоторый запас по мощности (10-15%) допустим, если существует возможность падения давления газа. ( В ориентировочных расчетах ≈ 1 кВт мощности котла на 10м2 помещения при высоте потолков 2,5 м).

Системами водяного отопления называют системы в которых тепловым носителем является вода.

Система водяного отопления состоит из следующих элементов:

— отопительные приборы (служат для передачи тепла воздуху помещения);

— система труб (служит для перемещения теплоносителя от котла к отопительным приборам);

— компенсационная емкость (компенсирует увеличивающийся объем теплоносителя при нагревании).

Типы систем отопления

Системы отопления бывают двух типов:

— с естественной циркуляцией теплоносителя;

— с принудительной циркуляцией теплоносителя.

Принцип работы системы с естественной циркуляцией состоит в том, что плотность нагретой в теплообменнике котла воды уменьшается и она перемещается в верхнюю часть системы отопления. Пройдя через приборы отопления и отдав им свое тепло вода возвращается в теплообменник котла. Скорость движения воды при естественной циркуляции невелика и поэтому даже незначительное уменьшение диаметра сечения трубопроводов ведет к снижению эффективности всей системы. Поэтому патрубок подачи котла переходит в вертикальный стояк с диаметром сечения не менее 40-50мм. В верхней точке системы устанавливается компенсационная емкость (расширительный бак), после которой трубопровод монтируется с уклоном в сторону патрубка обратки котла. Это делается для того, чтобы дать возможность остывшей воде вернуться в котел, а воздуху, попавшему в систему при заполнении, подняться вверх и выйти из системы отопления через расширительный бак. См. Рис.1.

Такие конструктивные особенности системы отопления с естественной циркуляцией делают ее громоздкой и не эстетичной. Большой диаметр труб ведет к удорожанию системы, а наличие открытого расширительного бака приводит к испарению теплоносителя и необходимости его периодического пополнения. Качественно сбалансировать систему (например, при наличии в ней нескольких контуров разной протяженности) тоже, практически, невозможно из-за малой скорости циркуляции теплоносителя и большого гидравлического сопротивления регулирующей арматуры. Все это говорит об очевидных недостатках системы отопления с естественной циркуляцией. Единственным преимуществом (и то, только в условиях нашей действительности) можно считать ее независимость от электроэнергии.

Изобретение принципа принудительной циркуляции позволило резко повысить эффективность систем отопления. Диаметры трубопровода значительно уменьшились (до 15-20 мм). Появилась возможность совершать разводку труб в штробе стены или в полу. Сократившийся объем и увеличение скорости циркуляции воды позволило улучшить регулируемость системы. Как правило, системы отопления с принудительной циркуляцией делают герметичными, под давлением. Благодаря этому один и тот же объем воды, предварительно очищенной от механических примесей и умягченной, длительное время эксплуатируется в системе без пополнения. Отсутствие воздуха в системе значительно замедляет процесс коррозии трубопроводов и радиаторов. См. Рис.2.

При принудительной циркуляции в систему отопления добавляются следующие элементы:

— циркуляционный насос;

— фильтр грубой очистки перед циркуляционным насосом;

— мембранный компенсационный бак (выполняющий роль расширительного бака);

— группа безопасности котла состоящая из:

· манометра;

· предохранительного клапана (ограничивает max давление в системе);

воздушный стравливающий клапан (автоматически выпускает из системы воздух, не выпуская при этом воду).

Зависимая система

Теплоноситель, протекающий вдоль магистралей, попадает прямо в жилище. Систему также называют открытой, так как подбор теплоносителя с целью обогрева здания (также для предоставления теплой воды) происходит из выводящего трубопровода (другое название приводящий). Данная схема популярна для зданий, рассчитанных на несколько семей и строений государственных учреждений, магазинов, банков, многих других сооружений.

Если температура теплоносителя внутри подающего трубопровода не достигла 95 градусов по Цельсию, его отправляют в отопительные аппараты. Когда температура достигает данный предел, но все равно остается менее 105 градусов по Цельсию, требуется вмешательство смесительного элеваторного узла. Его устанавливают на входе в коттедж, чтобы жидкость, газ или антифриз из радиаторов добавлять к горячему теплоносителю, дабы последний стал теплым, а не горячим.

Зависимая система функционирует на основе законов молекулярной физики и термодинамики. Антифриз или другой теплоноситель попадает наверх, из-за чего на выходе из котла отопления образуется высокое давление, параллельно с этим на входе теплогенератора создается незначительное разряжение. После этого жидкость стремится попасть в зону, где давление ниже. Эта система работает согласно естественной циркуляции теплоносителя.

Данную схему очень часто использовали в СССР. Зависимая система отопления функционирует исправно, бесперебойно. Ремонт, монтаж, материалы требуют небольших вложений. Нет необходимости в установке добавочных труб, используемых для подачи в помещение теплой воды.

Минусы:

отбросы и мусор с трубопроводов оказываются внутри батареи;
когда происходит ремонт или замена оборудования, нередко случаются перепады давления, гидроудары;
теплоноситель нельзя назвать качественным, так как он проходит вдоль старых магистралей, которые чаще всего уже ржавые;
качество воды или смеси антифризов влияет на термостатические вентили, они ломаются;
регулировать температуру дома самостоятельно почти невозможно;

Виды зависимых систем

Однотрубная система идеально подходит частным домам. Данный контур является замкнутым. От нагревательного аппарата прокладывается трубопровод, а радиаторы присоединяют поочередно и далее отводят назад, к котлу.

Типовая однотрубная схема отопления

Бывает горизонтальная и вертикальная схема. Первая больше подходит для одноэтажных домов, ее проводят снизу и сверху пола, батареи устанавливают на одном уровне. В вертикальной же от котла разводка перемещается наверх и уже там распределяется по батареям. После охлаждения спускается.

Система не требует для монтажа много комплектующих, просто прокладывается, не приносит проблем в процессе эксплуатации и стоит недорого. Она идеально подходит для небольших дачных домиков, установить ее можно без помощи профессионалов. К минусам относят тот факт, что радиаторы, которые находятся ближе к нагревательному прибору(котлу), нагреваются больше и быстрее, чем стоящие поодаль.

Ленинградка — одна из самых популярных систем, придуманная еще в советское время система. В ней все нагревательные аппараты складываются в единую схему, по которой свободно перемещается теплоноситель. Нагревает воду или смесь антифризов специальный котел, радиаторы обыкновенно подключают вдоль стен, преимущественно рядом с окнами. У “Ленинградки” очень низкая стоимость, легкий монтаж и хороший уровень производительности, но она требует балансировки в процессе эксплуатации.

Паук — система не так давно считалась устаревшей, но все равно остается популярной из-за своей низкой стоимости. Нет нужды устанавливать вертикальную разводку по периметру всего дома, но при этом комнаты все равно прогреваются равномерно. Главное преимущество «Паука» — система не находится в зависимости от электрогенератора. При эксплуатации очень легко регулируется. Монтаж такого рода системы затруднительна. Ее нужно устанавливать только на чердаке, в связи с чем возрастают затраты на дополнительное утепление. Нельзя использовать антифриз в такой системе из-за его испарения внутри расширительной емкости. Подобная система портит интерьер, устанавливать ее дозволено лишь людям с определенным умениями из-за сложного этапа проектирования.

2 Устройство системы и требования к монтажу

Устройство теплового узла подразумевает массу составляющих, которые взаимозависимы и функционируют для одной общей цели.

1. Запорная арматура.
2. Тепловой счетчик.
3. Грязевик.
4. Датчик расхода теплоносителя.
5. Тепловой датчик обратного трубопровода.
6. Дополнительное оборудование.

В зависимости от индивидуальных особенностей объекта система может оснащаться дополнительными датчиками и другими узлами. Что касается монтажа, то он должен выполняться с учетом определенных правил и требований:

1. Установка схемы должна происходить непосредственно у границ раздела балансовой принадлежности.
2. Использовать теплоноситель из общей коммунальной системы для индивидуальных нужд категорически запрещено.
3. Для контроля среднечасовых и среднесуточных показателей необходимо учитывать рабочие свойства учетного оборудования.
4. Любые датчики и учетные устройства фиксируются на трубопроводе «обратки».

Принцип работы устройств

Система работает благодаря гидроаккумулятору. Их чаще всего называют мембранными баками, поскольку внутри устройств находится специальная резиновая прокладка, которая называется мембраной. Она разделяет данную емкость на две части. С одной стороны находится вода, а со второй – воздух и инертный газ.

Гидробак оснащен отверстием для подачи воды и манометром, который отражает давление воздуха. В систему вода попадает через насос. При возрастании давления газ в гидроаккумуляторе возрастает.

После достижения допустимого уровня система отключает насос, далее подача воды прекращается. Включается систематическая подача воды, она поступает в бак, достигает необходимого значения, затем насос отключается.

При наличии гидробака насос включается только тогда, когда нужно наполнить бак достаточным запасом воды. С помощью накопительного бака можно увеличить срок эксплуатации скважинного насоса.

Схема подключения водопроводной сети такая: сначала монтируется наружный и внутренний трубопровод, затем насосное и дополнительное оборудование, а потом фильтры очистки воды. Последний этап – установка коллектора и водогрейного насоса.

Как выбрать объем накопительного водонагревателя — бойлера

Чем больше объем накопительного водонагревателя — тем выше комфорт пользования горячей водой в доме. Но с другой стороны, чем больше размеры бойлера, тем он дороже, тем выше затраты на его ремонт и техническое обслуживание, тем больше места он занимает.

Размер бойлера выбирают исходя из следующих соображений.

Принято считать, что объем бойлера, выбранный из расчета 20-30 литров на человека, обеспечит минимально необходимый комфорт пользования горячей водой в доме.

Повышенный комфорт обеспечит бойлер, объем которого выбран из расчета 30 — 60 литров на одного пользователя водой.

Высокий уровень комфорта обеспечит водонагреватель объемом из расчета 60-100 литров на одного проживающего в доме.

Для заполнения ванны необходимо израсходовать почти всю воду из бойлера объемом 80 — 100 литров.

Воздушные системы

Вышеперечисленный вид нагревания может предстать:

единичным обогревателем,
целым комплексом.

Комплекс обеспечивает наличие теплоисточников и воздуховодов.

Это обусловлено поддержанием и оперативным обеспечением возрастания температурного режима, которые можно обеспечить данной методикой.

Представленный вид подачи тепла широко распространен:

бытовой сектор (жилые квартиры, дачи, особняки),
сфера промышленности (складские, заводские здания).

Непосредственным раздатчиком тепла является насос с внутренним гидравлическим блоком либо газовый генератор.

Аппарат выдает конкретное количество теплого воздуха, требуемое для нагревания здания, вследствие чего он распределяется по сети воздуховодов. Подается на территорию через устройства, распределяющие воздух. Таким образом, происходит тепловое насыщение пространства.

Можно выделить следующие положительные характеристики метода:

Удобный регулятор температуры внутри помещения.
Отсутствие необходимой установки возле окон отопительных приборов (как следствие, отопления будет без батарей). Комната выглядит гармонично с эстетической точки зрения. Кроме того, предоставлен широкий простор реализации всевозможных решений дизайнера.
Такая система зимой подает в комнаты тепло; летом работает, как кондиционер — на охлаждение.

Но этот принцип теплоснабжения имеет ряд изъянов:

Если источником подачи тепла является газовый генератор, тогда весомый минус – затраты на энергетический ресурс. Этот факт гарантирует увеличение расходов при эксплуатации системы.
Необходимость обогреть жилье потребует значительного количества воздуха. Это влечет за собой необходимость устанавливать широкогабаритные воздуховоды, которые зашиваются в пространство под потолком. Ситуация оборачивается тем, что уровень потолка приходится опускать на определенную высоту.
Самым оптимальным считается классическое теплоснабжение, когда наверху прохладно, тепло внизу. Система воздушного обогрева устроена наоборот – пространство наверху отлично прогревается, нижнее пребывает в условиях холода. Выход из ситуации – организовать от пола подачу теплого воздуха. Грамотная реализация деятельности системы достигает требуемых климатических условий.
Пониженная инерция, приводящая к быстрому охлаждению пространства. Причиной является моментальное отключение приборов.

Воздушное отопление рационально применять внутри жилых помещений, где тепловым источником служит насос. Нерационально применять как основной теплопередатчик, поскольку он осуществляет нагревание в роли запасного источника.

Виды систем водоснабжения

Принцип работы парового котла

Для функционирования паровых котлов высокого давления используют химически обработанную воду, нагреваемую через пакеты экранных труб, под воздействием горячих уходящих газов, образующихся, как продукт от горения природного топлива.

С ростом температуры вода преобразуется в пар, поступающий на участок применения для передачи тепловой энергии или кинетической энергии струи.

Схематичное исполнение котла по выработке пара

Принцип работы:

Природная вода поступает на водоподготовку, где проходит очистку от взвешенных веществ и умягчается. Затем она подается в баках химочищенной воды и подаётся в агрегат с помощью питательных насосов для паровых устройств.
Прежде чем попасть в барабан питательная среда поступает через экономайзер – чугунное теплонагревающее устройство расположенное в хвостовой части агрегата для снижения температуры уходящих газов и повышения кпд парового котла.
Из верхнего барабана вода по необогреваемым трубам попадает в нижний барабан, а поднимается из него по подъемным конвективным трубам в виде пароводяной смеси.
В верхнем барабане проходит процесс его сепарации от влаги.
Сухой пар через паропроводы направляется к потребителям.
Если это парогенератор, то пар повторно проходит нагрев в пароперегревателе.

Плюсы и минусы

Особенности ГВС

Когда производятся операции по вычислению открытого типа водоснабжения, нужно принимать во внимание некоторые особенности. В том числе:

В том числе:

указанная система обеспечения водой может быть оборудована циркуляцией принудительного или естественного типа. Первая разновидность подразумевает, что передвижение жидкостей, повышение уровня давления происходит в результате использования насоса. Установление естественной циркуляции связывается с тем, что используется гидростатическое состояние воды. Специальные приборы в данном случае не применяются;
в ситуации, когда открытый тип системы горячего водоснабжения применяется не в частном доме, нужно учитывать, что на законных основаниях произвести забор жидкости из отопительных контуров не получится. Данное правило распространяется на дома, которые были введены в эксплуатацию в начале 2013 года и далее;
при производстве монтажных работ ГВС в частном секторе, достичь высокого уровня эффективности в эксплуатации получится только, если трубопровод имеет небольшую протяженность. Кроме того, должен быть частый забор жидкости из системы. Иначе гражданин будет получать воду пониженной температуры.

При условии, что во время монтажа данной системы будут приняты во внимание перечисленные нюансы, удастся создать надежный вариант схемы для нагрева воды. Использование и обслуживание данной аппаратуры не будет затратным

Таким образом, рассматриваемый метод подразумевает необходимость постоянной циркуляции жидкости, что значит открытая система горячего водоснабжения предназначена для МКД. Если планируется оборудовать частный дом такой схемой ГВС, нужно изучить все плюсы и минусы и принять взвешенное решение.

Как выбрать систему горячего водоснабжения