Агресія Російської Федерації змусила редакцію припинити випуск друкованого журналу AW-Therm – єдиного в Україні виданням у галузі HVAC.

Медіаресурс продовжив роботу в електронному форматі – на сайті та у соціальних мережах: Facebook, Instagram, Telegram, YouTube.

Якщо Ви вважаєте нашу роботу корисною, бажаєте надалі читати найактуальнішу інформацію з світового та українського інженерного ринку, просимо підтримати спеціалізоване українське видання донатом.


DONATE

Виставка Кул Кліма 2024

Автономное ГВС

Е. Черняк

Рост тарифов на энергоносители повышает спрос на системы автономной подготовки горячей воды в быту – в квартирах и частных домах. В настоящее время на рынке представлены различные типы оборудования, позволяющего обеспечить ГВС с высокой степенью надежности, комфорта и независимости от внешнего поставщика. Рассмотрим особенности применения водонагревателей разных типов в составе автономных ГВС. Эта статья не претендует на полноту охвата всех возможных технических решений, а описание устройств приведено в качестве примеров

Представим себе ситуацию: тарифы на горячее централизованное водоснабжение растут непомерно. Тем не менее зачастую, чтобы дождаться, когда из крана пойдет достаточно теплая вода, нужно какое-то время сливать в канализацию сотни литров воды. А счетчик при этом «мотает»… Вторая ситуация – в доме вообще нет централизованного ГВС, но при этом – маленький ребенок или больной человек, требующий ухода, а значит – частого использования горячей воды.

Для обоих случаев – и для того чтобы уменьшить счета за коммунальные услуги, и чтобы повысить стабильность ГВС – есть ряд технических решений. Потребителю доступны водонагреватели, работающие на электроэнергии (проточные или накопительные), газе (колонки и котлы одноконтурные с подключением бака косвенного нагрева или двухконтурные), гелиосистемы или тепловые насосы.

Возможна организация схем работы в моновалентном (как отдельный источник подогрева) или в бивалентном (в составе комбинированных систем с использованием нескольких источников энергии) режиме.

Электронагрев

Применение проточных электрических водонагревателей – один из простейших способов обеспечить ГВС в домашних условиях, не требующий серьезной реконструкции системы водоснабжения.

Это компактные устройства, которые, хотя и не решают задачу полного обеспечения жилища горячей водой, тем не менее, могут быть полезны во многих ситуациях. Единственным ограничением для использования ряда моделей является большая потребляемая электрическая мощность. Поэтому в старых квартирах, где возможности проводки весьма ограничены, их использование может быть затруднительным.

Менее требовательны к электросети, а также способны обеспечить запас горячей воды для комфортного пользования ею – накопительные водонагреватели. Наиболее компактные их модели устанавливаются в кухне над или под раковиной, например Ariston Andris RS (рис. 1).

R_11 Рис. 1.

В данном приборе совмещаются проточный способ нагрева воды и небольшая накопительная емкость (10–30 л) для ее хранения. Максимальная электрическая мощность прибора (в зависимости от модели) – 1,2–1,5 кВт. Оборудование обеспечивает подогрев воды на 45°С за 29–70 мин, имеется встроенный терморегулятор и защита от ошпаривания. Утепленный вспененным полиуретаном стальной эмалированный бак удерживает горячую воду под давлением до 8 бар.

Классические электрические бытовые водонагреватели имеют емкость, достаточную для хранения необходимого пользователям коли чества горячей воды, обычно от 50 до 100 л. Для нагрева применяются один или несколько ТЭНов мощностью от 1 до 2 кВт. Для управления работой используются регулируемые термостаты. В современных моделях, для более рационального расходования электроэнергии, применяются таймеры и программаторы. Есть даже модели с интеллектуальным управлением, которые сами подстраиваются под потребности пользователя, автоматически регулируя параметры работы.

В то же время необходимо учитывать ряд особенностей применения накопительных водонагревателей для безопасной и долговременной их эксплуатации. Детально об этом можно прочитать в статье «Обвязка водонагревателя в индивидуальной системе ГВС», журнал AW-Therm, №5, сентябрь–октябрь 2015. Напомним об особенности обвязки таких систем: необходимость применения предохранительного клапана для сброса избыточного давления в баке при нагреве воды. Кроме того, рекомендуется, во избежание ошпаривания, пользоваться термосмесительным клапаном. Емкости электрических водонагревателей требуют периодического технического обслуживания – со сливом накапливаемого в процессе эксплуатации осадка и чисткой ТЭНов от накипи.

Проточные водонагреватели представлены на украинском теплотехническом рынке моделями марок Arzum, Ferroli, Kospel, Thermex, Vaillant и др.

С экспресс-обзором электрических накопительных водонагревателей можно ознакомиться в этом выпуске.

Электрические водонагреватели – это, безусловно, универсальное и довольно простое решение. Ведь электричество, как правило, есть всюду. Тем не менее газ остается более дешевым энергоносителем, и там, где он доступен (через газораспределительные сети или в виде баллонов сжиженного газа), нагрев воды может быть менее затратным.

Газовые водонагреватели

Самые простые газовые водонагреватели – это проточные устройства с открытой камерой сгорания, называемые в обиходе газовыми колонками. В то же время многие современные приборы уже мало чем напоминают газовые колонки, известные и широко распространенные со времен середины прошлого века. В настоящее время на рынке предлагаются как самые простые отечественного производства, так и зарубежные устройства премиум-класса с высоким уровнем безопасности и экономичности. Например, не редкостью является оснащение водонагревателей функциями самодиагностики, защиты от перегрева и высокого избыточного давления, обнаружения утечки дыма и т.д.

Газовые проточные водонагреватели с закрытой камерой сгорания оснащаются электрическими вентиляторами, создающими приток воздуха для создания оптимальной газовоздушной смеси для сгорания и тепловыделения, обладают более высоким КПД по сравнению с колонками с открытой камерой, однако они требуют подключения к электросети.

Точное регулирование температуры потребляемой горячей воды – важный фактор экономии газа. Так, в газовых проточных водонагревателях Rinnai RW 14–24 BF в пределах от 37 до 48°С настройку температуры воды можно менять с шагом в один градус прямо во время работы нагревателя. Система поддерживает установленное значение нагрева за счет пропорционального регулирования подачи газа и автоматического контроля расхода воды. Водонагреватели работают при минимальном давлении воды в сети от 20 кПа и обеспечивают ГВС с расходом от 8,7 до 24 л/мин.

Более производительные устройства, позволяющие обеспечивать ГВС сразу нескольких квартир или коттеджа на несколько семей – настенные газовые проточные водонагреватели WTD 24 (рис. 2) компании Bosch. Их мощность составляет 48 кВт. Устройства оснащены горелкой с предварительным смешиванием с электронным розжигом. Регулирующий клапан постоянно контролирует оптимальное соотношение «газ/воздух». Точность поддержания температуры воды на выходе, независимо от температуры воды на входе, обеспечивается с помощью датчика протока с сервоприводом и расходомером, а также датчиками температур холодной и горячей воды. В целях безопасности применяются устройства для обнаружения погасания пламени (ионизационный электрод контроля пламени), контроля тяги с автоматическим отключением колонки, предотвращения перегрева (ограничитель температуры). За счет конструктивных особенностей и применения автоматики КПД водонагревателя достигает 87%, а тепловая мощность плавно регулируется в диапазоне от 15 до 100%. Электронная ЖК-панель с символьной и цифровой визуализацией режимов работы и кодов ошибок облегчает настройку и эксплуатацию теплогенератора.

R_22Рис. 2.

Для удовлетворения потребности в большом количестве горячей воды можно организовать каскадное подключение до четырех аппаратов. Возможно подключение и других источников тепла, например солнечных коллекторов. Используя такую схему, пользователи могут обеспечить расход горячей воды до 100 л/мин. Кроме того, при каскадной установке можно использовать несколько контуров с различными температурами воды.

Проточные газовые водонагреватели, даже несмотря на оптимальное регулирование параметров работы, все же теряют значительную часть тепла с дымовыми газами. Повысить эффективность можно с помощью накопительных газовых водонагревателей. Они работают в режиме поддержания в готовности большого объема воды для ГВС при минимальном потреблении газа, можно сказать, «в тлеющем» режиме. При этом температура воды в накопительном баке – в диапазоне от 40 до 70°С. Температура отходящих газов при этом обычно около 100°С.

Поясним устройство таких приборов на примере накопительных газовых водонагревателей серии SAG 3 (рис. 3.) от компании Baxi. Они оснащены открытой камерой сгорания и емкостью для горячей воды от 50 до 300 л, теплоизолированной пенополиуретаном. Применяется горелка из нержавеющей стали. Розжиг осуществляется пьезоэлектрическим элементом, а наличие пламени контролируется термопарой: в случае затухания горелки или запальника с пилотным пламенем подача газа автоматически прекращается.

R_33Рис. 3.

Регулирующий термостат обеспечивает нагрев воды до заданной пользователем температуры независимо от расхода и ее температуры на входе. Возможна работа с несколькими точками разбора. Для напольного исполнения нагревателя предусмотрен патрубок для организации рециркуляционной схемы ГВС.

Образование накипи на теплообменнике устраняется магниевым анодом в накопительном баке, а предохранительный клапан на 8 бар защищает от гидроударов и аномального повышения давления в ГВС.

Экономичность накопительных водонагревателей SAG 3 подтверждается такими параметрами: производительность горячей воды за первые 30 мин при температуре 30°С – от 172 до 971 л, максимальная полезная тепловая мощность – от 4,6 до 19,9 кВт при потреблении природного газа от 0,49 до 2,45 м3/ч.

Данные накопительные водонагреватели можно использовать для замены устаревших газовых колонок, поскольку они, как правило, не требуют переделки старых дымоходов. Кроме того, могут работать при низкой тяге – всего 1,5Па, а температура отходящих газов невысока (~100°С). Датчик тяги обеспечивает безопасный отвод продуктов сгорания и немедленно отключает подачу газа на горелку в случае непроходимости дымохода (загрязнение, сильный ветер, обратная тяга).

Отличительная особенность устройств – независимость от электропитания, возможность работы при малом давлении газа и воды (всего 1–2 м в. ст., то есть даже при подаче воды самотеком из накопителя, расположенного немного выше самого бойлера).

Наиболее полное преобразование теплового потенциала происходит в конденсационных газовых нагревателях. Они используют скрытую теплоту при конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. Об особенностях конденсационной техники, ее экономичности и перспективах применения см. статью «Принуждение к экономии и конденсационная техника», журнал AW-Therm, №2, март–апрель 2016.

Стоит отметить, что конденсационные нагреватели наиболее экономичны в низкотемпературном режиме. При нагреве воды до 30–50°С (что, как правило, вполне достаточно для комфортного ГВС) их КПД достигает 107–108°С. При повышении температур эффективность конденсационной техники приближается к традиционному оборудованию.

Примечательными являются представленные на рынке Украины конденсационные водонагреватели AGUAdens Т компании Cosmogas мощностью от 100 до 280 кВт. Агрегаты выполняются в виде модулей, подключаемых в каскад. Они оснащены горелками из металлической фибры, работающими при низком давлении газа (до 7,5 бар). Модули могут производить до 140 л/мин воды с температурной разницей 30 °C.

Теплообменники запатентованной конструкции (из трех витков труб, производство – без применения сварки) изготовлены из нержавеющей стали AISI 316Ti с добавлением титана, что защищает от растворенного в воде хлора. Кроме того, его теплообменники обладают повышенным диаметром условного прохода, что обеспечивает низкое гидросопротивление, стойкость к загрязнениям и отложению солей жесткости. Рабочее давление нагревателя достигает 11 бар. Водонагреватели могут работать как в проточном режиме, так и в режиме накопления воды. Для оптимизации производительности предусмотрены накопительные емкости AGUAtank на 150–1000 л. Их применение дает возможность экономнее расходовать газ за счет ограничения количества включений горелки при малом водозаборе.

В настоящее время на рынке Украины представлены в основном газовые водонагреватели проточного типа. Ведущие производители такого оборудования – Ariston, Beretta, Bosch, Ferroli, Vaillant, «Атон» и др.

Комбинированные схемы

Снизить стоимость подготовки горячей воды для ГВС реально за счет комбинированного использования различных источников энергии. При этом можно использовать тот источник, который в данный момент наиболее доступен. Например, в ночное время использовать электроэнергию, отпускаемую по сниженному «ночному» тарифу, а днем – гелиоколлекторы.

Это осуществляется с помощью косвенных водонагревателей, работающих от разных генераторов тепла: солнечные коллекторы, твердотопливный или газовый котел. Тип источника принципиально не важен, главное, что это замкнутая система с горячей водой.

Например, бойлер косвенного нагрева ECO Comby (рис. 4) с теплообменником типа «Tank to tank» (англ. – «бак в баке») постоянно может быть подключен к контуру системы центрального отопления, которая нагревает воду во внутреннем баке до температуры системы, а затем вода догревается ТЭНом до нужного градуса. Объем емкости – 60, 80, 100, 120 или 150 л. Металл бака – австрийская сталь толщиной от 1,8 до 3 мм. Теплоизоляция – из пенополиуретана.

R_44Рис. 4.

В бойлере установлен датчик защиты от перегрева и от включения без воды. Он автоматически отключает водонагреватель при достижении температуры 90°С и при случайном включении порожнего прибора. Предустановлен экономный режим работы «ECO».

Энергия Солнца

Системы приготовления горячей воды с помощью солнечной энергии позволяют сократить потребление традиционных энергоресурсов – электричества, мазута, твердого топлива и пр. По некоторым оценкам, экономия природного газа может составить до 40%.

В то же время особенностью солнечного излучения является то, что его интенсивность неравномерна и зависит от времени суток и сезона. В связи с этим возникает необходимость использования теплоаккумулирующих емкостей, а также применения гелиоколлекторов совместно с другими теплогенераторами.

Одна из проблем гелиосистем – закипание теплоносителя, которое приводит к стагнации. Во время нее, несмотря на поступление солнечной энергии на коллекторы в большом количестве, система оказывается неработоспособной, ее отключают. Со стагнацией борются разными методами (см. журнал AW-Therm, №2, март–апрель 2016). Разработаны так называемые незакипающие гелиосистемы со специальным покрытием стекол, системы автоматического слива перегретого теплоносителя из панелей в бак, системы сброса избыточного тепла в охладители или поглотители (например бассейн) и прочее.

Так, например, компания Vaillant среди предлагаемых решений, использующих солнечную энергию, рекомендует для приготовления горячей воды, нагрева воды в бассейнах и поддержки отопления применять плоский солнечный коллектор auroTHERM classic VFK (рис. 5) только в составе самосливных незакипающих систем с патентованной технологией DrainBack. Причем совместно со станциями для солнечных коллекторов VPM 15 D, VPM 30 D и в составе пакетных решений auroSTEP plus.

R_55Рис. 5.

В данной системе можно догревать воду от газового котла или с помощью встроенного модуля электрического нагрева (например, включая его ночью или в непогоду). Используется бак объемом от 150 до 350 л, количество солнечных коллекторов может варьироваться в зависимости от потребностей и наращиваться по мере их роста.

Комплекты гелиосистем, как правило, включают весь набор оборудования: коллекторы, накопительный бак, солнечную гидростанцию, гелиоконтроллер, крепления и т.д.

В настоящее время на рынке Украины представлены гелиосистемы производства Ariston, Baxi, Buderus, Ferroli, Shentai Solar Energy, SOLR, Vaillant, Viessmann и др.

Тепловые насосы

Многие современные комбинированные системы теплоснабжения строятся на основе тепловых насосов. Их производители стараются предлагать максимально гибкие и универсальные схемы. Система ГВС в них – всего лишь один из множества потребителей тепла.

Наиболее просты в установке воздушные тепловые насосы. К примеру, компания Buderus предлагает реверсивный тепловой насос «воздух–вода» Logatherm WPL AR (рис. 6) мощностью от 7 до 17 кВт. Теплонасос работает как на отопление при наружных температурах до -20°С, так и на охлаждение – до +45°С. Коэффициент эффективности СОР при этом достигает 5,1. В зависимости от существующих условий тепловой насос может использоваться как в качестве автономного агрегата, так и в комбинации с отопительным котлом или гелиосистемой, обеспечивая дом горячей водой с максимальной температурой до 62°С.R_66

Рис. 6.

С «воздушным» тепловым насосом могут использоваться бивалентный бак для нагрева воды с потреблением энергии от солнечных коллекторов, а также баки со встроенным электрическим догревателем (ступенчатый нагрев 3–6–9 кВт). Для параллельной работы с тепловым насосом и покрытия пиковых грузок можно применять и газовый котел.

Более сложны в инсталляции и требуют больших капитальных расходов, однако и более эффективны, «грунтовые» и «водные» тепловые насосы.

На рынке Украины представлены тепловые насосы таких производителей, как Ariston, Baxi, Buderus, Mitsubishi Electric, Vaillant, Viessmann и др.

Выбор есть

Совершенно автономная ГВС – это такая же сверхзадача, как и независимое энергоснабжение дома без подключения к внешним сетям, и в «чистом» виде встречается довольно редко. Обычно какое-то подключение к энергосетям (электричеству, газу, воде…) уже существует. Для оптимального выбора стоит учесть, что оборудование ГВС недешево и рассчитано на долгосрочную эксплуатацию. Выбранное сегодня решение, вероятно, будет сказываться на качестве горячего водоснабжения в вашем доме десятки лет.

Для успешной реализации проекта модернизации (повышения эффективности) системы горячего водоснабжения или создания альтернативной (резервной или параллельной) ГВС следует тщательно сформулировать цель и определиться со средствами. Необходимо просчитать возможный экономический эффект для разных вариантов реализации и выбрать наиболее подходящий и перспективный – с технической и экономической точки зрения. Выбор есть.

Читайте статьи и новости в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь на YouTube-канал.

Переглянуто: 7 412


Залишити коментар

Telegram