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.

Больше важных статей и новостей в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь!



Оставьте комментарий

Telegram