Схема обвязки водонагревателя в индивидуальной системе ГВС

С. Дейнеко

Часто при установке бытовых навесных емкостных водонагревателей потребители не задумываются о таком важном факторе, как возможные колебания давления воды в баке. А они зависят не только от рабочего давления в трубопроводе холодной воды, но и от такого явления, как тепловое расширение. Нивелировать его воздействие и таким образом продлить срок эксплуатации водонагревателю возможно путем применения правильной схемы его подключения (обвязки)

С каждым годом растет количество людей, отдающих предпочтение использованию индивидуальных электрических водонагревателей (электрического бойлера). Причины тому – отключения горячей воды в летний период (в этом случае устройство используется сезонно). Кроме того, водонагреватели устанавливают на предприятиях – в целях экономии тепла на отдаленных участках тепловых сетей (исключение потерь в трубах). Да и для многих жителей городов Украины, где давно и бесповоротно отключены системы централизованного ГВС, водонагреватель является уже обыденным предметом домашнего интерьера.

Однако, не смотря на распространенность, нередко можно встретить явные ошибки при монтаже и в обвязке водонагревателей. И, в первую очередь, необходимо обращать внимание на борьбу с избыточным давлением.

Истоки проблемы

Еще со школьного курса физики все мы усвоили правило, что при охлаждении тела сужаются, а при нагревании – расширяются. Это также относится и к воде в ее привычном жидком состоянии.

Относительное изменение объема тела, происходящее в результате изменения его температуры на 1 К при постоянном давлении обозначается коэффициентом объемного теплового расширения β. Он рассчитывается по формуле:

Hon_Form

где V – объем жидкости; ∂V – изменение объема жидкости; ∂T – разность температур.

Вода, в зависимости от ее температуры, имеет различный коэффициент объемного расширения (табл.). При этом, чем выше температура, тем, соответственно, выше и данный показатель.

Таблица. Коэффициент объемного теплового расширения воды в зависимости от ее температуры

Hon_TabЭто объясняется, в частности, тем, что c повышением температуры воды, уменьшается ее плотность. Так, при температуре воды 0°С ее плотность ρ0 составляет 0,9998 кг/дм3, а при 100°С – уже 0,9583 кг/дм3. Так как удельный объем воды обратно пропорционален плотности, то колебания объема воды составит:

Δv = 1/ρ100 - 1/ρ0 = 1,0435 - 1,0002 = 0,0433.

Таким образом, при нагреве от 0 до 100 °С вода увеличивает свой объем по сравнению с первоначальным на 4,33%.

В реальных условиях, конечно, перепад температур не такой значительный, однако даже дополнительные 1–2% в замкнутой системе, которую представляет собой система ГВС с водонагревателем, могут стать фатальными для элементов гидравлической системы и водонагревателя, прежде всего.

Изменение давления при температурном расширении без учета деформации элементов системы можно рассчитать по формуле:

Δp = βt Δt/βv,

где βt – коэффициент температурного расширения воды 1°/С; Δt – изменение температуры воды, °С; βv – коэффициент объемного сжатия воды, 1/Па.

Расчеты показывают, что в жесткой замкнутой системе изменение давления составляет порядка 3 бар/°С. Данное повышение несколько компенсируется расширением элементов системы, в частности, труб. В стальных трубопроводах, с учетом их деформации повышение давления составит в среднем 2,2 бар/°С. При использовании полимерных и металлополимерных труб – 1,2 бар/°С.

Проиллюстрируем изменение давления на примере показаний манометра (рис. 1), установленного после регулятора давления, при различных режимах работы водонагревателя, в обвязке которого отсутствует обратный клапан или расширительный бак. При этом регулятор поддерживает постоянное давление только в том случае, когда не происходит нагрев воды. Давление в системе холодного водоснабжения до регулятора составляет 7,0 бар. Установленное давление воды на регуляторе – 3,3 бар.

Изображение показаний манометра в обвязке водонагревателя

Рис. 1. Показания манометра в обвязке водонагревателя:
а) давление при включенном нагреве воды;
б) давление при разборе воды; в) давление при отсутствии разбора и выключенном нагреве воды

Таким образом, чтобы избежать критического повышения давления, в зависимости от ситуации, необходимо использовать в обвязке водонагревателя предохранительный клапан, регулятор давления, обратный клапан или расширительный бак. Рассмотрим кратко основы работы и применения этих устройств.

Устройства ограничения давления

Предохранительный клапан (рис. 2) является обязательным для установки. Ведь многие современные модели напорных водонагревателей, как правило, рассчитаны на рабочее давление до 8 бар. Обычно предохранительный клапан входит в комплект поставки водонагревателя, однако может приобретаться и отдельно. Его принцип работы основан на том, что, он, во-первых, предотвращает противоток воды в трубопровод подачи, во-вторых, при определенном превышении давления в баке избыточный объем воды дренируется через патрубок в отведенную для этого емкость
или напрямую в канализацию. Дренаж может производиться автоматически или вручную (в устройствах рычажного типа). Предохранительный клапан настроен в заводских условиях и не может быть перенастроен.

Изображение предохранительного клапана для бойлера

Рис. 2. Предохранительный клапан

При этом, чем выше давление в сети и, соответственно, в водонагревателе, тем выше интенсивность дренажа избыточного объема воды. К примеру, из водонагревателя емкостью 80 л при постоянной эксплуатации, в сутки может дренироваться до 3 л воды.

Для снижения воздействия давления воды, поступающей из сетевого водопровода холодного водоснабжения, применяют регуляторы давления. Их установка рекомендуется еще и потому, что выход водонагревателя из строя из-за превышения давления воды в сети не является гарантийным, и нагревательный прибор можно будет смело выбрасывать или производить дорогостоящий ремонт.

Регулятор подразумевает под собой клапан, понижающий давление на выходе до установленного пользователем значения. На украинском рынке подобные устройства представляют многие ведущие компании-производители арматуры, в частности, Honeywell (США), Danfoss (Дания), Giacomini (Италия) и др.

К примеру, регулятор давления воды Honeywell D04FM-1/2A (рис. 3) позволяет поддерживать выходное давление воды в диапазоне 1,5–6 бар. Устройство предназначено для использования при температурах до 70°С и изготовлено из устойчивой к коррозии латуни.
Характеристика Кvs – 2,7 м3/ч. Присоединение: 1/2″ или 3/4″. Монтируется горизонтально или вертикально.

Изолражение регулятора давления воды Honeywell

Рис. 3. Регулятор давления воды

Использование регуляторов позволяет не только обезопасить систему от внешних воздействий колебаний давления, а и более экономно расходовать воду.

Однако само по себе наличие регулятора давления не гарантирует (по вышеуказанной причине явления теплового расширения) безопасность эксплуатации водонагревателя. Дело в том, что регулятор ограничивает давление воды на вводе. Тем временем вода, расширяясь при нагревании, начинает давить на регулятор со стороны выходного патрубка. Это приводит к некорректной работе регулятора и проскокам давления.

Помимо возрастания риска превышения некоторого предельного давления для элементов системы, это приводит еще и к потерям тепла и энергоносителей. В крайнем случае, при использовании системы ГВС от водонагревателя в многоквартирном доме это может привести к тому, что у соседей из крана холодного водопровода может потечь горячая вода. Поэтому рекомендуется на участке от предохранительного клапана (служащего для защиты бака от избыточного давления при тепловом расширении) до регулятора устанавливать обратный клапан (рис. 4). Он будет способствовать тому, чтобы вода из водонагревателя не поступала обратно в трубопровод холодной воды.

Изображение обратного клапана

Рис. 4. Обратный клапан

Однако и этого может оказаться недостаточно, если эксплуатируется водонагреватель большого объема (свыше 80 л). В этом случае, по аналогии с системами индивидуального отопления, стоит предусмотреть в обвязке водонагревателя расширительный мембранный бак (рис. 5). Его емкость рассчитывается исходя из
необходимости компенсации 10% от объема водонагревателя. То есть для водонагревателя объемом 100 л необходим расширительный бак емкостью 10 л.

Изображение расширительного бака для ГВСРис. 5. Расширительный бак

Использование данного устройства исключает дренаж «лишней» воды из патрубка предохранительного клапана, а, значит, и связанные с этим неудобства и потери воды.

Резюме

Таким образом, можно сделать вывод, что в идеальном случае обвязка водонагревателя должна быть такой, как на представленной схеме (рис. 6).

Изображение схемы обвязки электрического водонагревателя индивидуальной системы ГВСРис. 6. Обвязка водонагревателя индивидуальной системы ГВС:
1 – термостатический смесительный клапан; 2 – выход горячей воды; 3 – смесители; 4 – электрический водонагреватель; 5 – вход холодной воды; 6 – предохранительный клапан; 7 – слив воды из бака в случае необходимости очистки или замены (подключение к канализации); 8 – централизованная магистраль системы ГВС; 9 – тройник для переключения централизованного и индивидуального ГВС; 10 – фильтр механической очистки ХВС; 11 – централизованная магистраль ХВС; 12 – расширительный мембранный бак; 13 – обратный клапан; 14 – регулятор давления


Кроме всего вышерассмотренного, на представленной схеме в обвязке предусмотрен термостатический смесительный клапан (рис. 7).

Изображение термостатического смесительного клапана

Рис. 7. Термостатический смесительный клапан

Он обеспечивает смешение нагретой в водонагревателе и холодной воды, поддерживая температуру на выходе в диапазоне 30…60 °С, тем самым увеличивая производительность и эффективность водонагревателя. Одновременно с этим ограничивается температура для защиты от ожогов, чтобы вода из водонагревателя напрямую не поступала на смеситель. А для предохранения водонагревателя и домашней сантехники от попадания механических загрязнений (ржавчины, песка и т.д.) из центрального водопровода на входе в водонагреватель может применяться фильтр тонкой механической очистки.

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


Вас может заинтересовать:



Оставьте комментарий

Telegram