Горячая вода: чем греем

Горячая вода: чем греем

Общие принципы организации системы горячего водоснабжения

Система горячего водоснабжения (ГВС) - часть инженерных коммуникаций любого современного жилища. В квартирах этот вопрос решается централизованно - разводкой стояков с горячей (и холодной) водой от общего источника. А вот в случаях, когда централизованное снабжение невозможно (загородный дом) или сезонно нестабильно (большинство квартир старого жилищного фонда), перед владельцами жилья остро встает вопрос организации автономной системы ГВС. Часто вопрос горячего водоснабжения решается комплексно - вместе с установкой системы отопления, ведь источники нагрева как для питьевой воды, так и для воды или жидкости в системе отопления могут быть одни и те же.

С инженерной точки зрения все системы ГВС можно разделить на такие виды:

1. Проточные системы, в которых нагрев воды происходит непосредственно при ее протекании через теплообменник. Нагревательные приборы в такой системе могут быть в виде как газовых, так и электрических проточных нагревателей. В свою очередь, нагреватели могут являться отдельными устройствами или же выступать в виде встроенного теплообменника для получения горячей (так называемой санитарной) воды - в двухконтурных отопительных котлах. Проточные водонагреватели имеют большую мощность, а температура вода на выходе напрямую зависит от ее расхода: чем меньше расход - тем выше температура и наоборот.
2. Емкостные (накопительные) системы, в которых нагреватели аккумулируют воду для дальнейшего ее подогрева и раздачи. Как и первый вид, такие системы могут быть как газовыми, так и электрическими. По принципу же действия они делятся на нагреватели прямого ("нагревательный элемент-вода") и косвенного ("горячая вода-вода") нагрева, главным отличием которых является принцип работы нагревательного элемента в баке-накопителе. В прямой системе нагревательный элемент работает от электричества или газа, а в системе косвенного нагрева предварительно нагретая вода поступает в бак, чтобы через змеевик нагреть, в свою очередь, санитарную воду в баке. Емкостные нагреватели могут быть менее мощными, чем их проточные собратья, их баки имеют хорошую теплоизоляцию, поэтому горячая вода сохраняется в них много часов, как в термосе.
3. Комбинированные схемы: системы, которые включают как котлы с дополнительным накопительным баком небольшой емкости (50-60 л) для ГВС, так и емкостные водонагреватели с промежуточным теплообменником. В нормальном режиме система нагревает воду проточным методом, а при пиковых расходах, превосходящих номинальную тепловую мощность теплообменника, подключается предварительно нагретая емкость. Комбинированные системы более дороги, чем нагреватели первых двух типов, и применяются, как правило, при комплексном решении вопроса с отоплением и ГВС.

Чтобы правильно произвести расчет потребности в горячей воде для бытового потребления, можно воспользоваться нормами СНиП 2.04.01-85 («Внутренний водопровод и канализация зданий»). Они определяют расчетный суточный расход тепла на горячее водоснабжение, а в приложениях к этому документу приведены расчетные секундные расходы воды санитарными приборами, исходя из которых можно рассчитать пиковое потребление горячей воды (qQ):

• для умывальников и рукомойников со смесителем пиковый (максимальный) расход равен 0,09 л/с или 27 л/5 мин, согласно нормам часовой средний расход горячей воды для такого вида прибора рассчитывается на уровне 40 л/ч;
• для раковины, мойки со смесителем пиковый расход составляет 0,2 л/с, средний часовой расход - 280 л/ч;
• для ванны со смесителем условным диаметром 20 мм - 0,3 л/с и 460 л/ч;
• для ванны со смесителем условным диаметром 32 мм - 1,0 л/с и 710 л/ч;
• для душевой кабины с глубоким душевым поддоном и смесителем - 0,09 л/с и 80 л/ч;
• для гигиенического душа (биде) со смесителем и аэратором - 0,05 л/с и 54 л/ч;
• для нижнего восходящего душа - 0,2 л/с и 430 л/ч.

Определив суммарный расход по горячей воде, время пользования приборами и требуемое теплопотребление, можно рассчитать необходимую емкость бака и тепловую мощность водонагревателя. При этом необходимо помнить, что значение расчетной температуры горячей воды обычно выбирается из диапазона 50-60 °C. Более упрощенная формула расчета емкости и мощности водонагревателя состоит в том, чтобы определить пиковое потребление горячей воды и подобрать для этого водонагреватель.

Проточный нагреватель подбирается по формуле:

Q = (m×с×dT)/t, где

Q = требуемая мощность нагрева в кВт;
m = масса вещества в кг;
c = удельная теплоёмкость (воды = 4,2);
dT = заданная разность температур в °C;
t = время охлаждения/нагрева в секундах.

Для простоты расчета массу воды приравнивают к ее объему, тогда можно рассмотреть m/t - как расход воды в л/с. Например, для получения 12 л горячей воды температурой 50 градусов в минуту (0,2 литра в секунду) при разности температур вход-выход 30 °C (нагрев с 20 до 50 градусов) необходим проточный водонагреватель мощностью 25 кВт. При той же разности температур для проточника мощностью 3 кВт получим расход горячей воды в 1,4 л/мин.

Параметры накопительного нагревателя можно рассчитать по обратной формуле времени полного нагрева бака (без учета теплопотерь):

t = (m×с×dT)/Q.

Так, накопительный водонагреватель объемом 30 л и мощностью 1,5 кВт нагреет свой объем воды с 20 до 50 градусов за 42 минуты, что даст нам возможность рассчитать, какое водопотребление и на протяжении какого времени сможет обеспечить конкретный водонагреватель (грубо говоря, 30 л/42 мин = 0,7 л/мин или 43 л/ч).

Виды нагревателей: производители, цены, особенности

На рынке водонагревателей, в силу вышеизложенных особенностей, существует два больших сегмента: проточные водонагреватели и накопительные баки (бойлеры). Рассмотрим оба сегмента подробнее.

Среди производителей проточных водонагревателей встречаются как "монстры" с мировыми именем (AEG, Ariston, Electrolux, Vaillant), так и бюджетные отечественные либо малоизвестные фирмы («Эван», «Нева», Timberk).

Водонагреватели электрического типа обладают мощностью от 3 до 30 кВт, объем внутреннего бака практически у всех моделей составляет 6 литров, а цены колеблются от 1400 руб. (бытовой проточный водонагреватель мощностью 3,5 кВт Timberk WHE-3 OC) до 108 540 руб. (профессиональная трехфазная модель мощностью 27 кВт Stiebel Eltron DHE 27 SLi). Для обычной электрической сети квартиры или дома, как правило, мощность проточного нагревателя будет ограничена сечением проводов и общим энергопотреблением дома, поэтому следует ориентироваться на модели с мощностью до 5 кВт и однофазным подключением.

Электрический проточный водонагреватель AEG BS 35 E (3,5 кВт)

А вот у газовых проточных водонагревателей (колонок) проблем с мощностью нет - главное, чтобы в наличии было подключение к газовой трубе. Мощность таких приборов стартует от 10 кВт, а цены - с 4787 руб. (модель Cointra E-10P, способная выдавать до 10 л/мин горячей воды). Более продвинутые модели именитых брендов начинаются с 8-10 тыс. руб. (например, AEG GWH-14R N оборудован автоматической системой розжига и безопасности, способен нагревать до 14 л/мин и стоит 11 тыс. руб.). Модели высшего ценового диапазона достигают 25 тыс. руб (Bosch WT13AM1E).

Проточный газовый водонагреватель Cointra E-10P (10 л/мин)

Что касается накопительных водонагревателей (бойлеров), то среди них можно встретить как модели со встроенными нагревательными элементами (в основном электрическими), так и баки с теплообменником, которые подключаются в уже существующую систему отопления и получают теплоноситель от котла.

Электрические бойлеры имеют мощность 1-100 кВт, бак от 10 до 1000 л, и стоят начиная с 2690 руб. (Haier ES8V-Q1, Timberk SWH MS2 10 H) до 180 000 руб. (Stiebel Eltron SHO AC 1000). Газовые бойлеры имеют мощность от 3 до 80 кВт, бак 50-350 л, стоят от 12 302 руб. (50-литровый газовый бойлер Baxi SAG2 50 мощностью 4,2 кВт) до более чем 300 тыс. руб. за модель Ariston NHRE 90 мощностью 84,1 кВт и объемом 315 л.

Накопительный водонагреватель Electrolux EWH 80 Quantum (80 л)

Что до баков косвенного нагрева, то это устройства объемом от 50 до 1000 литров. Большинство из них имеют объем 100-250 л, расчетную мощность источника от 20 до 50 кВт и стоимость в пределах 30-50 тыс. руб. Впрочем, попадаются экземпляры стоимостью как 14 (Protherm WH B100Z), так и 140 тыс. руб. (бойлер объемом 1 м³ Drazice OKC 1000 NTR/1 МПа)

Как видим, разнообразие марок, моделей и технических параметров оборудования позволяет удовлетворить любой вкус, любые запросы и любой кошелек человека, поставившего за цель организовать систему ГВС у себя дома. Каким же будет оптимальный выбор?

Какая система ГВС оптимальна для квартиры и для дома

Если говорить о квартире, то система автономного ГВС обычно является больше резервным, чем основным вариантом (кроме квартир, в которых полностью отсутствует постоянное централизованное водоснабжение, что является редкостью в наше время). Таким образом, в резервной системе отсутствует необходимость детального инженерного расчета потребности, большой мощности нагревательного элемента и запаса горячей воды "на всякий пожарный".

Как правило, ограничиваются накопительным электрическим либо проточным газовым водонагревателем (для установки газового прибора нужно разрешение газовщиков и монтаж силами сертифицированных специалистов!).

Объем бака бойлера редко превышает 50-100 литров - устройства большего объема нужно где-то размещать, а вот бак до 100 л можно повесить и на стену в кухне, ванной либо туалете. Мощность электрических нагревателей редко превышает 3,5 кВт, что обусловлено стандартной электропроводкой квартиры, однако для бойлера все равно рекомендуется тянуть отдельную линию прямо от счетчика.

Установка газовой колонки, как уже было сказано, - дело хлопотное в плане оформления документации. Поэтому наиболее простым способом остаются покупка и установка электрического накопительного водонагревателя. Бака даже в 50 литров вполне хватает для мытья рук, посуды и принятия душа одним-двумя людьми (принять ванну с нагревателем такого объема, увы, не получится). Если же в семье численность составляет три и более человек, нужен будет бак большего объема.

Общая схема устройства накопительного бойлера

Что касается загородного дома или дачи, то в этом случае необходимо исходить из имеющихся в наличии энергоносителей. Если к дому подключен газ, то проблема решается установкой газовой колонки либо подключением бойлера косвенного нагрева в имеющуюся систему отопления. Если газа нет, необходимо изучить мощность и вид (трех- или однофазное) подключенного к дому электричества и определиться с типом и объемом электрического нагревателя, исходя из планируемого расхода горячей воды, рассчитанного по приведенным выше формулам.

Место бойлера косвенного нагрева в общей системе отопления

Бывают ситуации, при которых нельзя воспользоваться ни газом, ни электричеством для целей ГВС (например, дача на старом массиве, где газа нет, а электрические сети не выдерживают большой нагрузки). В этом случае стоит рассмотреть альтернативные способы нагрева воды, при которых источником могут быть:

• твердотопливный котел, подключенный к бойлеру косвенного нагрева (такой способ наиболее прост, но и трудоемок, так как требует постоянного контроля за загрузкой топлива в котел);
• аналогичная система, в которой источником нагрева служит жидкотопливный котел (на мазуте, дизельном топливе, сжиженном газе) либо автоматизированный котел на пеллетах (топливных гранулах, которые подаются в топку из специального бункера автоматически). Такая система более автономна, но стоимость котлов намного выше обычных твердотопливников;
• отопление и ГВС с помощью теплового насоса - устройства для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой. Тепловые насосы стоят очень дорого, однако с точки зрения эффективности способны давать 3-4 кВт тепловой энергии на 1 кВт затраченной энергии;
• еще одним экзотическим способом нагрева горячей воды можно считать солнечный коллектор, или гелиоустановку (оборудование, обеспечивающее аккумуляцию тепловой энергии солнца). Система, использующая данный принцип, может состоять как из черного цвета бака на крыше летнего душа, так и из суперсовременных вакуумированных гелиоколлекторов на крыше здания. Однако использование солнечной энергии напрямую зависит от количества и продолжительности солнечных дней, поэтому применение данного вида энергии имеет разную актуальность для различных климатических условий.