Дренажные, циркуляционные и другие разновидности насосов для горячей воды

Системы горячего водоснабжения можно присоединять непо­средственно (в открытых системах теплоснабжения) или незави­симо через водонагреватели (в закрытых системах теплоснабже­ния). Вид системы теплоснабжения (открытая или закрытая) опре­деляется при проектировании, а выбор той или иной системы определяют технико-экономическими показателями.

Непосредственное присоединение к подающему и обратному тру­бопроводам (а). Горячая вода требуемой температуры под­готавливается смешением ее с помощью терморегулятора из подающего и обратного трубопроводов. В терморегуляторе давление воды, поступающей из подающего трубопровода, дросселируется до давления обратного трубопровода (а ее количество зависит от температуры воды в обратном трубопроводе). В соответствии со СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети»температуру нагреваемой воды на выходе водоподогревателя в систему горячего водоснабжения следует принимать равной 60 оС. Поэтому при температуре в обрат­ном трубопроводе выше 60 оС вода полностью поступает из обрат­ного трубопровода, а при температуре воды в нем ниже 60 °С — из обратного и подающего; при температуре воды в подающем тру­бопроводе, равной 60 °С, — полностью из него.

При независимом присоединении системы отопления (6) утечки восполняются из системы горячего водоснабжения после узла смещения. При давлении в обратном трубопроводе тепловой сети, недостаточном для подачи воды в систему горячего водо­снабжения, устанавливают регулятор давления (подпора) при достаточном общем напоре или повысительный насос, который одновременно может являться циркуляционным. Циркуляция мо­жет осуществляться с помощью дроссельных шайб, устанавливаемых на обратном трубопроводе отопительной системы (зимний режим) и на циркуляционном трубопроводе (летний режим). При наличии регулятора давления (подпора) дроссельную шайбу для зимнего режима не устанавливают.

Включение водонагревателя горячего водоснабжения по параллельной схеме

1 — грязевик; 2 — водонагреватель; 3 — регулятор температуры нагреваемой воды; 4 — циркуляционный насос; 5 — разводящий трубопровод; 6 — водоразборный стояк; 7 — циркуляционный стояк; 8 — циркуляционный трубопровод; 9 — система отопления; 10 — регулятор постоянства расхода; 11 — элеватор

При отсутствии баков-аккумуляторов вследствие неравномер­ности потребления горячей воды наблюдаются значительные ко­лебания расхода сетевой воды, что сказывается на параллельно присоединенной системе отопления. Поэтому для стабилизации расхода воды в системе отопления перед ней устанавливают регу­лятор постоянства расхода.

Независимое присоединение с включением водонагревателя горя­чего водоснабжения по смешанной схеме. Греющий теп­лоноситель (сетевая вода) разветвляется на два параллельных по­тока: один поступает в водонагреватель II ступени, другой — в сис­тему отопления. Из системы отопления сетевая вода поступает в водонагреватель I ступени. Нагреваемая водопроводная вода вна­чале поступает в I ступень, где она нагревается теплоносителем, поступившим из системы отопления и из водонагревателя II сту­пени, а затем во II ступень до нагрева до требуемой температуры.

Подробнее о схеме «с заниженной обраткой»

Применение стандартных схем ГВС

На сегодняшний день существующие нормативные документы регламентируют выбор схемы построения ГВС при проектировании тепловых пунктов. Согласно СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов» в зависимости от соотношения максимального потока теплоты на горячее водоснабжение Qhmax и максимального потока теплоты на отопление Qomax могут применяться следующие схемы ГВС: — одноступенчатая схема — двухступенчатая схема
* Параллельная одноступенчатая схема может также применяться в случае теплоснабжения от небольших котельных (<35 МВт), независимо от соотношения тепловых нагрузок (при наличии технико-экономического обоснования).

Параллельная одноступенчатая схема

Преимущества этой схемы: простота и относительная дешевизна. Недостатки — схема неэкономична по расходу теплоносителя, ее применение ведет к увеличению мощности насосных станций и диаметров теплосетевых труб.

Среди двухступенчатых схем наибольшее распространение в России получила двухступенчатая смешанная схема подключения ГВС.

Двухступенчатая смешанная схема

является достаточно простой и позволяет экономить до 40% расхода теплоносителя по сравнению параллельной одноступенчатой схемой. Но она при этом обладает рядом недостатков:

• сильное взаимное влияние горячего водоснабжения и отопления;
• относительно быстрое загрязнение первой ступени;
• необходимость тщательного подбора теплообменника;
• высокий уровень капиталовложений на приобретение двух теплообменников.

Двухступенчатая последовательная схема

используется значительно реже, так как, несмотря на значительную экономию теплоносителя (экономия до 60% относительно параллельной одноступенчатой схемы), имеет ряд существенных недостатков:

• сложность расчета;
• необходимость увязки работы горячего водоснабжения и отопления;
• периодические перегревы воды в системе отопления, что увеличивает ее износ;
• колебания температуры в здании;
• высокий уровень капиталовложений на оборудование для автоматизации и на приобретение двух теплообменников;
• частые нарекания в адрес автоматизации процесса.

Согласно СП 41-101-95 п. 3.20, могут применяться также другие схемы присоединения потребителей теплоты к тепловым сетям, обеспечивающие минимальный расход воды в тепловых сетях, экономию теплоты, при технико-экономическом обосновании.

Решение «Ридан»

предлагает альтернативную схему ГВС — схему с «заниженной обраткой» ГВС. Использование схемы возможно при условии применения пластинчатого теплообменника (для кожухотрубного теплообменника экономический эффект отсутствует). Предлагаемая схема идентична параллельной одноступенчатой схеме, но отличается расчетом теплообменника на температуры не 70/30 (для графика 150/70), а на более низкую температуру обратки горячей воды (~20°С)

Технологическая схема горячего водоснабжения с «заниженной обраткой»

Преимущества по сравнению с одноступенчатой схемой:

• экономия теплоносителя при равных тепловых нагрузках– до 40%;
• высвобождение теплотранспортного резерва тепловой сети для обеспечения пиковых нагрузок или присоединения новых потребителей;
• схема обладает большей эффективностью по обеспечению необходимой температуры горячего водоснабжения, что особенно важно при недостаточно высоких температурных параметрах теплоносителя тепловой сети или при недостаточной разнице давлений между прямой и обратной трассой тепловой сети.

Преимущества по сравнению с двухступенчатыми схемами:

• снижение затрат на приобретение теплообменника (приобретается один теплообменник вместо двух);
• снижение стоимости обвязки (до 50%) и монтажа;
• возможность работы на малых перепадах давления;
• отсутствие влияния на гидравлику системы отопления;
• упрощение и снижение затрат (до 25%) на обслуживание оборудования за счет применения одного теплообменника;
• упрощение системы теплоснабжения, малые габариты узла тепловой схемы;
• низкое гидравлическое сопротивление.

Топ лучших моделей

Рассмотрим несколько моделей насосов с разными конструкционными особенностями:

С сухим ротором

Среди наиболее популярных бытовых насосов с сухим ротором выделяются следующие модели:

• 
  Jemix W15GR15-A. Насос имеет прочный чугунный корпус, крыльчатку из пластика, нейтрального к воздействию влаги.
  Двигатель имеет алюминиевый кожух, не склонный к коррозии. Производительность модели составляет 1,5 м3/час.

• Комфорт X15GR 15. Отечественная модель, производительность которой составляет 1,8 м3/час. Насос способен работать как с холодной, так и с горячей водой температурой до 100 градусов.
• Wilo PH-101 E. Немецкий насос, производительность которого составляет 9 м3/час при номинальной мощности в 100 Вт. Предназначен для работы со сравнительно низкими температурами — до 40°. Эффективен при установке в систему теплого пола.

Приведенные модели популярны и пользуются высоким спросом, хотя и другие виды насосов показывают вполне удачный набор рабочих качеств.

С мокрым ротором

В тройку лучших моделей входят:

• Grundfos UPS 25-40 180 (45 Вт). Продукция датской компании, пользуется высоким спросом из-за удачного набора характеристик. При мощности всего в 25 Вт, обеспечивает производительность 2,93 м3/час. Максимальная температура жидкости составляет 110° что позволяет устанавливать модель в радиаторных системах отопления.
• Wilo PB-201EA. 200—ваттный насос, снабженный защитой от сухого хода. Способен перемещать до 3,3 м3/час. Максимальная температура воды — 60°, что подходит для систем ГВС.
• VALTEC VRS 25/8-180. Насос производства российско-итальянской компании. При мощности в 182 Вт обеспечивает производительность 7 м3/час. Максимальная температура— 110°, что подойдет для отопительного контура.

Большинство моделей этих известных фирм обладают схожими характеристиками.

3 модели для бани

Для подачи горячей воды в бане нужен насос с минимальным начальным давлением, иначе придется либо бак устанавливать на высоте более 2 м, либо сам насос опускать ниже уровня пола. Наиболее популярны следующие модели:

• 
  Грундфос UPA 15-90 N. Компактная модель, способная перекачивать до 1,5 м3/час горячей (до 95°) воды.
  Способен создавать давление до 1 Бар, что сравнимо с централизованными водопроводными сетями.

• Aquario АРМ-50. Моноблок с одной крыльчаткой. Температура — до 90°, обеспечивает подачу до 60 л/мин.
• 12 В DC5H. Мембранный насос, который питается от источника 12 вольт. Для бани — это хороший вариант, обеспечивающий безопасность для людей.

Расчет

Выбор подходящего теплообменника сложно выполнить, оперируя только одной лишь его мощностью или пропускной способностью. Эффективность подготовки ГВС зависит и от состояния теплоносителя в первом контуре и во втором, от материала и конструкции теплообменника, скорости и массовой части теплоносителя, проходящего в единицу времени через пластинчатый теплообменник. Однако, естественно следует предварительно выполнить расчет, позволяющий прийти к определенному сочетанию мощности и производительности для выбора подходящей модели.

Базовые данные необходимые для расчета:

• Тип среды в обоих контурах (вода-вода, масло-вода, пар-вода)
• Температура теплоносителя в системы отопления;
• Максимально допустимое снижение температуры теплоносителя после прохождения теплообменника;
• Начальная температура воды, используемой для ГВС;
• Требуема температура ГВС;
• Целевой расход горячей воды в режиме максимального потребления.

Кроме этого в формулах для расчета задействована удельная теплоемкость жидкости в обоих контурах. Для ГВС используется табличное значение для начальной температуры воды, чаще +20оС, равное 4,182 кДж/кг*К. Для теплоносителя следует отдельно находить значение удельной теплоемкости, если в его составе имеется антифриз или другие присадки для улучшения его качеств. Аналогично для централизованного отопления берется приблизительное значение или фактическое на основании данных теплокоммунэнерго.

Целевой расход определяется количеством пользователей для горячей воды и количеством устройств (краны, посудомоечная и стиральная машинка, душ), где она будет использована. Согласно требованиям СНиП 2.04.01-85 необходимы следующие значения расхода горячей воды:

• для раковины – 40 л/ч;
• ванная – 200 л/ч;
• душевая – 165 л/ч.

Значение для раковины умножается на количество устройств в доме, которые могут использоваться параллельно, и складывается со значением для ванны или душевой в зависимости от того, что именно используется. Для посудомоечной и стиральной машинки значения берутся из паспорта и инструкции и только при условии, что они поддерживают использование горячей воды.

Второе базовое значение – это мощности теплообменника. Рассчитывается исходя из полученного значения расхода жидкости и разницы температур воды на входе в теплообменник и на выходе.

где m – расход воды, С – удельная теплоемкость, Δt – разница температур воды на входе и выходе ПТО.

Для получения массового расхода воды следует расход, выраженный в л/ч умножить на плотность воды 1000 кг/м3.

КПД теплообменников оценивается на уровне 80-85%, и многое зависит от конструкции самого оборудования, так что полученное значение следует разделить на 0,8(5).

С другой стороны ограничением по мощности будет расчет, выполненный со стороны первого контура с теплоносителем, где, используя уже разницу допустимых температур для системы отопления, получаем максимально допустимый забор мощности. Конечный результат будет компромиссом между двумя полученными значениями.

Если забора мощности для нагрева нужного количества горячей воды не хватает, то разумнее использовать две ступени подогрева и, соответственно, два теплообменника. Мощность распределяется между ними поровну от требуемого расчета. Одна ступень выполняет предварительный нагрев, используя в качестве источника тепла обратку отопления с пониженной температурой. Второй ПТО уже нагревает окончательно воду за счет горячей воды с подачи отопления.

Устройство и принцип работы

Пластинчатый теплообменник (ПТО) обеспечивает переход тепла от нагретого теплоносителя холодному, при этом не перемешивая их, развязывая два контура между собой. Теплоносителем может быть пар, вода или масло. В случае с горячим водоснабжением чаще источником тепла является теплоноситель системы отопления, а нагреваемой средой – холодная вода.

Конструктивно теплообменник представляет собой группу гофрированных пластин, собранных параллельно друг другу. Между ними образуются каналы, по которым течет теплоноситель и нагреваемая среда, притом послойно они чередуются между собой, не перемешиваясь при этом. За счет чередования слоев, по которым текут жидкости обоих контуров, увеличивается площадь теплообмена.

Схема работы теплообменника

Гофрирование чаше выполняется в виде волн, притом ориентированных так, чтобы каналы одного контура располагались под углом к каналам второго контура.

Подключение входов и выходов делаются так, чтобы жидкости текли навстречу друг другу.

Поверхность и материал пластин подбирается исходя из требуемой мощности теплообмена, вида теплоносителя. В особенно эффективных и продуманных теплообменниках поверхность формуется для возбуждения завихрений возле поверхности пластины, повышая теплообмен, не создавая сильного сопротивления общему току.

Теплообменник включается между двумя контурами:

1. Последовательно к системе отопления или параллельно с наличием регулирующей арматуры.
2. К входу от холодного водопровода и выходом к потребителю ГВС.

Холодная вода, протекая через теплообменник нагревается за счет тепла от системы отопления до требуемой температуры и подается на кран потребителя.

Основные характеристики пластинчатого теплообменника:

• Мощность, Вт;
• Максимальная температура теплоносителя, оС;
• Пропускная способность, производительность, литры/час;
• Коэффициент гидравлического сопротивления.

Мощность зависит от общей площади теплообмена, перепада температур в обоих контурах между входов и выходом и даже от числа пластин.

Максимальная температура задается подбором материалов и способом соединения пластин и корпуса теплообменника.

Пропускная способность повышается с увеличением числа пластин, так как они подключаются фактически параллельно, то каждая новая пара пластин добавляет дополнительный канал для тока жидкости.

Коэффициент гидравлического сопротивления важен при расчете нагрузки на систему отопления, где от этого зависит выбор циркуляционного насоса, немаловажен и для других источников тепла. Зависит от типа гофрирования пластин и размера сечения каналов и их количества.

Именно по этим параметрам подбирается в итоге теплообменник для конкретной ситуации. Чаще всего пластинчатые теплообменники имеют разборную конструкцию, в которой можно наращивать или уменьшать число пластин и выбирать их тип и размер. Мощность и производительность теплообменника должно хватать для того, чтобы нагреть проточную холодную воду, и при этом не создать критической нагрузки на систему отопления.

Для наиболее востребованных случаев, каким является обеспечение горячей водой частного хозяйства, дома или квартиры производятся готовые теплообменники с постоянными характеристиками.

Самые частые виды поломок и способы их устранения

Самым частым видом поломки считается остановка крыльчатки. Устройство гудит, но не работает должным образом. Для решения проблемы надо отключить циркуляцию, слить воду, разобрать устройство и сдвинуть рабочее колесо. Обычно, причиной является налипание мелких частиц или попадание в поток посторонних предметов.

Вторым по частоте видом неисправности является перегрев. Он происходит из-за отсутствия смазки на подшипниках или из-за регулярного попадания воздуха в систему. Решить проблему можно, если хорошо смазать вращающиеся детали и надежно герметизировать все соединения.

Все, что необходимо знать о горячей воде, представлено в этом разделе сайта.

Подключение оборудования

Смонтировать такое оборудование не слишком сложно. Его нужно врезать на каком-либо участке в трубопровод и подключить к электрической сети.

Врезать агрегат можно на трубе обратной либо прямой подачи. Например, если в квартире оборудована система теплого пола, желательно подключить насос на трубах обратки. Это будет стимулировать движение воды.

Когда речь идет о протяжном трубопроводе ГВС, желательно осуществить монтаж на трубе прямой подачи. Тогда проживающие в доме люди получат горячую воду в нужном им количестве.

Установка циркуляционного насоса в систему водоснабжения производится в несколько этапов:

1. Сборка насоса в соответствии с инструкцией, приложенной к прибору.
2. Выбор места монтажа.
3. Отключение водоснабжения.
4. Вырезка или удаление части трубы.
5. Подключение агрегата с использованием фланцевых либо резьбовых соединений.
6. Герметизация всех стыков.
7. Подключение устройства к электрической сети.
8. Тестирование и настройка работы прибора.