Автономная система горячего водоснабжения частного дома

Котельная, обеспечивающая частный дом теплом и горячей водой

Наша сегодняшняя тема — оборудование для горячего водоснабжения и отопления и материалы, применяющиеся при монтаже этих систем. Мы обсудим сильные и слабые стороны каждого решения и сравним их по ряду эксплуатационных характеристик. Приступим.

Что такое автономное водоснабжение применительно к горячей воде?

Это всего лишь ее нагрев с температуры магистрального водопровода (+5 — +25 градусов в зависимости от времени года и климатической зоны) с использованием локального источника тепла до значений, комфортных для приема душа, мытья посуды и прочих хозяйственных нужд.

Электроприборы для автономного горячего водоснабжения

Полезно: согласно СП 30-13330-2012, центральное горячее водоснабжение должно подавать потребителю воду с температурой в точке водоразбора 60-75 °С. Этот же диапазон можно считать нормой для автономного приготовления горячей воды.

По аналогии, автономным отоплением называется поддержание в квартире, в загородном доме, в торговой точке и т.д. комфортной температуры с применением собственной генерации тепла, без подключения к тепловым сетям.

Автономное газовое отопление в квартире

Как мы выяснили, система автономного отопления и горячего водоснабжения нуждается в источнике тепловой энергии. Какой параметр этого источника наиболее важен для владельца? Разумеется, цена киловатт-часа тепла: чем она меньше, тем меньше будут расходы на отопление и ГВС.

Давайте сравним по этому параметру разные теплогенераторы. Приведенные ниже цены не претендуют на абсолютную точность, поскольку сильно зависят от местных условий (насыщения рынка соответствующими предложениями, коммунальных тарифов и т.д.); однако они позволяют составить представление о соотношении расходов при разных способах нагрева воды для ГВС и теплоносителя отопительной системы.

Если дом газифицирован, вы уже обеспечены самым дешевым теплом

Пеллеты — гранулированные отходы деревообработки

Установка газгольдера во дворе частного дома

Колонка с дизтопливом на автозаправке

Ввод электроэнергии в частный дом

Соотношение цен говорит само за себя: выгоднее всего отапливать дом и греть воду газом. Электрическое автономное отопление и водоснабжение — явный аутсайдер.

А теперь давайте ближе познакомимся с каждой разновидностью оборудования для ГВС и отопления, по возможности изучив их сильные и слабые стороны.

Назначение: нагрев теплоносителя системы отопления; двухконтурные котлы, кроме того, греют воду для нужд системы ГВС во встроенном проточном теплообменнике (см. Газовый котел для отопления и горячего водоснабжения: разновидности и особенности, на которые нужно обратить внимание при выборе).

Подключение двухконтурного котла

Классификация приборов возможна:

  • По установке (настенные и напольные). Настенный котел обычно представляет собой полноценную мини-котельную: он оборудуется группой безопасности, циркуляционным насосом и (опционально) расширительным быком. Напольные котлы в среднем имеют большую тепловую мощность, но элементы обвязки приобретаются и монтируются отдельно;
  • По материалу теплообменника (сталь, чугун или медь). Медные теплообменники применяют, в основном, для компактных настенных котлов, чугунные устанавливают в напольных агрегатах. Стальные варианты применяются по большей части в мощных промышленных отопительных установках;

Чугунные секционные теплообменники

  • По побуждению тяги (естественному или принудительному). В первом случае котлу нужен отвод продуктов сгорания в дымоход и отбор воздуха для горелки из помещения, во втором воздухообмен с улицей (и только с улицей) осуществляется по коаксиальному (труба в трубе) дымоходу, проходящему через наружную стену дома;

Коаксиальный дымоход: в нём по внутренней трубе отводятся продукты сгорания, а по внешней — поступает к горелке уличный воздух

В первом случае энергонезависимый котел разжигается вручную; при отключении основной горелки (после достижения заданной температуры теплоносителя) горение поддерживается запальником (пилотной горелкой), потребляющей до четверти от общего количества газа.

Во втором случае при простое котла потребление газа отсутствует. Кроме того, электронное управление позволяет задействовать внешние терморегуляторы (в том числе уличные), подключать метеостанции, управление по wi-fi и sms;

Панель прибора с электронным розжигом

  • По полноте утилизации теплоты сгорания. Конденсационные котлы имеют дополнительный низкотемпературный теплообменник, отбирающий тепло у продуктов сгорания газа при изменении их агрегатного состояния. За счет этой особенности конденсационный газовый котел на 12-14% экономичнее традиционного.

Конденсационный газовый котел — самый экономичный отопительный прибор

  • Минимальная стоимость тепловой энергии;
  • У котлов с наддувной горелкой — отсутствие отбора воздуха из помещения;
  • У приборов с электронным розжигом — удобное дистанционное управление и возможность программирования температурных циклов (например, снижение дневной температуры в доме в рабочие дни недели и повышение в выходные).

Программируемая панель управления для газового котла

Недостатки: отсутствие магистрального газа в части населенных пунктов и дороговизна подключения к газовой магистрали.

  • По материалу корпуса и теплообменника (чугун имеет большую тепловую инерционность и более долговечен, зато стальные котлы заметно дешевле);
  • По автоматизации подачи топлива. Классические твердотопливные котлы требуют ручной растопки, а автоматические пеллетные и угольные самостоятельно подают топливо из бункера, что обеспечивает время автономной работы до недели;

Пеллеты автоматически подаются из топливного бункера

  • По способу сжигания топлива. В классических котлах весь его объем поджигается снизу; ограничение тепловой мощности достигается уменьшение притока воздуха прикрытом поддувалом и приводит к падению КПД из-за неполного сгорания.

В пиролизных устройствах топливо (дрова или пеллеты) тлеют в бедной кислородом атмосфере, а газообразные продукты их неполного сгорания затем смешиваются в дополнительной камере с атмосферным воздухом и дожигаются. Такая схема дает гибкую регулировку мощности и отсутствие падения КПД;

Пиролизный котел, или газогенератор

Любопытно: обычно (но не обязательно) пиролизные устройства оборудуются дымососными вентиляторами, делающими регулировку мощности еще более гибкой.

Наконец, котлы верхнего горения — разновидность пиролизных, но с другим механизмом сжигания топлива. В них дрова или уголь поджигаются сверху и тлеют при ограниченной подаче воздуха через подвижный воздуховод. При этом зола уносится восходящим потоком продуктов сгорания.

Устройство котла верхнего горения

  • Доступность топлива в любых регионах;
  • Относительная дешевизна тепла;
  • Отказоустойчивость классических твердотопливных котлов (в них просто-напросто нечему ломаться).
  • У котлов с ручной загрузкой топлива — потребность в частой растопке (с промежутками от 4-6 часов у классических конструкций до 24-30 часов у приборов верхнего горения);
  • Необходимость хранения запаса топлива;
  • Зарастание дымохода сажей и необходимость его периодической чистки.

Назначение: автономное тепло- и водоснабжение (при наличии дополнительного контура).

Напольный дизельный котел

  • По материалу теплообменника (чугун или сталь). Здесь действует тот же принцип, что и при выборе газового отопительного котла: чугун медленнее остывает, дольше служит, но стоит заметно дороже;
  • По функциональности (одноконтурный, двухконтурный и двухконтурный с встроенным бойлером);
  • По полноте использования тепловой энергии (как и газовые, дизельные котлы бывают конденсационными);
  • По возможности смены горелки для перехода на газ. Универсальное оборудование, работающее на солярке и магистральном газе, позволяет вам сменить источник тепла после газификации дома с минимальными затратами.

Преимущества: автономность (время работы отопительного оборудования без вмешательства владельца ограничено только объемом топливного бака), доступность топлива на любой автозаправке.

  • Дороговизна тепла;
  • Необходимость хранения большого запаса дизтоплива;

Баки с топливом в дизельной котельной

Наиболее распространены котлы с трубчатыми нагревателями (ТЭНовые). Индукционные котлы отдают тепло за счет нагрева ферромагнитного сердечника, погруженного в теплоноситель, наведенными внешней обмоткой вихревыми токами. Достоинство этой конструкции — абсолютная отказоустойчивость.

Электродные котлы работают только с умеренно чистой (но не дистиллированной) водой и греют ее за счет протекания тока между погруженными в теплоноситель электродами. Их преимущество — компактность при относительно большой мощности; ее оборотная сторона — необходимость периодической замены растворяющихся в воде электродов;

Электродный котел (слева внизу)

Важный момент: позиционирование любой из разновидностей электрокотлов, как экономичных нагревательных приборов — это, цитируя незабвенного Михаила Булгакова, случай самого настоящего вранья. Все они имеют КПД, с минимальной погрешностью равный 100%. Тепло, которое рассеивается через корпус прибора, при его установке в отапливаемом помещении, тоже способствует нагреву воздуха.

  • По функциональности (дополнительный теплообменник для ГВС, подключение выносных термодатчиков, модули управления по GSM и т.д.);
  • По наличию встроенных элементов обвязки (большая часть ТЭНовых котлов оснащается группой безопасности, расширительным баком и насосом).

ТЭНовые котлы: элементы обвязки расположены в корпусе

  • Гибкое управление тепловой мощностью;
  • Отсутствие продуктов сгорания;
  • Неограниченная автономность.

Недостатки: дороговизна тепла, большая нагрузка на энергосеть.

Вначале — несколько слов о том, что это такое.

Тепловым насосом называется электроприбор для перемещения тепловой энергии между двумя теплообменниками. Частные случаи теплового насоса — хорошо знакомые нам кондиционер и холодильник.

Холодильник работает на том же принципе, что и отопительный тепловой насос

Перекачка тепла достигается использованием циклического сжатия и расширения хладагента — фреона, имеющего достаточно низкую температуру фазового перехода между жидким и газообразным состоянием.

Цикл работы прибора выглядит так:

  1. Фреон сжимается компрессором, в полном соответствии с законами физики нагреваясь при этом;
  2. Затем он проходит внутренний теплообменник, где отдает избыток тепла и, остывая, переходит в жидкое агрегатное состояние;
  3. Продолжая двигаться по замкнутому контуру, фреон проходит расширительный клапан и испаряется при резком падении давления. При этом его температура падает на несколько десятков градусов;
  4. Холодный фреон проходит через второй теплообменник и отбирает у среды, в которую тот помещен, тепловую энергию;
  5. Хладагент возвращается к компрессору, и цикл повторяется.

Принцип работы теплового насоса

Этот цикл имеет две очень полезных особенности:

  1. Он позволяет перекачивать тепловую энергию от холодной среды — к более теплой;
  2. Эффективная тепловая мощность прибора многократно превышает электрическую мощность компрессора, приводящего в движение хладагент.

Большую часть тепла вы получаете бесплатно

В качестве низкопотенциальной (холодной) среды, выступающей в роли источника тепла, современные отопительные тепловые насосы могут использовать:

  • Теплоту грунта. Ниже глубины промерзания она стабильна. Теплообменники помещаются в глубокие траншеи (горизонтальный коллектор) или в скважины (вертикальный коллектор);
  • Теплоту воды (из скважины с достаточно большим дебитом или незамерзающего водоема);
  • Теплоту окружающего воздуха.

Обратите внимание: из-за ограничений, связанных с температурой фазового перехода существующих хладагентов, воздушные тепловые насосы могут работать на нагрев при уличной температуре не ниже -25 — -30 градусов.

Воздушный тепловой насос Mitsubishi Zubadan работает на тепло при температуре до -30 градусов

Тепловой насос может обеспечить дом отоплением и горячей водой, потребляя при этом в 2,5-6 раз меньше энергии по сравнению с любым прибором прямого нагрева.

Нюанс: эффективность нагрева (так называемый C.O.P., отношение эффективной тепловой мощности к электрической) будет падать по мере роста дельты температур между внутренним и внешним теплообменниками прибора.

Что это значит с практической стороны? Только то, что в частных домах с тепловыми насосами выгоднее использовать низкотемпературное отопление (в частности, теплые полы с температурой теплоносителя до 40 градусов).

Читайте также:  Чтобы не замерз водопровод в бане

Принципиальная схема отопления с тепловым насосом и теплым полом

  • Неограниченная автономность;
  • Работа с термостатами, GSM-модулями и т.д.;
  • Цена киловатт-часа тепла, вполне сравнимая с затратами на твердое топливо и приближающаяся к расходам на магистральный газ.
  • Падение эффективности нагрева по мере роста температуры теплоносителя и воды в системе ГВС;
  • Дороговизна оборудования и его монтажа (в случае геотермальных и водяных насосов);

Укладка горизонтального коллектора геотермального теплового насоса

Лазейка: В теплой климатической зоне расходы на отопление в отсутствие магистрального газа могут заметно сократить… кондиционеры. Как мы уже писали, они представляют собой частный случай воздушного теплового насоса и в режиме обогрева перекачивают в дом 3-5 кВт тепла на киловатт электрической мощности.

Газовая колонка способна обеспечить автономное горячее водоснабжение дома с минимальными эксплуатационными затратами. Колонка, как и котел, может снабжаться пьезоэлектрическим или электронным розжигом. Достоинство первой схемы — энергонезависимость, второй — большая точность поддержания температуры воды на выходе.

Газовая колонка с пьезорозжигом

Недостатки: необходимость отвода продуктов сгорания в вентканал или дымоход; у моделей с пьезоэлектрическим розжигом — нестабильная температура воды на выходе. Малейшее изменение напора воды может повлечь за собой значительное изменение мощности горелки и, соответственно, нагрев или охлаждение воды до некомфортной температуры.

Назначение: нагрев воды для нужд ГВС.

  • По способу установки. Приборы могут работать без избыточного давления, обслуживая одну точку водоразбора (в этом случае проточник устанавливается после запорно-регулирующей арматуры) и под давлением (прибор ставится между подводками ХВС и ГВС и обслуживает несколько сантехнических приборов);

Стационарное подключение напорного Атмор Ин-Лайн

  • По электрической мощности. Она может варьироваться от 3,5 до 24 кВт;
  • По напряжению питания. Приборы мощностью до 8 кВт питаются от 220 вольт, а устройства большей мощности обычно подключаются к сети напряжением 380 вольт.

Преимущества: у старших моделей — точная регулировка температуры.

  • У младших моделей — грубая регулировка температуры (ступенчатым изменением мощности с точной подстройкой за счет изменения напора воды) и ограниченная мощностью температура нагрева (она падает с понижением температуры воды на входе в холодное время года);

За грубую настройку температуры отвечает ступенчатый регулятор мощности

  • У старших моделей — значительная нагрузка на проводку и потребность в трехфазном питании, которое есть далеко не везде;
  • Значительная стоимость тепловой энергии.

Устройство: нагрев воды обеспечивается помещенными в теплоизолированный бак ТЭНами, снабженными терморегулятором.

Основные элементы электрического бойлера

Назначение: автономное горячее водоснабжение частного дома или квартиры.

  • По объему бака (от 10 до 150 литров);
  • По электрической мощности (от 1000 до 3000 ватт);
  • По способу монтажа (навесной вертикальный, навесной горизонтальный, напольный);
  • По расположению подводок (сверху или снизу);
  • По типу антикоррозийной защиты бака (эмаль, стеклокерамика, нержавеющая сталь);
  • По типу ТЭНа (мокрый или сухой — помещенный в герметичную колбу).

Сухой ТЭН не контактирует с водой и не обрастает накипью

  • Стабильная температура воды на выходе, вплоть до расхода большей части объема бака;
  • Отсутствие ограничений по напору воды;
  • Небольшая нагрузка на проводку;
  • Возможность подключения к обычной розетке.
  • Высокая стоимость тепловой энергии;
  • Большие габариты;
  • Возможность крепления навесных водонагревателей только на капитальные стены;

Монтаж кронштейна под бойлер

  • Нуждающиеся в компенсации за счет увеличенного расхода электроэнергии потери тепла через теплоизоляцию бака.

Устройство: в теплоизолированный бак помещен теплообменник, позволяющий использовать для нагрева воды энергию теплоносителя.

Типичное устройство косвенника

  • По объему (наиболее востребованный диапазон — 100-300 литров);
  • По наличию или отсутствию резервного ТЭНа;
  • По наличию или отсутствию дополнительного выхода для рециркуляции ГВС.

Справка: непрерывная циркуляция в контуре горячего водоснабжения, гарантирует мгновенную подачу воды с нужной температурой к любому смесителю, и круглосуточный нагрев подключенных к ГВС полотенцесушителей.

Преимущество: бойлер косвенного нагрева позволяет использовать для приготовления горячей воды любой источник тепла (одноконтурный газовый, твердотопливный котел, тепловой насос и т.д.).

Схема с бойлером косвенного нагрева и твердотопливным котлом

Недостаток: большой занимаемый объем котельной.

Устройство: поверхность, абсорбирующая солнечное тепло, использует его для нагрева воды для нужд отопления и/или ГВС.

  • По устройству: плоские коллекторы используют медный или алюминиевый плоский абсорбер, с закрепленными на нем трубками для воды. Трубчатые включают несколько колб-термосов с двойными стенками и вакуумом между ними;

Трубчатый (вакуумный) коллектор

Устройство плоского коллектора

  • По наличию или отсутствию накопительного бака для нагретой воды;
  • По наличию или отсутствию резервного ТЭНа, исключающего замерзание воды в накопительном баке.

Достоинство: отсутствие эксплуатационных расходов (с поправкой на работу циркуляционных насосов). Коллектор площадь 2 квадратных метра позволяет получить 5-7 киловатт-часов тепла в сутки абсолютно бесплатно.

Месячная и годовая инсоляция для разных широт, в зависимости от положения коллектора, кВт·ч на квадратный метр

Недостатки: нестабильность тепловой мощности. Она зависит от погоды и времени года.

Заметьте: среднесуточная выработка тепла коллектором минимальна зимой — то есть тогда, когда дом в наибольшей степени нуждается в тепле.

В холодное время года выработка тепла коллектором заметно падает

Какие трубы можно использовать при разводке интересующих нас инженерных систем?

Вначале давайте вспомним, в каких условиях будут эксплуатироваться отопление и водопровод ГВС.

Если вы монтируете автономное отопление — горячее водоснабжение в вашем доме с наибольшей вероятностью тоже будет автономным. Просто потому, что источником горячей воды при ее централизованной подаче обычно является тепловая сеть.

Автоматика котла и группа безопасности обеспечат в отопительном контуре стабильные температуру и давление. Обычно они держатся в диапазоне 1-2,5 кгс/см2 и 50-75 градусов.

Электрокотел поддерживает температуру теплоносителя в 65 градусов

На ГВС штатная температура воды, как мы уже упоминали, равна 60-75°С. Давление в контуре горячего водоснабжения равно давлению на ХВС и редко превышает 4-5 атмосфер.

Гидроудары в тупиковой системе ХВС крайне маловероятны. При заполнении сброшенной системы, воздух в ней играет роль демпфера, а мгновенная остановка циркуляции невозможна просто из-за отсутствия таковой.

Именно поэтому при монтаже автономных систем отопления и ГВС своими руками обычно используются полимерные и металлополимерные трубы — дешевые, долговечные и имеющие минимальное гидравлическое сопротивление.

Вот перечень их наиболее популярных разновидностей:

Слева направо — PPR трубы с армированием фиброй, алюминием и без армирующего слоя

Монтаж водяного теплого пола трубой PEX

Структура композитной трубы PERT/AL/PERT

Обратите внимание: металлопластик на компрессионных фитингах вызывает много нареканий из-за течей на соединениях, причиной которых является неправильная сборка. Как сделать эти соединения надежными? Очень просто: используйте для резки труб только труборез, и не пренебрегайте снятием внутренней фаски и калибровкой.

Будем считать наше первое знакомство с водогрейным оборудованием состоявшимся. Узнать больше о том, чем и как монтируются отопление и горячее водоснабжение — автономное и центральное — вам поможет видео в этой статье. Успехов!

Что нужно сделать, чтобы горячая вода текла сразу же после открывания крана?

В зависимости от способа нагрева воды системы горячего водоснабжения (ГВС) для частного загородного дома подразделяют на:

В качестве проточного водонагревателя можно использовать:

  • газовую колонку ГВС;
  • греющий контур ГВС двухконтурного отопительного котла;
  • электрический проточный подогреватель воды.
  • пластинчатый теплообменник, подключенный к контуру отопления.

Проточный подогреватель воды начинает греть воду в момент начала разбора воды, когда открывают кран горячей воды.

Вся энергия, расходуемая на нагрев, переходит от нагревателя к воде практически мгновенно, за очень короткое время движения воды через нагреватель. Чтобы получить воду необходимой температуры за малый промежуток времени конструкция проточного водонагревателя предусматривает ограничение скорости потока воды. Температура воды на выходе из проточного нагревателя очень сильно зависит от расхода воды величины струи горячей воды, текущей из крана.

Для нормального снабжения горячей водой только одного рожка в душе мощность проточного водонагревателя должна быть не менее 10 кВт. Наполнить ванную за разумное время можно от нагревателя мощностью более 18 кВт. А если при наполнении ванны или работе душа открыть еще и кран горячей воды на кухне, то для комфортного пользования горячей водой потребуется мощность проточного нагревателя не менее 28 кВт.

Для отопления дома эконом класса обычно достаточно котла меньшей мощности. Поэтому, мощность двухконтурного котла выбирают исходя из потребности в горячей воде.

В конечном итоге, использование проточного водонагревателя в системе ГВС приводит к не обоснованному росту потребление воды и объема стоков канализации, к увеличению расхода энергии на нагрев, а также к недостаточно комфортному пользованию горячей водой в доме.

Систему ГВС с проточным водонагревателем используют, не смотря на её недостатки, по причине сравнительно низкой стоимости и малых размеров оборудования.

Система работает лучше, если отдельный индивидуальный проточный водонагреватель установить возле каждого места разбора воды.

В этом случае удобно устанавливать электрические проточные нагреватели. Однако, такие нагреватели во время разбора воды одновременно в нескольких местах могут потреблять из электросети значительную мощность (до 20 – 30 кВт). Обычно электросеть частного дома на это не рассчитана, да и стоимость электроэнергии высока.

Основным параметром для выбора проточного водонагревателя является величина потока воды, который он сможет нагреть.

Для комфортного пользования рекомендуется ориентироваться на следующие объемы расхода горячей воды температурой 55 о С в точках разбора:

  • из крана мойки или умывальника 4,2 л/мин (0,07 л/сек);
  • из крана ванны или душа 9 л/мин (0,15 л/сек).

К одному проточному водонагревателю присоединены три точки разбора -мойка на кухне, умывальник и ванна (душ). Для наполнения только ванны необходимо выбрать нагреватель, который способен выдать не менее 9 л/мин. воды с температурой 55 о С. Такой водонагреватель также обеспечит пользование горячей водой одновременно из двух кранов — в мойке и умывальнике.

Пользоваться горячей водой одновременно в душе и умывальнике будет комфортно, если производительность нагревателя будет уже не менее 9 л/мин+4,2 л/мин=13,2 л/мин.

Производители в технических характеристиках обычно указывают максимальную производительность проточного водонагревателя, из расчета нагрева воды на определенную разность температур, dT, например, 25 о С, 35 о С или 45 о С. Это значит, что если температура воды в водопроводе +10 о С, то при максимальной производительности из крана будет течь вода с температурой +35 о С, 45 о С или +55 о С.

Будьте внимательны. Некоторые продавцы в рекламе указывают максимальную производительность аппарата, но «забывают» написать, для какой разности температур она определена. Можно купить газовую колонку производительностью 10 л/мин., но окажется, что при таком расходе она будет нагревать воду голько на 25 о С., т.е. до 35 о С. Пользоваться горячей водой с такой колонкой может оказаться не очень комфортно.

Читайте также:  Пластиковые трубы для водопровода частного дома

Для нашего примера подойдет газовая колонка или двухконтурный котел с максимальной производительностью не менее 13,2 л/мин при dT=45 о С. Мощность газового аппарата при этих параметрах горячей воды будет около 32 кВт.

При выборе проточного водонагревателя обратите внимание на еще один параметр — минимальную производительность, расход л/мин, при которой включается нагрев.

Если расход воды в трубе будет меньше величины, указанной в технических характеристиках аппарата, то водонагреватель не включится. По этой причине, часто приходится расходовать больше воды, чем это необходимо. Постарайтесь выбрать аппарат с как можно меньшей величиной минимальной производительности, например, не более 1,1 л/мин.

Электрические проточные водонагреватели, предназначенные для применения в быту, имеют максимальную мощность нагревателя около 5,5 — 6,5 кВт. При максимальной производительности 3,1 — 3,7 л/мин нагревают воду на dT=25 о С. Один такой водонагреватель устанавливают для обслуживания одной водоразборной точки — душа, умывальника или мойки.

Накопительный водонагреватель (бойлер) представляет собой теплоизолированный металлический бак довольно большого объема.

В нижнюю часть бака водонагревателя чаще всего встраивают сразу два нагревателя – электрический ТЭН и трубчатый теплообменник, подключенный к отопительному котлу (схема подключения бойлера к котлу). Вода в баке большую часть времени подогревается котлом.

Электрический нагреватель включается по мере необходимости, в период остановки котла. Такой бойлер часто называют бойлером косвенного нагрева.

Горячая вода в бойлере косвенного нагрева расходуется из верхней части бака. На её место в нижнюю часть бака тут же поступает холодная вода из водопровода, нагревается теплообменником и поднимается вверх.

В странах Евросоюза системы ГВС в новых домах в обязательном порядке оснащают солнечным нагревателем — коллектором. Для подключения солнечного коллектора в нижнюю часть бойлера косвенного нагрева устанавливают еще один теплообменник.

Вода в бойлере нагревается солнечным коллектором. Если тепла от коллектора не хватает, то включается в работу котел или электрический нагреватель. Читайте: «Система ГВС с солнечным коллектором» .

В последнее время набирает популярность система ГВС с бойлером послойного нагрева, вода в котором нагревается проточным водонагревателем. В таком бойлере отсутствует теплообменник, что снижает его стоимость.

Горячая вода расходуется из верхней части бака. На её место в нижнюю часть бака тут же поступает холодная вода из водопровода. Насосом вода из бака прогоняется через проточный нагреватель, и подается сразу в верхнюю часть бака. За счет этого, горячая вода у потребителя появляется очень быстро — не нужно ждать пока прогреется почти весь объем воды, как это происходит в бойлере косвенного нагрева.

Быстрый нагрев верхнего слоя воды, позволяет устанавливать в доме бойлер меньших размеров, а также снизить мощность проточного нагревателя, без ущерба для комфорта.

Бойлер послойного нагрева Galmet SG (S) Fusion 100 L подключают к контуру ГВС двухконтурного котла или к газовой колонке. Бойлер имеет встроенный трехскоростной циркуляционный насос. Высота бойлера 90 см., диаметр 60 см.

Производители выпускают двухконтурные котлы со встроенным или выносным бойлером послойного нагрева. В результате, стоимость и габариты оборудования системы ГВС получаются несколько меньше, чем с бойлером косвенного нагрева.

Вода в бойлере подогревается заранее, независимо от того, расходуется она или нет. Запас горячей воды в баке позволяет пользоваться горячей водой в доме в течении нескольких часов.

Благодаря этому, нагрев воды в баке можно производить довольно длительное время, постепенно накапливая тепловую энергию в горячей воде. Отсюда и еще одно название бойлера — накопительный водоподогреватель.

Большая продолжительность нагрева воды позволяет использовать нагреватель сравнительно небольшой мощности.

Накопительные бойлеры, вода в которых нагревается газовой горелкой, менее популярны в системах ГВС частного дома. Устройство в доме систем отопления и ГВС с двумя газовыми аппаратами — газовым котлом и газовым бойлером, получается заметно дороже.

Накопительный газовый водонагреватель — бойлер

Газовые бойлеры бывает выгодно ставить в квартирах с центральным отоплением или в частных домах с отоплением твердотопливным котлом и нагревом воды в системе ГВС сжиженным газом.

Газовые водонагреватели также, как и котлы, выпускаются с открытой камерой сгорания и с закрытой, с принудительным удалением дымовых газов и с естественной тягой в дымоходе.

В продаже имеются накопительные газовые бойлеры, которые не требуют подключения к дымоходу. (Бытовые газовые плиты тоже ведь работают без дымохода.) Мощность газовых горелок таких аппаратов небольшая.

Газовые бойлеры объемом до 100 литров предназначены для крепления на стену. Водонагреватели большого объема устанавливаются на пол.

В водонагревателях применяются разные способы зажигания газа — с дежурным фитилем, электронный на батарейках или гидродинамический поджиг.

В аппаратах с дежурным фитилем постоянно горит маленькое пламя, которое вначале зажигается вручную. Какое-то количество газа бесполезно сгорает в этом факеле.

Электронный поджиг работает от электросети или батарейки, аккумулятора.

Гидродинамический поджиг запускается от вращения турбинки, которая приводится в действие потоком воды при открытии крана.

Чем больше объем накопительного водонагревателя — тем выше комфорт пользования горячей водой в доме. Но с другой стороны, чем больше размеры бойлера, тем он дороже, тем выше затраты на его ремонт и техническое обслуживание, тем больше места он занимает.

Размер бойлера выбирают исходя из следующих соображений.

Принято считать, что объем бойлера, выбранный из расчета 20-30 литров на человека, обеспечит минимально необходимый комфорт пользования горячей водой в доме.

Повышенный комфорт обеспечит бойлер, объем которого выбран из расчета 30 — 60 литров на одного пользователя водой.

Высокий уровень комфорта обеспечит водонагреватель объемом из расчета 60-100 литров на одного проживающего в доме.

Для заполнения ванны необходимо израсходовать почти всю воду из бойлера объемом 80 — 100 литров.

При выборе бойлера необходимо обратить внимание и на мощность нагревательного элемента, который в нем установлен. Например, чтобы нагреть 100 литров воды до температуры 55 о С за 15 минут в бойлере должен быть установлен нагреватель (теплообменник для котла, встроенная газовая горелка или ТЭН) мощностью около 20 кВт.

В реальных условиях эксплуатации температура воды в бойлере равна температуре воды в водопроводе только при первом включении нагрева. В дальнейшем, в бойлере почти всегда находится уже подогретая до некоторой температуры вода. Для догрева воды до необходимой температуры за приемлемое время используют нагревательные устройства меньшей мощности.

Но все-таки лучше проверить, сколько времени займет нагревание воды в бойлере. Это можно сделать, пользуясь формулой:

t = m•cw•(t2 – t1)/Q, в которой:
t – время нагревания воды, секунды (с);
m – масса воды в бойлере, кг (масса воды в килограммах равняется объему бойлера в литрах);
cw – удельная теплоемкость воды, равная 4,2 кДж/(кг•K);
t2 – температура, до которой должна быть нагрета вода;
t1 – начальная температура воды в бойлере;
Q – мощность котла, кВт.

Пример:
Время нагревания воды котлом мощностью 15 кВт в 200-литровом бойлере от температуры 10°C (принимаем, что вода, поступающая в бойлер, имеет такую температуру) до 50°C составит:
200 x 4,2 x (50 – 10)/15 = 2240 с, то есть около 37 мин.

Использование накопительного водоподогревателя в системе ГВС позволяет организовать рециркуляцию горячей воды в трубопроводах. Все места отбора горячей воды подключены к кольцевому трубопроводу, по которому постоянно циркулирует горячая вода.

Длина участка трубы от каждого места расхода горячей воды до кольцевого трубопровода не должна быть более 2 метров.

Циркуляционный насос системы рециркуляции горячей воды ГВС имеет маленькие размеры и небольшую мощность

Рециркуляцию воды в системе ГВС обеспечивает циркуляционный насос. Мощность насоса невелика, несколько десятков ватт.

Насосы для ГВС, в отличие от насосов отопления, должны иметь максимальное рабочее давление не менее 10 бар. Отопительные насосы часто рассчитаны на максимальное давление не более 6 бар. Другое отличие состоит в том, что насос для ГВС должен иметь гигиенический сертификат, разрешающий применение в системах питьевого водоснабжения.

Вода в системах ГВС постоянно обновляется и содержание кислорода в ней остается достаточно большим. Коррозионная активность горячей воды высокая. К тому же, горячая вода должна соответствовать санитарным требованиям к питьевой воде. Поэтому, для изготовления насосов ГВС применяют стойкие к коррозии цветные металлы или нержавеющую сталь. По этим причинам циркуляционные насосы для ГВС заметно дороже аналогичных для систем отопления.

В некоторых конструкциях трубопроводов ГВС удается создать естественную рециркуляцию воды, без насоса.

В результате циркуляции воды в системе ГВС горячая вода к местам отбора подается постоянно.

В системе ГВС с накопительным подогревателем и рециркуляцией воды режим водоснабжения более стабилен:

  • В местах отбора горячая вода присутствует постоянно.
  • Отбор воды возможен одновременно в нескольких местах. Температура и напор воды при изменении расхода меняются незначительно.
  • Из крана можно забрать любое, сколь угодно малое, количество горячей воды.

Рециркуляционный контур позволяет не только повысить комфортность водоснабжения в удаленных точках дома, но дает возможность подключить к нему контуры теплых полов в отдельных помещениях. Например, в ванной водяной теплый пол будет комфортным круглый год.

В системе ГВС с рециркуляцией воды постоянно расходуется энергия для работы циркуляционного насоса, а также на компенсацию потерь тепла в самом бойлере и в трубах с циркулирующей водой. Для снижения расхода энергии рекомендуется устанавливать циркуляционный насос со встроенным программируемым таймером, который отключает циркуляцию воды в часы, когда она не нужна. Бойлер и трубы с горячей водой утепляют.

Как известно, двухконтурный газовый котел может обеспечить дом горячей водой и быть источником тепла в системе отопления. Приготовление горячей воды осуществляется в проточном теплообменнике котла. Об общих недостатках системы ГВС с проточным нагревателем читайте в начале этой статьи. Но у газовых аппаратов с проточным нагревателем есть еще одна проблема — это сложность выбора максимальной мощности двухконтурного котла или водогрейной газовой колонки.

Чаще всего оказывается, что необходимая мощность котла для приготовления горячей воды, значительно больше мощности, необходимой для отопления всех помещений в доме.

Как уже упоминалось в статье выше, для получения горячей воды необходимой температуры и максимальном её расходе, двухконтурные газовые котлы и водогрейные газовые колонки имеют достаточно большую максимальную мощность, около 24 кВт. или более. Котлы и колонки оснащены автоматикой, которая может за счет модуляции пламени горелки уменьшать их мощность до минимальной, равной примерно 30% от максимальной. Минимальная мощность двухконтурного газового котла или колонки обычно равна около 8 кВт. или более. Это минимальная мощность котла, как в режиме ГВС, так и отопления.

Читайте также:  Водоснабжение частного дома в н новгороде

Газовая горелка двухконтурного котла или колонки из-за конструктивных особенностей не может стабильно работать с мощностью, меньше минимальной (менее 8 кВт.). В то же время, для работы с системой отопления частного дома или автономного отопления квартиры, котел в режиме отопления очень часто должен выдавать мощностью менее 8 кВт.

Например, мощности 8 кВт. достаточно для обеспечения теплом помещений дома или квартиры площадью 80 — 110 м 2 , причем в самую холодную пятидневку отопительного сезона. В более теплые периоды, производительность, мощность котла должна быть значительно меньше.

Из-за того, что котел не может работать с мощностью ниже минимальной, возникают проблемы с адаптацией (согласованием) двухконтурного котла и системы отопления.

На небольших объектах, с малым потреблением тепла на отопление, котел выдает больше тепла, чем может принять система отопления. В результате несогласованности параметров котла и системы, двухконтурный котел начинает работать в импульсном режиме, «тактовать» — как говорят в народе.

Работа в режиме «тактования» значительно уменьшает ресурс работы деталей котла, заметно снижает КПД.

Для нормального подогрева воды котлом или колонкой, на диаграмме точка пересечения линий температуры и расхода горячей воды (рабочая точка) должна всегда находиться внутри рабочей зоны, границы которой показаны на диаграмме жирной линией. Если режим потребления горячей воды выбран так, что рабочая точка будет находиться в серой зоне, поз. 1 на диаграмме, то котел, колонка будет тактовать. В этой зоне, при маленьком протоке воды, мощность котла, колонки оказывается избыточной, котел, колонка отключается от перегрева, а затем снова включается. Из крана идет то горячая, то холодная вода.

Двухконтурные газовые котлы при работе с максимальной мощностью имеют КПД более 93%, и менее 80% при работе с минимальной мощностью. Представьте, как еще уменьшится КПД, если такому котлу придется работать в импульсном режиме, с постоянным перезажиганием газовой горелки.

Учтите, что двухконтурный котел в течении года большую часть времени работает с минимальной мощностью. Минимум 1/4 часть израсходованного газа будет буквально вылетать бесполезно в трубу. Прибавьте к этому расходы на замену преждевременно изношенных деталей котла. Это будет расплата за установку в доме дешевого оборудования для отопления и ГВС.

Если мощность двухконтурного газового котла более 20 кВт., выбрана из расчета нагрева максимально необходимого расхода горячей воды, то котел не может обеспечить экономную и комфортную работу в режиме малой мощности отопления и при нагреве воды с маленьким расходом. То же самое можно сказать и о работе водогрейной колонки.

Чаще всего, в доме отсутствует необходимость приготовления больших потоков горячей воды. Для многих людей, намного важнее обеспечить комфортное и экономное пользование горячей водой при малом её расходе.

Для таких экономных хозяев многие производители выпускают двухконтурные газовые котлы и колонки максимальной мощности около 12 кВт. и минимальной меньше 4 кВт. Такие котлы, колонки обеспечат более экономное и комфортное отопление и пользование горячей водой в количестве, достаточном для принятия душа или мытья посуды.

Перед покупкой двухконтурного котла или колонки хозяевам необходимо решить, какой режим потребления горячей воды более выгоден и комфортен — с большим расходом воды или с маленьким. На основании этого решения выбрать мощность котла или колонки. Если хочется и то и другое, то придется выбрать систему ГВС с бойлером.

Любителям душа, для приготовления горячей воды и отопления домов и квартир с отапливаемой площадью до 140 м 2 , с одной ванной, рекомендую устанавливать двухконтурные газовые котлы максимальной мощностью 12 кВт. Они наилучшим образом соответствуют потребностям систем отопления и ГВС небольших частных домов и квартир.

Тем, кто любит принимать ванну, а также для домов и квартир больших размеров, площадью более 140 м 2 , очень советую использовать систему ГВС с бойлером послойного нагрева и двухконтурным котлом, или с бойлером косвенного нагрева и одноконтурным котлом.

Многие производители отопительного оборудования выпускают специальные комплекты, котел плюс встроенный или выносной бойлер, именно для таких случаев. Такой комплект оборудования обойдется дороже, но позволит обеспечить увеличенный ресурс работы оборудования, экономию газа и более комфортное пользование горячей водой.

В Западной Европе и в мире популярны различные способы экономии энергии при эксплуатации частного дома.

Из дома горячая вода после использования стекает в канализацию и уносит с собой значительную часть тепловой энергии, которую затратили на её подогрев.

Схема рекуперации тепловой энергии стоков канализации в систему ГВС

Для сокращения потерь энергии в доме применяют схему рекуперации (возврата) тепла из канализационных стоков в систему ГВС частного дома.

Холодная вода, прежде чем попасть в бойлер ГВС, проходит через теплообменник. В теплообменник же направляются стоки от санитарно технических приборов.

В теплообменнике два потока, холодная вода из водопровода и горячая вода стоков, встречаются, но не смешиваются. Часть тепла от горячей воды передается холодной. В бойлер ГВС поступает уже подогретая вода.

На схеме, показанной на рисунке, к теплообменнику направляют стоки только тех санитарно-технических приборов, которые работают с протоком горячей воды. Такую схему рекуперации выгодно применять при любом способе нагрева воды — как с бойлером, так и с проточным нагревателем.

Чтобы возвращать тепло из стоков санитарно-технических приборов, которые сначала накапливают горячую воду, а затем спускают её в канализацию (ванна, бассейн, стиральная и посудомоечная машины), применяют более сложную схему с циркуляцией воды между бойлером и теплообменником на время опорожнения этих устройств.

Для домов и квартир с постоянным проживанием очень советую использовать систему ГВС с бойлером послойного нагрева и двухконтурным котлом, или с бойлером косвенного нагрева и одноконтурным котлом. Объем бойлера не менее 100 литров. Система обеспечит хороший комфорт пользования горячей водой, экономное расходование газа и воды, а также меньший объем стоков в канализацию. Единственный минус такой системы — это более высокая стоимость оборудования.

При ограниченном бюджете строительства в небольших загородных дачных домах для сезонного проживания можно установить систему ГВС с проточным нагревателем.

Схему ГВС с проточным нагревателем целесообразно использовать в домах с кухней и одной ванной, где источник нагрева и места отбора горячей воды расположены компактно, на небольшом расстоянии друг от друга. К одному проточному подогревателю воды рекомендуется подключать не более трех кранов для разбора воды.

Стоимость такой системы сравнительно невелика, а недостатки эксплуатации в этом случае менее выражены. Двухконтурный газовый котел или газовая колонка занимает мало места. Практически все необходимое оборудование смонтировано в корпусе аппарата. Для установки котла мощностью до 30 кВт или газовой колонки не требуется отдельное помещение.

Для приготовления горячей воды и отопления домов и квартир с отапливаемой площадью до 140 м 2 , с одним душем в ванной комнате, рекомендую устанавливать двухконтурные газовые котлы максимальной мощностью 12 кВт.

В системе ГВС с газовой колонкой или двухконтурным котлом стабильность режима подачи воды значительно возрастет, если в схему между нагревателем и точками разбора воды установить буферную емкость — обычный накопительный электроводонагреватель. Особенно рекомендуется устанавливать такой буферный накопительный электроводонагреватель вблизи точек разбора, удаленных от газового аппарата.

В схеме с буферным баком горячая вода от газовой колонки или двухконтурного котла сначала поступает в бак электрического бойлера — водонагревателя. Таким образом, в баке всегда содержится запас горячей воды. Электрический нагреватель в баке лишь компенсирует теплопотери и поддерживает необходимую температуру горячей воды в период, когда отсутствует разбор воды. Достаточно электроводонагревателя с баком небольшой емкости — даже литров 30, и пользование горячей водой станет намного комфортнее.

Система ГВС с проточным водонагревателем и встроенным в котел или выносным бойлером послойного нагрева будет несколько дороже. Зато здесь не потребуется расходовать дорогую электроэнергию на поддержание температуры воды, а комфорт пользования водой будет таким же, как и с бойлером косвенного нагрева.

В домах с разветвленной сетью ГВС реализуйте схему с накопительным водоподогревателем (бойлером) и рециркуляцией воды. Только такая схема обеспечит необходимый комфорт и экономную эксплуатацию системы ГВС. Правда, первоначальные затраты на её создание самые большие.

Рекомендуется покупать котлы, которые продаются в комплекте с бойлером. В этом случае параметры котла и бойлера уже правильно подобраны производителем, а большая часть дополнительного оборудования встроена в корпус котла.

Если отопление в доме осуществляется твердотопливным котлом, то выгодно установить буферный бак – аккумулятор тепла, к которому и подключить систему ГВС с циркуляцией воды.

В ином случае, для подогрева воды в доме, к твердотопливному котлу присоединяют бойлер косвенного нагрева, дополнительно оснащенный электронагревателем.

Электрический бойлер ГВС выгодно использовать в доме с твердотопливным котлом

Часто для нагрева воды в доме с твердотопливным котлом, используется только электроэнергия. Для ГВС в доме, вблизи точек разбора воды, устанавливают накопительный электрический бойлер — водоподогреватель. Систему циркуляции горячей воды в этом варианте не делают. Возле удаленных точек разбора воды выгоднее установить свой отдельный накопительный подогреватель. В этом случае электроэнергия на подогрев воды расходуется более экономно.

При нагревании воды выше 54 о С из воды выделяются соли жесткости. Для уменьшения образования накипи по возможности нагревайте воду до температуры ниже указанной.

Особенно чувствительны к образованию накипи проточные водонагреватели. Если вода жесткая, содержит более 140 мг CaCO3 в 1 литре, то применение для нагрева воды проточных водонагревателей, в том числе и с бойлерами послойного нагрева, не рекомендуется. Даже небольшие отложения накипи забивают каналы в проточном нагревателе, что ведет к прекращению протока воды через него.

Подачу воды в проточный водонагреватедль рекомендуется производить через антинакипный фильтр, который снижает жесткость воды. Фильтр имеет сменный картридж, который придется регулярно менять.

Для подогрева жесткой воды лучше выбрать накопительную систему ГВС с бойлером косвенного нагрева. Отложения солей на нагревательном элементе бойлера не препятствуют протоку воды, а только снижают производительность бойлера. Бойлер проще чистить от накипи.

Следует помнить, что длительный нагрев воды до температуры менее 60 о С может привести к появлению в накопительном баке (бойлере) с горячей водой вредных для здоровья человека бактерий вида Legionella. Рекомендуется периодически выполнять термическую дезинфекцию системы ГВС, повышая на какое-то время температуру воды до 70 о С.