Сети горячего водоснабжения (ГВ) имеют много общего с сетями холодного водоснабжения. Сеть горячего водоснабжения бывает с нижней и верхней разводкой. Сеть горячего водоснабжения бывает тупиковой и закольцованной, но, в отличие от сетей холодного водопровода, кольцевание сети необходимо для сохранения высокой температуры воды.
Простые (тупиковые) сети ГВ применяют в небольших малоэтажных зданиях, в бытовых помещениях промышленных зданий и в зданиях со стабильным потреблением горячей воды (бани, прачечные).
Схемы сетей горячего водоснабжения с циркуляционным трубопроводом следует применять в жилых зданиях, гостиницах, общежитиях, лечебных учреждениях, санаториях и домах отдыха, в детских дошкольных учреждениях, а также во всех случаях, когда возможен неравномерный и кратковременный отбор воды.
Обычно сеть горячего водоснабжения состоит из горизонтальных подающих магистралей и вертикальных распределительных трубопроводов-стояков, от которых устраивают поквартирные разводки. Стояки горячего водоснабжения прокладывают как можно ближе к приборам.
Рисунок 1. Схема с верхней разводкой подающей магистрали: 1 - водонагреватель; 2 - подающий стояк; 3 - распределительные стояки; 4 - циркуляционная сеть
Кроме того, сети горячего водоснабжения подразделяются на двухтрубные (с закольцованными стояками) и однотрубные (с тупиковыми стояками).
Рассмотрим некоторые из большого числа возможных схем сетей горячего водоснабжения.
При верхней разводке магистралей сборный циркуляционный трубопровод замыкается в виде кольца. Циркуляция воды в трубопроводном кольце при отсутствии водоразбора осуществляется под действием гравитационного напора, возникающего в системе из-за разницы плотности охлажденной и горячей воды. Охлажденная в стояках вода опускается вниз в водонагреватель и вытесняет из него воду с более высокой температурой. Таким образом происходит непрерывный водообмен в системе.
Тупиковая схема сети (рис.2) имеет наименьшую металлоемкость, но из-за значительного остывания и нерационального сброса остывшей воды применяется в жилых зданиях высотой до 4-х этажей, если на стояках не предусмотрены полотенцесушитель и протяженность магистральных труб мала.
Рисунок 2. Тупиковая схема горячего водоснабжения: 1 - водонагреватель; 2 – распределительные стояки
Если же протяженность магистральных труб велика, а высота стояков ограничена, применяют схему с закольцованными подающей и циркуляционными магистралями с установкой на них циркуляционного насоса (рис. 3).
Рисунок 3. Схема с закольцованными магистральными трубопроводами: 1 - водонагреватель; 2 - распределительные стояки; 3 - диафрагма (дополнительное гидравлическое сопротивление); 4 - циркуляционный насос; 5 - обратный клапан
Наибольшее распространение получила двухтрубная схема (рис. 4), в которой циркуляция по стоякам и магистралям осуществляется с помощью насоса, забирающего воду из обратной магистрали и подающего ее в водонагреватель. Система с односторонним присоединением водоразборных точек к подающему стояку и с установкой полотенцесушителей на обратном стояке представляет собой наиболее распространенный вариант подобной схемы. Двухтрубная схема оказалась надежной в эксплуатации и удобной для потребителей, но для нее характерна высокая металлоемкость.
Рисунок 4. Двухтрубная схема горячего водоснабжения: 1 - водонагреватель; 2 - подающая магистраль; 3 - циркуляционная магистраль; 4 - циркуляционный насос; 5 - подающий стояк; 6 - циркуляционный стояк; 7 - водоразбор; 8 - полотенцесушители
Для снижения металлоемкости в последние годы стали использовать схему, в которой несколько подающих стояков объединяются перемычкой с одним циркуляционным стояком (рис. 5).
Рисунок 5. Схема с одним объединяющим циркуляционным стояком: 1 - водонагреватель; 2 - подающая магистраль; 3 - циркуляционная магистраль; 4 - циркуляционный насос; 5 - водоразборные стояки; 6 - циркуляционный стояк; 7 - обратный клапан
Недавно появились схемы однотрубной системы горячего водоснабжения с одним холостым подающим стояком на группу водоразборных стояков (рис.6). Холостой стояк изолирован и устанавливается в паре с одним водоразборным или в секционном узле, состоящим из 2-3 закольцованных водоразборных стояков. Основное назначение холостого стояка - транспортирование горячей воды из магистрали в верхнюю перемычку и далее в водоразборные стояки. В каждом стояке происходит самостоятельная дополнительная циркуляция за счет гравитационного напора, возникающего в контуре секционного узла из-за остывания воды в водоразборных стояках. Холостой стояк помогает правильному распределению потоков в пределах секционного узла.
Рисунок 6. Секционная однотрубная схема горячего водоснабжения: 1 - подающая магистраль; 2 - циркуляционная магистраль; 3 - холостой подающий стояк; 4 - водоразборный стояк; 5 - кольцующая перемычка; 6 - запорная арматура; 7 - полотенцесушитель.
Принципиальная схема системы горячего водоснабжения включает в себя установку для нагревания холодной воды до температуры не выше 75° С и сети разводящих трубопроводов. Для этой цели используют скоростные проточные водонагреватели. В таких водонагревателях вода протекает со значительной скоростью через нагревательные трубки, которые в свою очередь подогреваются водой из теплосети, проходящей внутри корпуса водонагревателя и омывающей их.
При приготовлении горячей воды в ЦТП по закрытой схеме используют скоростные водонагреватели OCT 34-588-68 (теплоноситель -вода), OCT 34-531-68 и OCT 34-532-68 (теплоноситель - пар).
Рис. 174. Скоростные водонагреватели: а -секционный ОСТ-34-588-68, б-паровой; 1 - корпус, 2- линзовый компенсатор, 3 - решетка, 4 - латунные трубки, 5 - трубная система, 6 - задняя водяная камера, 7 - колпак, 8 - передняя водяная камера
Водонагреватели ОСТ 34-588-68 ( , а) рассчитаны на давление 1 МПа и температуру теплоносителя 150° С. Выпускают их отдельными секциями наружным диаметром от 57 до 325 мм с поверхностью нагрева каждой секции от 0,37 до 28 м2. Требуемая поверхность нагрева ^водонагревателя комплектуется из однотипных секций, соединяемых между собой калачами. Секция состоит из корпуса 1 с приваренными к ней стальными трубными решетками 3 и пучка латунных трубок 4 диаметром 16X1 мм. К корпусу приварены патрубки с фланцами для соединения секций в межтрубном пространстве. Горячая вода из теплосети направляется в межтрубное пространство, а нагреваемая вода перемещается по трубкам водонагревателя.
Паровые водонагреватели (ОСТ 34-531-68 и ОСТ 34-532-68) ( ,6) предназначены для подогрева воды паром в системах отопления и горячего водоснабжения. Максимальное рабочее давление пара 1 МПа. Водонагреватели выпускают двухходовые (ОСТ 34-531-68) и четырехходовые (ОСТ 34-532-68), Поверхность нагрева может быть от 6,3 до 224 м2.
Водонагреватель состоит из корпуса 1, трубной системы 5, передней 8 и задней 6 водяных камер. В трубную систему входят стальные решетки и пучок латунных трубок диаметром 16X1 мм. Нагреваемая вода поступает через нижний патрубок передней входной камеры, проходит по латунным трубкам, подогревается и через верхний патрубок уходит в сеть. Пар, подогревающий воду, поступает в межтрубное пространство.
Нагретая в водонагревателе вода по подающему трубопроводу поступает в систему горячего водоснабжения, из которой потребители используют ее для бытовых и производственных целей. Взятая из системы вода пополняется из водопровода.
Для подогрева остывшей в системе воды прокладывается циркуляционный трубопровод, который соединяет систему горячего водоснабжения с водонагревателем.
Чтобы поддерживать постоянный расход воды, поступающей из тепловой сети, устанавливают регулятор расхода, а на трубопроводе, подающем холодную воду в водонагреватель, - водомер, который учитывает расход воды. На узле управления у водонагревателей монтируют задвижки для отключения трубопровода системы горячего водоснабжения и отопления и отдельных частей узла. Давление и температуру воды в отдельных точках узла управления измеряют манометрами и термометрами.
В зависимости от назначения системы горячего водоснабжения выполняют с двухтрубными стояками, один из которых циркуляционный, и однотрубными.
Двухтрубные системы горячего водоснабжения с циркуляционными стояками () применяют там, где не допускается остывание воды в трубах, например в многоэтажных жилых зданиях, гостиницах, больницах и других зданиях.
Рис. 175. Двухтрубная система горячего водоснабжения с циркуляционными, стояками
Рис. 176. Однотрубная схема горячего водоснабжения: 1 -диафрагма, 2-пробковый кран, 3 - подающая транзитная магистраль, 4 - циркуляционная транзитная магистраль
В однотрубных системах централизованного горячего водоснабжения, используемых в жилых домах (), стояки в пределах одной секции вверху соединяются между собой, причем все стояки, кроме одного, присоединяются к подающей магистрали 3, а один холостой стояк - к циркуляционной магистрали 4. Чтобы обеспечить равномерную циркуляцию воды в системах горячего водоснабжения зданий, присоединяемых к одному центральному тепловому пункту, на холостом стояке устанавливают диафрагму.
Для лучшего водораспределения к отдельным точкам потребления воды, а также в целях сохранения одинаковых диаметров по всей высоте здания в однотрубных системах горячего водоснабжения стояки закольцовывают. При кольцевой схеме для зданий высотой до 5 этажей включительно диаметры стояков принимают 25 мм, а для зданий от 6 этажей и выше - диаметром 32 мм. Температурные удлинения в стояках систем горячего водоснабжения зданий повышенной этажности компенсируются за счет установки одновитковых полотенцесушителей, а в.-двухтрубных системах горячего водоснабжения за счет установки на стояках П-образных компенсаторов.
Полотенцесушители из оцинкованных труб присоединяются к системе горячего водоснабжения по проточной схеме. Трубопроводы горячего водоснабжения, в целях предохранения от коррозии, следует выполнять из стальных оцинкованных труб.
Для обеспечения воздухоудаления из системы трубы прокладывают с уклоном к вводу не менее 0,002. В системах с нижней разводкой воздух удаляют через верхний водоразборный кран. При верхней разводке воздух удаляется через автоматические воздухоотводчики, устанавливаемые в верхних точках систем.
Система горячего водоснабжения имеет много общего с холодной. Так сеть горячего водоснабжения может быть:
· с нижней и верхней разводкой;
· тупиковой или кольцевой.
Но в отличие от холодного водопровода кольцевая сеть выполняется с другой целью – сохранение высокой температуры у потребителя.
Тупиковая схема имеет наименьшую металлоемкость, но ввиду того, что здесь нет циркуляции, то происходит значительный сброс воды в канализацию (из-за остывания воды в стояках).
Такая схема применяется в зданиях с этажностью до четырех этажей или если на стояках не предусматриваются полотенцесушители, а также протяженность сети достаточно мала (рис. 4.4).
Схемы горячего водоснабжения с циркуляционным трубопроводом различны. Если протяженность магистральных трубопроводов большая то применяется схема с верхней разводкой , а циркуляционный трубопровод замыкает только циркуляционную сеть (рис. 4.5).
В схеме на рис. 4.6. циркуляционный трубопровод прокладывается с нижней разводкой магистрали . Циркуляция воды в данном случае при отсутствии водоразбора осуществляется под действием гравитационного напора, возникающего в схеме из-за разности плотностей остывающей и горячей воды. Охлажденная вода поступает вниз и подается в водонагреватель. Выпускаемая из него вода имеет более высокую температуру, таким образом происходит постоянный водообмен.
Если протяженность магистральных трубопроводов велика, а высота стояков ограничена, то применяют схему, закольцованную с подающей и циркулирующей магистралями. (Подача циркуляционной воды осуществляется насосом). В этой схеме тоже может наблюдаться некоторое остывание воды, но объем ее незначительный, и поэтому протяженность сети может быть увеличена.
Наибольшее распространение в системе горячего водоснабжения получили двухтрубные схемы, в которых циркуляция по стоякам и магистралям осуществляется с помощью насоса, забирающего воду из обратной магистрали и подающего к водонагревателю (рис. 4.7).
Схема с односторонним присоединением водоразборных точек к подающему стояку и с установкой полотенцесушителей на обратном стояке является наиболее распространенной. Данная схема самая надежная в эксплуатации, но ее недостаток – большая металлоемкость.
Для уменьшения металлоемкости (рис. 4.8) подающие стояки объединяются перемычкой с одним циркуляционным стояком. Такая схема используется в общественных зданиях, где нет полотенцесушителей.
Трубопровод для горячего централизованного водоснабжения нельзя сделать по схеме холодного водопровода. Эти трубопроводы тупиковые, то есть они заканчиваются на последней точке водоразбора. Если сделать горячий водопровод в многоквартирном доме по той же схеме, то вода ночью, когда ей пользуются мало, остынет в трубопроводе. Кроме того, может быть такая ситуация, например, жители пятиэтажки, расположенные на одном стояке, днем ушли на работу, вода в стояке остывает и вдруг кому-то из жильцов на пятом этаже понадобилась горячая вода. После включения крана придется сначала слить из стояка всю холодную воду, дождаться теплой, а потом горячей воды - это чрезмерно большой расход. Поэтому трубопроводы горячего водоснабжения делают закольцованными: вода нагревается в котельной, тепловом узле или бойлерной и подается по подающему трубопроводу к потребителям и возвращается назад в котельную по другому трубопроводу, который в этом случае называют циркуляционным.
В централизованной системе горячего водоснабжения прокладку трубопроводов в доме выполняют с двухтрубными и однотрубными стояками (рис. 111).
Рис. 111.Схемы разводки горячего водоснабжения в централизованных системах
Двухтрубная система горячего водоснабжения состоит из двух стояков, один из которых подает воду, другой отводит. На отводящем циркуляционном стояке размещают отопительные приборы - полотенцесушители. Воду все равно нагрели и подали потребителям, а будут они ей пользоваться или нет и в какое время, неизвестно, так чего добру пропадать, пусть эта вода греет полотенцесушители и воздух в сырых, по определению, ванных комнатах. Кроме того, полотенцесушители служат П-образным компенсатором для температурного удлинения труб.
Однотрубная система горячего водоснабжения отличается от двухтрубной тем, что в ней все циркуляционные стояки (в пределах одной секции дома) объединили в один и назвали этот стояк «холостым» (нет у него потребителей). Для лучшего водораспределения к отдельным точкам потребления воды, а также в целях сохранения одинаковых диаметров по всей высоте здания в однотрубных системах горячего водоснабжения стояки закольцовывают. При кольцевой схеме для зданий высотой до 5 этажей включительно диаметры стояков принимают 25 мм, а для зданий от 6 этажей и выше - диаметром 32 мм. Полотенцесушители в однотрубной разводке ставят на стояки подачи, а это означает, что при слабом нагреве воды в котельных она может дойти до дальних потребителей остывшей. Горячую воду будут не только разбирать ближние потребители, но она еще и будет остывать в их полотенцесушителях. Для того чтобы вода не остывала и доходила горячей до удаленных потребителей в полотенцесушители врезают байпас.
Двух- и однотрубные системы горячего водоснабжения могут быть сделаны и без полотенцесушителей, но тогда эти приборы должны быть подключены к системе отопления. При этом в летний период полотенцесушители работать не будут, а в зимний - общие затраты на горячее водоснабжение и отопление возрастут.
Для обеспечения воздухоудаления из системы трубы прокладывают с уклоном не менее 0,002 к вводу трубопровода. В системах с нижней разводкой воздух удаляют через верхний водоразборный кран. При верхней разводке воздух удаляется через автоматические воздухоотводчики, устанавливаемые в верхних точках систем.
Регулирующий клапан 9 поддерживает в стояке 2 постоянное давление, которое должно быть на 5 м больше высоты расположения самого высокого водоразборного крана. Это давление контролируется датчиком давления 5, установленным выше сужающего устройства 7. При недостаточной разности давлений, измеряемой датчиками 5, установленными до и после сужающего устройства, свидетельствующей о том, что расход по стояку стал меньше расчетного циркуляционного расхода, контроллер 6 дает команду на открытие регулирующего клапана 8. В результате вода с расходом, соответствующим расчетному циркуляционному для рассматриваемого стояка, начнет поступать в теплоизолированный мембранный бак 4 и постепенно накапливаться там. Таким образом, при всех закрытых водоразборных кранах движение горячей воды по стояку не прекратится и при открытии любого крана из него тотчас же потечет горячая вода.
После того, как разбор горячей воды возобновится в объеме, превышающем расчетный циркуляционный расход, что будет зафиксировано увеличившейся разностью давлений до и после сужающегося устройства, регулирующий клапан 9 должен закрыться, чтобы накопившаяся в мембранном баке горячая вода под давлением мембраны вылилась в стояк. После этого во время водоразбора клапан 8 будет находиться в полностью закрытом положении, а клапан 9 станет выполнять свое основное назначение - поддерживать в стояке постоянное давление.
Схема (в несколько упрощенном виде) однажды уже была опубликована (Гершкович В. Ф. Система горячего водоснабжения. Авт. свид. СССР № 1174679), но в то время ее практическая реализация вряд ли могла бы состояться. Теперь задача запрограммировать контроллер (поз. 6 на рис. 1), работающий по непростому алгоритму, по силам любому грамотному программисту.
Но для начала оценим физические размеры мембранного бака, необходимого для эффективной работы схемы.
Рассмотрим стояк горячего водоснабжения 10-этажного жилого дома. На нем не должно быть полотенцесушителей (рационально использовать электрические), потому что они не должны потреблять энергию круглосуточно, как это было раньше, а включаться потребителем только тогда, когда ему это нужно. При среднем диаметре стояка 20 мм и качественно выполненной тепловой изоляции с КПД около 80 % потери тепловой энергии оцениваются величиной около 725 Вт. Если допустить падение температуры по длине стояка при отсутствии водоразбора на 10 °C, то в этом режиме в мембранный бак должно проходить около 65 л/ч горячей воды. Вероятно, максимальная (в течение суток) продолжительность работы стояка системы ГВС при полном отсутствии водоразбора будет не более 6 ночных часов. За это время в мембранный бак попадет около 400 л горячей воды. Чтобы вместить такое количество, потребуется бак общей емкостью около 600 л. Его нетрудно установить в объеме верхнего технического этажа 10-этажного жилого дома.
Выходит, система ГВС без циркуляционных трубопроводов и насоса могла бы быть установлена в жилом доме, но выгодна ли она?
Рассмотрим условный 10-этажный жилой дом, в котором расположены ИТП с водоподогревателями горячего водоснабжения и четыре стояка, выполненные по схеме рис. 1, и оценим сопоставимые затраты на установку и эксплуатацию систем ГВС такого дома, по предложенной (схема А) и традиционной (схема Б) схемам (табл. 1).
