Система отопления с горячим водоснабжением: как работает и разновидности

Без горячей воды невозможен комфортный быт

Современный комфортный быт невозможен без горячей воды. В нашей статье рассмотрим, как работает система отопления с горячим водоснабжением, каковы ее разновидности. Отметим особенности функционирования различных узлов.

Какие бывают системы отопления

Вначале немного классификации систем отопления, так как от их типа зависит связь с горячим водоснабжением и некоторые особенности конструкции.

Они делятся по типу топлива или энергоресурсов:

1. отопление на твердом топливе: сжигающее уголь, древесину, торф или горючие сланцы и. п.;
2. отопление на жидком топливе использующее мазут, соляру, нефть или их отходы;
3. отопление со сжиганием природного или сжиженного газа;
4. электроотопление — о нем в конце раздела несколько подробнее.

• Автономная — котел или несколько котлов обслуживают только один дом.
• Централизованная система отопления и горячего водоснабжения— одна котельная или ТЭЦ (теплоэлектроцентраль) обогревает группу строений вплоть до целых городских районов или небольших (и даже больших, в отдельных случаях) городов.

Особенности электроотопления

Почти все типы отопления работают по следующему принципу:

1. Теплогенератор — чаще всего котел, нагревает теплоноситель (специально подготовленную воду).
2. Вода распределяется между потребителями и с помощью радиаторов, конвекторов или других тепловых приборов нагревает воздух в помещениях.

В случае с электроотоплением воду тоже может нагревать электрокотел. Тогда такая система ничем (за исключением котла) не отличается от обычных.

Но чаще используют более простой и экономически выгодный вариант: подключают электроэнергию к каждому нагревательному прибору. В этом случае отпадает потребность в трубах, котлах и т. д., а КПД системы повышается, так как отпадают потери при нагреве теплоносителя и его транспортировке.

Совет. Иногда системы отопления заполняют антифризом или машинным маслом. Прироста КПД это не дает, а выгодно только в том случае, если котел долго не будет топиться при минусовых температурах. Учитывая то, что в холодном доме обязательно пострадает отделка, такой подход — просто лишние затраты. Лучше за те же деньги приобрести систему водоподготовки.

Теперь, от простого сложному. Перейдем к описанию систем отопления с ГВС (общепринятое сокращение для систем горячего водоснабжения). По ходу будем описывать конструкцию и назначение ее узлов.

Вариант горячего водоснабжения в небольшом доме с автономным отоплением

Котельная в коттедже

Начнем с небольшого частного дома с автономным отоплением от установленного в нем котла. Для него возможны следующие схемы отопления и водоснабжения горячей водой.

Первый — простейший, но неверный вариант

Казалось бы, горячее отопление в нем сделать проще всего. Врезаемся в систему отопления и отбираем часть воды из него. Но так делать нельзя по нескольким причинам.

1. Вода содержит соли, которые вызывают отложение накипи на элементах системы отопления. Это мешает нормальной теплоотдаче.

Даже если мы не используем в системе устройство водоподготовки (умягчения) воды, те соли, которые попали в трубы и котел при первоначальной заправке, уже отложились на стенках. Новым, за исключением небольшого количества попадающего при подпитке, появиться не откуда. Если будет о постоянный отбор, то вода будет все время обновляться, а накипь быстро расти.

1. Если (что в частных домах встречается крайне редко) была установлена система водоподготовки, ее производительности не хватит, чтобы обеспечить не только подпитку, но и систему ГВС. Установки необходимой пропускной способности стоят дороже.

К тому же умягченная вода не вкусна. Кроме того прибавьте цену постоянно расходуемых реактивов (а некоторые могут быть и вредными для здоровья).

1. Вода в системе отопления может быть загрязнена ржавчиной, смытой из труб, радиаторов и котла. Для горячего водоснабжения используют либо полимерные, либо оцинкованные изнутри трубы, и их протяженность меньше.
2. При постоянном отборе сетевой воды возможен упуск ее из системы и закипание, а затем взрыв котла. Не спасает от этого даже автоматическая система подпитки.

Как правильно монтируются системы горячего водоснабжения в этом случае

Как правило, схема отопления и горячего водоснабжения в этом случае строится по одному из нескольких возможных вариантов.

Установить отдельный газовый или электрический бойлер

Бойлерами в обиходе называют устройства для нагрева воды (водоподогреватели). Если бойлер газовый или электрический — это фактически котел (в английском языке boiler — котел), предназначенный для нагрева воды в системе горячего водоснабжения (о других разновидностях расскажем ниже). Тогда в доме у нас будут две отдельные системы горячего водоснабжения отопленияне связанные между собой.

Плюсы данной системы.

• Немного упрощается разводка.
• Для подготовки горячей воды не требуется разжигать котел.

• цена системы получается выше, чем у прочих представленных ниже вариантов;
• требуется больше места для размещения оборудования.

Данный подход обоснован, если смонтирован твердотопливный котел и не хочется его разжигать, например, в летнее время. Хотя стоимость подогрева электроэнергией выше, но при небольших количествах воды (помыть посуду) ради удобства можно пойти на лишние траты.

Двухконтурный котел

Вместо обычного котла устанавливают двухконтурный. В нем кроме теплообменников для нагрева сетевой воды установлены и теплообменники для горячего водоснабжения. Их покрытие рассчитано на работу с питьевой водой, и не ухудшает ее качества.

К входу второго контура нужно подключить водопровод, а с его выхода отбирают готовую горячую воду. Как правило, такие котлы промышленного производства имеют и системы контроля, и регулирования температуры воды. Если речь идет об устройствах со сжиганием газа или жидкого топлива, то контроллер для систем отопления и горячего водоснабжения, встроенный в котел, автоматически зажигает горелку при фиксировании расхода воды.

Данный подход тоже имеет как плюсы, так и минусы. К плюсам можно отнести:

• не требуется закупать и устанавливать дополнительного оборудования, экономится место;
• упрощается схема разводки трубопроводов.

Минусы тоже есть:

• двухконтурный котел дороже, чем обычный такой же мощности;
• контур горячего водоснабжения котла, хотя и рассчитан на проточную воду, все равно покрывается накипью, и требуется его периодическая очистка.

Установитьпроточный теплообменник

Схема системы отопления и ГВС с проточным теплообменником

Наиболее оправданный вариант. В этом случае в систему отопления врезается проточный теплообменник, его тоже называют бойлером. Он представляет собой систему трубок, по которым циркулирует вода, в кожухе омываемым другим потоком воды.

• То есть, по одному контуру циркулирует теплоноситель отопления, по другому – водопроводная вода, которая нагревается.
• Такой теплообменник тоже периодически очищают, но из-за простоты конструкции сделать это легче, чем удалить накипь в обычном котле. К тому же, так как нагрев осуществляется не пламенем с высокой температурой, а сетевой водой, отложения образуются медленно.
• Существует два варианта таких бойлеров с прямым блоком внутренних труб и с их пучком, завитым в спираль. Первый более габаритный, но дешевле и легче чистится, второй дороже, но компактнее.
• При необходимости несколько секций бойлера связывают между собой «U» перемычками, увеличивая мощность.

Проточные теплообменники подключаются двумя способами.

Для сведения: Обычно поступающая от котла или водонагревателя вода называется подачей, а идущая на подогрев обраткой. На схемах и чертежах они обычно обозначаются Т1 и Т2 (подача и обратка) для систем отопления и соответственно Т3 и Т4 для горячеговодоснабжения.

1. Прямоточный, когда два потока теплоносителя и горячего водоснабжения движутся в трубах в одном направлении. В этом случае, можно использовать менее мощное устройство (монтировать меньше секций) но горячая вода будет нагреваться только до температуры обратки системы отопления.
2. Встречный, потоки движутся на встречу. Нужен более мощный бойлер, но вода нагревается почти до температуры подачи из котла.

К минусам можно отнести то, что открытая система горячего водоснабжения и отопления, в которой нет насосов, работает с проточными теплообменниками плохо. Циркуляция теплоносителя обеспечивается только за счет конвекции и для качественного нагрева нужны бойлеры с большой поверхностью обмена — а значит, крупногабаритные.

Дополнительные узлы и элементы системы отопления с горячим водоснабжением

Для того, чтобы системы горячего водоснабжения и отопления работали качественнее, чаще всего в них кроме непосредственно устройств для нагрева воды, труб и отборных устройств (кранов, смесителей), монтируют ряд дополнительных деталей и узлов. Расскажем о них и местах установки.

Запорная арматура

Краны и смесители в местах разбора воды у раковин, ванн, унитазов и т. п. конечно устанавливаются по умолчанию. Но лучше дополнительно смонтировать несколько кранов на самих трубопроводах.

Потом, например, можно будет спокойно заменить прокладку или буксу в смесителе на кухне, и не оставляя весь дом без воды.

Терморегулятор

В двухконтурных котлах и автономных бойлерах его роль чаще всего на себя берет система управления водонагревающего агрегата. При установке отдельных проточных бойлеров, это устройство монтируют отдельно. Предназначено оно для регулирования температуры воды.

• Конечно, простейшая система отопления и система горячего водоснабжения, может обойтись и без него. Ведь нам не нужны стабильные, регламентируемые стандартом 50 градусов, температуру воды в смесителе можно отрегулировать просто больше добавив холодной.
• Но если мы хотим этого, то почему бы и нет. В центральных системах отопления и горячего водоснабжения регулятор ставят и по ряду других причин. Об этом ниже.
• Терморегулятор представляет собой датчик, установленный на выходе горячей воды, запорную арматуру (кран, вентиль и т. п.) с электроприводом, установленную на подаче теплоносителя (исполнительное устройство), и блок управления, которым задают необходимую температуру.

Если вода нагрелась выше заданного уровня, то исполнительное устройство уменьшает поток теплоносителя через бойлер и температура уменьшается. При остывании подача наоборот увеличивается.

Циркуляционные насосы

Одна из моделей насосов, которые могут работать в ГВС

Всем знакома ситуация, когда из крана течет сразу холодная вода, а потом уже горячая. Это свидетельствует о том, что система горячего водоснабжения собрана по тупиковой схеме, вода к крану течет только по одной трубе под напором, создаваемым водопроводом.

• Чтобы этого избежать, особенно если от котла или бойлера до крайнего разборного устройства большое расстояние, лучше устроить циркуляцию. То есть, проводить по две трубы: подачу и обратку — а циркуляцию создавать принудительно насосом.
• Конечно, это дополнительные затраты, но только так можно обеспечить комфортное использование горячего водоснабжения.
• Закольцевать систему и установить насосы отопления и горячего водоснабжения стоит и еще по одной причине — чтобы обеспечить нормальную работу терморегуляторов котла или бойлера.
• Приведем еще одну известную всем ситуацию: вы стоите в душе и, работая со смесителем, никак не можете установить комфортную температуру воды. Она идет то холодная то горячая.
• Все делом в том, что система тупиковая и терморегулятор не может понять ваших действий — точнее понимает, но с опозданием. То есть, сейчас у вас холодная вода, вы даете больше напор горячей.
• Терморегулятор котла, увидев увеличение расхода, включает горелку. Но пока горячая вода пройдет расстояние от котельной до душевой, пройдет несколько минут. Возможно, вы сильно увеличили подачу, и вода для вас станет обжигающей.

Об особенностях систем ГВС с рециркуляцией в частном доме можете дополнительно посмотреть видео в этой статье:

Обратные клапана

Конструкция простой модели обратного клапана

Это разновидность арматуры, которая пропускает воду только в одном направлении. Устанавливать такой клапан перед бойлером обязательно в том случае, если у вас установлен циркуляционный насос. Он создает давление больше, чем в водопроводной сети, и естественно ваша горячая вода будет передавливать холодную, и возвращаться в водопровод.

Желательно установить и еще два клапана:

1. Перед всасывающей частью (входом) циркуляционного насоса. Если по каким-то причинам в водопроводе исчезнет вода, то сойдет она из корпуса насоса. Запустив его «на сухую» (что запрещает почти любая инструкция), можно сорвать крыльчатку с вала.

Без сопротивления лопастям водой она может раскрутиться до большой скорости. Кроме того в современных насосах с «мокрым» ротором вода нужна и для смазки вала, и охлаждения электродвигателя.

Клапан, установленный перед насосом, не даст воде уйти из корпуса. При этом насос нужно монтировать обязательно внизу, ниже всех водоразборных точек.

Внимание. Как правило, ниже всех находится вход в бачок унитаза на первом этаже. Не забывайте про это.

1. На входе в дом водопровода, можно и еще в нескольких местах на сетях холодной воды в доме. Все дело в том, что некоторые смесители могут перепускать горячую воду в линию холодной. Избежать неоправданного расхода воды и энергии на ее нагрев поможет клапан.

Совет. О том, что у вас неисправен один из смесителей, свидетельствует появление теплой или горячей воды в кранах холодной. Найдите неисправность и устраните.

Манометры

Это приборы для контроля давления. Можно обойтись и без них, но тогда неисправности будет искать труднее. Желательно установить их на вводе холодной воды перед и после водонагревателя (котла) и насоса.

Тогда мы разу сможем находить следующие неисправности:

1. Отсутствие подачи холодной воды, давление будет низким.
2. Засорение котла или водонагревателя, большой перепад давлений до и после.
3. Выход из строя насоса, наоборот отсутствие перепада давления.

Желательно чтобы шкалы манометров (предел измерения), предназначенные для отопления и горячего водоснабжения, были такими, чтобы рабочие давления находились во второй ее трети.

Термометр

В принципе, можно его и не устанавливать, но с ним проще контролировать температуру воды. Монтируется он после циркуляционного насоса, а если его нет, то на выходе водонагревателя (котла). Если стоит терморегулятор с дисплеем, то, как правило, контролировать температуру воды можно с его помощью, по замерам его датчика.

Разводка трубопроводов

Никаких особых требований к разводке трубопроводов горячей воды в небольшом доме не существует. Они укладываются любым способом, обычно параллельно водопроводу с холодной водой.

Если нужно завести горячую воду на второй или третий этаж, делают стояки. Уклоны соблюдать не обязательно, так как вода подается под напором водопровода или циркуляционного насоса.

Теплоизоляция труб позволит избежать потерь

Но важно учесть то, что после монтажа должна быть выполнена теплоизоляция системы отопления и горячего водоснабжения, чтобы не было пустой траты энергии. Можно применять любые утепляющие материалы.

Многоквартирные дома с автономным отоплением

У многоэтажных зданий есть свои особенности систем отопления и горячего водоснабжения

В принципе такое отопления является центральным, так как общедомовая котельная является центральной для всех квартир.

• Автономным можно считать только тот случай, когда в каждой квартире монтируется свой индивидуальный котел. Обычно такой вариант встречается, если дом, по каким-то причинам отключен от теплотрасс, а жильцы не могут договориться об устройстве котельной для подключения всего дома.
• В этом случае справедливо все, что мы сказали выше про небольшой индивидуальный дом.
• Но дальше рассмотрим вариант, когда котельная отапливает только один многоквартирный дом. У нас такой подход к конструированию систем редкость.
• Обычно это либо крышные котельные на удаленных от теплотрасс домах, либо котельные больших зданий (небоскребов) в мегаполисах которые проектируются с расчетом возможности функционировать некоторое время вне зависимости от городских коммуникаций.
• Встречаются котельные на один многоквартирный дом и в сельской местности или небольших поселках.

Интересный факт. У нас такой подход является редкостью, а за рубежом это скорее правило. Например, в Нью-Йорке более 90 % многоквартирных домов отапливаются котельными, работающими только на одно здание и сжигающими жидкое топливо.

За границей свой подход к системам ГВС

Схема построения горячего водоснабжения в многоквартирных домах аналогична той, что используется и в небольших жилых зданиях, правда используется более мощное оборудование. Но есть и некоторые нюансы, рассмотрим их подробнее.

Установка приборов учета

Водомер для горячей воды

В частном доме вы являетесь собственником системы отопления с горячим водоснабжением и потребителем горячей воды. Поэтому приборы учета вам не нужны.

• В многоквартирных домах системы отопления, как правило, принадлежат собственнику всего строения, и жильцам горячая вода продается. Поэтому в каждой квартире обязательно монтируют приборы учета. Чаще всего это водомеры.

Внимание. Водомеры, рассчитанные на учет холодной воды, не могут работать в сетях ГВС. Обратная замена возможна. Обратите на это внимание когда покупаете счетчик.

• В домах старой постройки горячая вода может подаваться в квартиру по нескольким стояках, например, в кухне и санузле. При этом приходится ставить водомер на каждый ввод. Это усложняет контроль и обслуживание.
• Чтобы избежать этого, сейчас при монтаже систем горячего водоснабжения стараются, чтобы подача была только через один ввод, а затем трубы разводились по квартире.
• Очень редко можно встретить, когда вместо водомеров или совместно с ними монтируют теплосчетчики. Они позволяют учитывать не только количество воды, но и потребленную с ней тепловую энергию.

Кроме того, что приборы учета монтируют в каждой квартире, их устанавливают и в котельной для определения потерь на сетях и списания топлива, а также контроля работы системы.

Почти обязательна установка терморегуляторов

Мы уже говорили, что в системе горячего водоснабжения терморегулятор частного дома является необязательным — можно довольствоваться тем, что горячая вода по температуре будет почти равной сетевой.

Однако в системе автономного горячего водоснабжения многоквартирного жилья это устройства монтируется почти всегда. Этому есть две причины.

Экономическая

Терморегуляторы ставят в первую очередь по экономическим причинам.

Воду собственник дома продает жильцам, и она должна соответствовать стандартам. В России норматив по отоплению, горячему водоснабжению (дополнительно он регламентируется СанПиН 2.1.4.2496-09 «Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения», Изменение к СанПиН 2.1.4.1074-0») и составляет 60-75 оС. Из этого исходят вопросы, которые решаются установкой терморегулятора на оборудовании для горячего водоснабжения.

1. Если вода не соответствует этой температуре, то потребитель вправе не платить за нее. Терморегулятор четко выдерживает заданную температуру.
2. Оплата за горячую воду в большинстве случаев происходит по кубам. Поэтому за воду, нагретую до 80 градусов, потребитель платит столько же, сколько и за нагретую до минимально разрешенных 60.

Понятно, что расход топлива для нагрева до большей температуры тоже больше. Для экономии средств собственники домов настраивают терморегулятор так, чтобы температура соответствовала нижнему пределу стандарта, и экономят деньги.

Техническая

Котел который «плакал»

Кроме перерасходатоплива существует еще техническая причина. Есть такое понятие как «плач котлов». При температуре сетевой воды, равной точке росы для определенного топлива, на теплообменных поверхностях котла начинает конденсироваться вода.

Этот эффект приводит к коррозиидеталей и снижению КПД. Последствия показаны на фото выше. В таблице ниже приведены температуры точки росы для разных видов топлива.

Точка росы для различных видов топлива

Интересный факт. Энергетикам и коммунальникам соседней Беларуси еще хуже. Там минимальная нормативная температура ГВС 50 оС. Это точка росы бурого угля и мазута.

Как видите, для природного газа точка росы соответствует 60 оС, поэтому сетевую воду нужно нагревать больше. Хотя в летнее время можно было отрегулировать контролер котла на эту температуру сетевой воды (иногда она даже совпадает с температурнымграфиком и при определенной температуре воздуха на улице). Поэтому устанавливают терморегуляторы ГВС.

К сведению. Температурный график — это рассчитанная или созданная опытным путем зависимость температуры теплоносителя и температуры воздуха на улице. График утверждается и должен соблюдаться (обычно для этого используют терморегуляторы отопления в домах, на котельных или ЦТП).

Установка дополнительного котла или бойлера

Если в котельной всего один или два котла, их мощность может быть излишней в летнее время, когда расход тепла на отопление на горячие водоснабжение минимальный.

Для того чтобы подавать горячую воду, их приходится постоянно то запускать, то тушить. Это неблагоприятно сказывается на самом котле и снижает его КПД. В этом случае ставят дополнительный котел малой мощности, который в теплое время года используют только для совместной работы с системой горячего водоснабжения.

Система горячего водоснабжения в высотных зданиях

Самое высокое здание в мире — «башня Халифа»

Современные здания могут быть высотой до 584,5 м (последний эксплуатируемый этаж «Бурдж-Халифа»). Столб воды такой высотой создает давление в 58 атмосфер. Поэтому, чтобы не применять теплонасосные установки отопления горячего водоснабжения с большим напором, и не создавалось проблем с прочностью трубопроводов, горячую (и холодную) воду подают ступенчато.

В таких зданиях может быть несколько теплопунктов или даже котельных, отдаленных друг от друга на 10-20 этажей.

Проблема пиков

Монтаж танка-аккумулятора горячей воды

Горячую воду используют неравномерно (как и холодную тоже). Например, глубокой ночью расход минимальный, а вечером в субботу или пятницу резко возрастает. Все начинают заниматься домашними делами, принимают ванну или душ.

Если расчет нагрузок отопления и горячего водоснабжения показывает, что система не сможет справиться без сбоев с пиками, чтобы не устанавливать более мощные бойлеры, иногда проблему решают по-другому.

1. Монтируют дополнительные водонагреватели, которые запускают только в пиковые часы.
2. Устанавливают не проточные, а объемные бойлеры. Они представляют собой теплоизолированные емкости с нагревательными элементами (системой труб по которым циркулирует сетевая вода). Объемные бойлеры накапливают горячую воду в часы меньшего расхода, а потом отдают ее при максимальном разборе.
3. Устанавливают утепленные аккумуляторные баки (танки). Они работают аналогично объемным бойлерам, но не имеют встроенных нагревателей. В них сразу поступает горячая вода от внешних проточных бойлеров.

Центральное отопление

В случае, когда несколько домов подключены к центральной котельной, схема системы горячего водоснабжения от отопления может немного меняться от представленных выше вариантов, но не всегда. Если в котельной установлены водогрейные котлы, предназначенные только для отопления групп зданий, то разница только в том, что котельные могут быть значительно отдалены от бойлеров.

• Больше изменений, если в качестве теплоисточника используют паровые котлы. В этом случае используют особые паровые бойлеры, в которых трубы, по которым циркулирует вода для водоснабжения или сетевая вода, нагреваются паром.
• Паровые котлы в основном используют на ТЭЦ, в которых пар служит не только для нужд отопления и ГВС, но и, вращая турбины, вырабатывает электроэнергию.
• Температура подаваемой в магистральные теплотрассы сетевой воды от больших котельных и ТЭЦ чаще всего постоянна, регулирование в соответствии с температурным графиком для отопления и нормативом для ГВС происходит вблизи потребителей. В остальном разницы нет.

Интересный факт. В советское время в качестве источника тепла для отопления и горячего водоснабжения использовали ядерные реакторы. Было построено несколько таких ТЭЦ, еще больше осталось недостроенными или на стадии проекта. В настоящее время работает только одна Билибинская ТЭЦ на севере. Но «Росэнергоатом» сейчас снова вернулся к реализации проекта.

Варианты схемы горячего водоснабжения с центральным отоплением

Возможно несколько вариантов, которые определяются месторасположением бойлеров

Нагрев воды происходит прямо на котельной

Обычно такая схема выбирается, когда котельная небольшая и обслуживает несколько близко расположенных домов. В этом случае, как и в автономной котельной дома, бойлеры устанавливаются рядом с котлами, а к потребителям ведут четыре трубы: две для отопления, и две для горячего водоснабжения.

Горячая вода готовится в самом доме

Водонагреватели, насосы для отопления и горячего водоснабжения, и прочее оборудование для нагрева воды, кроме котлов естественно, находится в доме, его тепловом пункте (в обиходе часто называют бойлерная). К дому подходит только теплотрасса.

Водонагреватели на ЦТП

Схема центрально отопления и горячего водоснабжения с ЦТП

Это наиболее распространенная схема. ЦТП — это центральный тепловой пункт, отдельно стоящее строение, в котором установлено оборудование для обеспечения теплом и горячей водой нескольких близлежащих домов. То есть, там монтируют бойлеры, терморегуляторы отопления и ГВС, насосы для циркуляции горячей воды, и при необходимости — повысительные насосы отопления.

Вот и все что мы хотели рассказать об устройстве систем отопления с горячим водоснабжением. Надеемся, наша статья была для вас познавательной.

Еще лучше если она была практически полезной, и вы смогли самостоятельно сконструировать и своими руками смонтировать систему для горячего водоснабжения и для отопления в вашем доме. Пусть ваше жилье будет всегда теплым и комфортным.