Горячее водоснабжение частного загородного дома

Другие статьи на эту тему:

Две схемы ГВС загородного частного дома — какую выбрать?

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:

• ГВС с проточным водонагревателем.
• ГВС с накопительным водонагревателем (бойлером).

Схема горячего водоснабжения с проточным водонагревателем

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.

• При малом расходе горячей воды проточный водонагреватель вообще не включается и не греет воду. Для получения воды необходимой температуры часто приходится расходовать больше воды, чем это необходимо.
• Быстро накапливаются отложения накипи на небольшой поверхности внутри камеры нагрева проточного водонагревателя. При жесткой воде потребуется частая чистка от накипи.

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.

Как выбрать проточный водонагреватель

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 ^оС 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).

Например.

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 ^оС. 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 ^оС, 35 ^оС или 45 ^оС. Это значит, что если температура воды в водопроводе +10 ^оС, то при максимальной производительности из крана будет течь вода с температурой +35 ^оС, 45 ^оС или +55 ^оС.

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 ^оС., т.е. до 35 ^оС. Пользоваться горячей водой с такой колонкой может оказаться не очень комфортно.

Для нашего примера подойдет газовая колонка или двухконтурный котел с максимальной производительностью не менее 13,2 л/мин при _dT=45 ^оС. 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 ^оС. Один такой водонагреватель устанавливают для обслуживания одной водоразборной точки — душа, умывальника или мойки.

Схема ГВС с накопительным подогревателем (бойлером) и циркуляцией воды

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» .

Схема ГВС с бойлером послойного нагрева

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.

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.

Накопительный газовый водонагреватель — бойлер

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.

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. 

Как выбрать объем накопительного водонагревателя — бойлера

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.

Как выбрать мощность котла для бойлера ГВС

При выборе бойлера необходимо обратить внимание и на мощность нагревательного элемента, который в нем установлен. Например, чтобы нагреть 100 литров воды до температуры 55 ^оС 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.

Схема ГВС с циркуляцией воды в системе

Использование накопительного водоподогревателя в системе ГВС позволяет организовать циркуляцию 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.

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

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

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

В системе ГВС с накопительным подогревателем и циркуляцией 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 циркуляцией 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.

Недостатки системы ГВС с двухконтурным газовым котлом

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.

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

Для нагревания необходимого количества воды двухконтурные котлы имеют достаточно большую максимальную мощность, около 24 кВт. или более.  Котлы оснащены автоматикой, которая может за счет модуляции пламени горелки уменьшать мощность котла до минимальной, равной примерно 30% от максимальной. Минимальная мощность двухконтурного газового котла обычно равна около 8 кВт. или более. Это минимальная мощность котла, как в режиме ГВС, так и отопления.

Газовая горелка двухконтурного котла 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 м², 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.

Читайте подробнее: «Настройка мощности двухконтурного газового котла»

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 в режиме отопления, с минимальной мощностью. Минимум 1/4 часть израсходованного на отопление 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.

При мощности отопительной системы менее 8 кВт. выгодней устанавливать котел в комплекте с бойлером ГВС на 60 — 120 литров.

Наличие накопительного бойлера позволит установить котел меньшей максимальной мощности, менее 9 — 11 кВт. Котел в связке с бойлером будет работать с оптимальной мощностью, как в режиме отопления, так и ГВС.

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.

Схема ГВС с рекуператором тепла стоков канализации

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.

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.  

Советы застройщику

Для горячего водоснабжения в частном доме следует использовать систему ГВС с накопительным баком — бойлером косвенного или послойного нагрева объемом не менее 100 литров. Система обеспечит хороший комфорт пользования горячей водой, экономное расходование воды и меньший объем стоков в канализацию. Единственный минус такой системы — это более высокая стоимость оборудования.

При ограниченном бюджете строительства, а также в 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.

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 электроводонагревателя. 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 циркуляцией 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.

Часто для нагрева воды в доме с твердотопливным котлом, используется только электроэнергия. Для ГВС в доме, вблизи точек разбора воды, устанавливают накопительный электроводоподогреватель. 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 ^оС 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 ^оС 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 ^оС.