Типи і гідності проточних схем ГВС
ГВП з використанням проточної схеми і пластинчастими теплообмінниками - найбільш ефективний і гігієнічний спосіб приготування гарячої води. У порівнянні з акумуляторними схемами він має суттєві переваги.
Для проточного ГВС застосовуються паралельна одноступенева схема, послідовна і змішана двоступеневі схеми.
Паралельна одноступенева схема з одним теплообмінником, підключеним до подає трубопроводу теплової мережі паралельно системі опалення (рис. 1), відрізняється простотою і дешевизною.
Двоступенева схема ГВС застосовується з метою зменшення температури води в зворотному трубопроводі і сумарної витрати води з теплової мережі. Для цього теплообмінна поверхню теплообмінника ГВП розділяється на дві ділянки, які називаються ступенями. У першій ступені холодна водопровідна вода нагрівається водою, виходить із системи опалення. Потім підігріта в першій ступені теплообмінника вода догрівається разом з водою рециркуляції до необхідної температури (55-60 ° C) мережною водою з трубопроводу, що подає тепломережі.
При послідовній схемі ГВС другий ступінь підключена перед системою опалення до подає трубопроводу (рис. 2). Спочатку гаряча мережева вода проходить другий ступінь ГВС, потім надходить в систему опалення. Таким чином, може виявитися, що температура теплоносія буде недостатньою для покриття теплових втрат будівлі. Тоді під час відбору великої кількості гарячої води в години пік підключений до ІТП будівля може недостатньо нагріватися. Через акумулюючої здатності будівельної конструкції це не відбивається на комфортності в приміщеннях, якщо період недостатньої подачі тепла не перевищує приблизно 20 хв. Для літнього неопалювального періоду є відключається байпас, за яким мережева вода після другого ступеня надходить в першу щабель ГВС, минаючи систему опалення.
Змішана двоступенева схема ГВС відрізняється тим, що її другий ступінь підключена до подає трубопроводу теплової мережі паралельно до системи опалення, а перший ступінь - послідовно (рис. 3). Мережна вода, що виходить з другого ступеня ГВП, подмешивается до зворотного воді з системи опалення і також проходить перший ступінь.
Таким чином, комфортність в приміщеннях будівлі зі змішаною двоступеневої схемою ГВС не знижується, однак витрачається більше мережної води, ніж при послідовній схемі ГВС (рис. 4).
Двоступенева схема знаходить найбільшого поширення в житлових будинках зі значними по відношенню до опалення навантаженнями на ГВС. У будівлях з дуже низькими або високими тепловими навантаженнями ГВС, в порівнянні з опаленням (1 У західних країнах останнім часом все частіше замислюються про застосування проточного способу ГВС, особливо після визнання серйозної небезпеки зараження легионеллами - бактеріями, що розмножуються в непроточной теплій воді. Суворі норми, вже прийняті в європейських країнах, передбачають регулярну термічну дезінфекцію акумулюють баків і підключених до них трубопроводів гарячої води, включаючи трубопроводи рециркуляції. Знезараження здійснюється підйомом температури у всій системі на певний час до 70 ° C і вище. Необхідна для цього ускладнення акумуляторних схем особливо виявляє гідності проточних систем ГВП з пластинчастими теплообмінниками. Вони відрізняються простотою і компактністю, вимагають менших інвестицій, забезпечуючи при цьому більш низькі температури зворотної і менші витрати мережної води. Більш низька температура води в зворотному трубопроводі теплових мереж знижує теплові втрати і збільшує ККД вироблення електроенергії на теплоелектроцентралі. Менші витрати мережної води вимагають менших діаметрів трубопроводів теплових мереж і менших витрат електроенергії на її перекачування. варіанти регулювання Для цієї мети в проточних системах ГВС, особливо з низьким і різко мінливих витратою, при регулюванні температури гарячої води потрібно врахувати, крім температури, як другу величину, витрата. Провідними фірмами-виробниками розроблені регулятори для невеликого - під одного споживача - витрати, що працюють без допоміжної енергії. Ці регулятори враховують і витрата, і температуру гарячої води. На відміну від звичайних термостатичних регуляторів, при відсутності витрати гарячої води дані пристрої взагалі можуть припиняти подачу гріючого теплоносія, що оберігає теплообмінник ГВП від освіти вапняних відкладень. У системах проточного ГВС з великим споживанням гарячої води коливання витрати, в порівнянні з його загальним значенням, менше, і задовольняє точність регулювання температури можна досягти застосуванням як термостатичних, так і електронних регуляторів. Однак в електронних регуляторах необхідно згладжувати криву регулювання правильним вибором закону регулювання і характеристик самого регулюючого клапана - швидкості ходу приводу регулятора, діаметра клапана Ду, його гідравлічного опору kVS - щоб виключити явища коливання у всьому діапазоні його роботи. Постійне відкриття і закриття регулятора з високою частотою піддає пластинчастий теплообмінник ГВП великим термічним і гідравлічним навантаженням, що призведе до його передчасного виходу з ладу через виникнення зовнішніх або внутрішніх нещільності. Для попередження коливань при великих різницях витрати гарячої води або при значних коливаннях температури гріючої води, наприклад 150-70 ° C, доцільно встановлювати два паралельних регулятора різних діаметрів, які - самі по собі - оптимально забезпечують певний діапазон витрати мережної води (рис. 5) .
В даний час багато фірм посилено працюють над автоматичними регуляторами, які забезпечували б комфортну температуру гарячої води з точністю до 1-2 ° C і не більше того. В акумуляторних баках рівномірність нагріву досягається природним або штучним перемішуванням води, що поступає з розташованої в баку.
Як зазначалося вище, при відсутності розбору гарячої води, наприклад в системах без рециркуляції або при регулярних відключеннях подачі води, необхідно захистити теплообмінник від карбонатних відкладень за рахунок припинення подачі мережної води. При великих витратах цього можна досягати використанням комбінованих регуляторів з двома датчиками температури - нагрівається і гріє води - на виходах теплообмінника (рис. 6). Другий датчик, налаштований, наприклад, на 55 ° C, припиняє подачу теплоносія на теплообмінник і в разі, коли датчик температури гарячої води встановлений далеко від теплообмінника, і на нього не впливає гріє середовище в зв'язку з відсутністю водорозбору. При температурі в теплообміннику 55 ° C процес відкладення солей жорсткості істотно сповільнюється.
Чим ближче датчики встановлені до середовища, параметри якої піддаються регулюванню, тим більше якісного регулювання можна досягти. Тому датчики температури бажано встановлювати, по можливості, глибше в відповідні штуцери теплообмінника. Для цього можна використовувати пластинчасті теплообмінники зі штуцерами з обох сторін пакета пластин, де в один з штуцерів вставляється датчик температури, а інший служить для відбору теплоносія. Тоді датчик омивається теплоносієм ще перед його виходом з теплообмінника, і при відсутності циркуляції теплоносія датчиком фіксується температура середовища під впливом теплопровідності і природної конвекції, що не мало б місця при його установці поза теплообмінника.
Двоступеневі схеми ГВС відрізняються тим, що в першому місці нагріву тепло відбирається від зворотної води системи опалення. У зв'язку з невідповідністю теплових навантажень опалення та ГВП в зимовому або нічному режимі може виявитися, що гаряча вода нагрівається вище необхідних 55-60 ° C. Наприклад, теплоносієм з температурою 70 ° C (розрахункова точка) вода ГВП ще в першій ступені може нагріватися до 67-69 ° C. Щоб виключити при цих температурах перегрів і інтенсивні відкладення карбонатів, є можливість установки регулюючого триходового клапана на вході або виході теплообмінника (рис. 7). Його завдання, в залежності від температури теплоносія на виході теплообмінника, пропускати греющую воду через теплообмінник або повз нього - по байпасу. Датчик триходового клапана встановлений в зворотному трубопроводі. Він одночасно з регулюванням температури гріючого теплоносія побічно обмежує температуру гарячої води. При цьому відбір тепла з зворотного трубопроводу не обмежується, а оптимізується, підвищуючи надійність і комфортність ГВС.
На користь паяного теплообмінника
У західних країнах в переважній більшості (понад 90%) випадків для цілей ГВС використовують паяні пластинчасті теплообмінники. Це пов'язано з відносною дешевизною і зручністю обслуговування даних апаратів.
Як правило, російські та українські замовники, які мають досвід експлуатації швидкісних кожухотрубних теплообмінників, часто вимагають чисток, вважають за краще розбірні пластинчасті теплообмінники. Однак треба врахувати, що ці апарати оснащуються прокладками з полімерних (гумових) матеріалів, які схильні до старіння - розтріскуються, стають крихкими. Після п'яти років експлуатації при ремонті розбірного пластинчастого теплообмінника часто вже неможливо забезпечити його задовільну щільність. А придбання нового комплекту ущільнень обходиться за ціною, іноді майже порівнянної з ціною нового теплообмінника.
Якщо ущільнення кріпляться до пластин клеєм, то їх заміна пов'язана з такими роботами, як руйнування наявних ущільнень в рідкому азоті і приклеювання нових. Для їх проведення необхідні спеціальні пристосування і висококваліфікований персонал. Виробники теплообмінників надають замовникам відповідні послуги, але теплообмінник найчастіше потрібна відправити на спеціалізоване підприємство. Все це призвело до широкого застосування в західних країнах паяних пластинчатих теплообмінників та для цілей ГВС.
Відзначимо: сумніви щодо можливості застосування паяних теплообмінників в країнах пострадянського простору, пов'язані з поганою якістю теплоносія, не обгрунтовані - жорстка вода зустрічається в усьому світі. Слід лише правильно відрегулювати ГВС і обмежувати температуру стінок теплообмінника, як це описано в попередньому розділі.
При надвисоких температурах, що гріє води (наприклад, якщо дотримується температурний графік 150/70 ° C), коли не виключено перевищення температури стінки теплообмінника вище температури, при якій відбувається інтенсивне утворення накипу, потрібна попередня зниження температури теплоносія перед теплообмінником. Для цього є два способи - насосна схема вприскування або елеваторна схема. У першому випадку потрібен окремий датчик для включення насоса, витрачається значна кількість електроенергії; вживане обладнання схильне до зносу. Елеваторна схема гранично проста, при термостатичному приводі не залежить від електричної мережі і економічніша при реалізації і експлуатації (рис. 8). Підключення всмоктувального патрубка елеватора до зворотного трубопроводу системи опалення дає додатковий ефект зниження температури в зворотному трубопроводі теплових мереж.
точкове рішення
Двоступенева схема ГВС вимагає наявності двох теплообмінників - для першого і другого ступенів. Вибір теплообмінників по потужності, тобто розбиття загальної потужності по східцях, - непросте завдання, що вимагає декількох ітерацій при розрахунках (їх проведення - обов'язок постачальника). Відсутністю серійно випускаються блоків ГВС з двоступеневою схемою обумовлені певні терміни поставки.
Два паяних теплообмінника потрібно обв'язати між собою трубопроводами. Обв'язка займає місце і обумовлює істотну частину вартості двоступеневого модуля ГВС. Тому виробники почали випускати паяні теплообмінники з проміжним розділової стінкою і шістьма штуцерами.
Обв'язка теплових пунктів на їх основі спрощується, але проблеми з розрахунком і відсутністю серійного виробництва залишаються.
Крім того, при експлуатації бувають періоди, коли перша або друга ступені системи виявляються не завантаженими взагалі. Так, в літній період досить було б другого ступеня, а в розрахунковій точці опалення - першої.
Кордон між ступенями - плавна. Другий ступінь займає рівно стільки площі, скільки потрібно для підігріву гарячої води. Решта поверхню повністю задіяна першою сходинкою.
Наявної серією типорозмірів пластинчастих теплообмінників задана градуювання потужності блоків ГВС. У табл. представлений типовий ряд блоків двоступеневого проточного ГВС з одним паяним пластинчастим теплообмінником типу Н55.
Теплова потужність однієї пластини (площа - 0,14 м 2) цього теплообмінника складає приблизно 10 кВт в режимі 70/20 ° C і 5/55 ° C. Спеціальних розрахунків для вибору теплообмінників в даному випадку не потрібно. Такі блоки ГВС виготовляються серійно, і самі ходові розміри є на складі. Це істотно скорочує терміни поставки.