Опалення та водопостачання Система ГВП часто самодостатня складова в загальній системі теплопостачання. Але вона характеризується великими піковими навантаженнями, часто критичними для автономних систем теплопостачання.
Зміст:
Коли непрямий бойлер незамінний
Якщо при наявності централізованого теплопостачання добові пікові навантаження ГВП покриваються за рахунок загальної потужності мережі, то в автономних мережах, навіть при наявності сучасної автоматики, їх піжтримка за рахунок резервної потужності в загальному випадку нераціонально, а при наявності полівалентної системи теплопостачання (з альтернативними джерелами теплогенерації) зазвичай неможливо.
В системах, що використовують енергію, яку отримують від альтернативних поновлюваних джерел (вітру, сонця, тепла, води, повітря і землі), потрібна установка буферного акумулятора, що дозволяє елімінувати коливання генерації і забезпечувати стійку роботу обладнання при пікових навантаженнях. Він покликаний відігравати аналогічну роль і в гібридних (полівалентних) системах теплопостачання.
Тому установка бойлера непрямого нагріву (накопичувального водонагрівача) у більшості автономних систем теплопостачання необхідна в трьох випадках:
- при використанні камінів з водяною сорочкою / твердопаливних котлів
- в гібридних системах (з сонячними колекторами та/або тепловими насосами)
- в індивідуальних системах з електрокотлами в якості основного джерела теплопостачання та/або проточними електронагрівачами ГВП.
При всьому розходженні технологій теплогенерації всі перераховані схеми об’єднує її періодичність і циклічність (в останньому випадку, із застосуванням електрокотлів, пов’язана з можливістю істотного зниження витрат за рахунок використання низького нічного електротарифа).
Бойлер непрямого нагріву в системі ГВП
Застосування бойлера-акумулятора доцільно при наявності більш ніж однієї точки забору гарячої води. Грамотно підібраний теплообмінник з коректною потужністю (об’ємом) робить можливим швидкий і рівномірний нагрів води до необхідної температури, стабільної в різних точках бака. Так, резервуар об’ємом 0,1 м3 гарантує отримання приблизно 500 дц3/год гарячої води. Причому проточний електронагрівач не може забезпечити таку продуктивність.
Принцип дії бойлера непрямого нагріву може бути заснований на взаємодії додаткових джерел теплопостачання з основним його джерелом, тому обсяг бойлера повинен підбиратися з урахуванням потужності таких теплогенераторів. Теплопередаючих контурів в подібному нагрівачі може бути кілька. Для нагріву води в бойлері використовуються в якості джерел енергії геліоколектори (плоскі і вакуумні), біопаливні (твердопаливні) котли або каміни з водяною сорочкою та теплові насоси.
Теплоносій в таких джерелах тепла рухається по відокремленим «трасах», пов’язаним елементами теплопередачі в середовищі нагрівання.
Конструкція і підключення
Бойлер непрямого нагріву – це циліндр з теплоізольованими стінками. Він має всередині колбу з теплообмінником, який зазвичай має спіралевидну форму (змійовик). Всередині теплообмінника рухається теплоносій, що нагріває стінки. Від них в свою чергу прогрівається і вода в резервуарі. Захист частин нагрівача від гальванічної корозії забезпечує встановлений всередині бойлера магнієвий анод.
Однак існують і конструкції, виконані за схемою «бак в баку», принцип дії яких схожий на роботу класичного теплообмінника двоконтурного котла.
Підключити накопичувальний нагрівач можна, наприклад, з допомогою триходового клапана, забезпечивши взаємодія двох контурів – опалювального і ГВП. Триходовий клапан служить розподільником потоку теплоносія між ними, а пріоритет в такій системі віддається нагріванню санітарної води.
Управління триходовим клапаном здійснюється автоматично, з допомогою сигналів термостата нагрівача. При охолодженні води до мінімально допустимого рівня клапан по сигналу термостата перенаправляє потік води з контуру опалення контуру бойлера непрямого нагріву.
При підключенні бойлера до контурах опалення і ГВП холодна вода надходить у низ бака, а гаряча – забирається з верхньої його частини. Подача гарячого теплоносія здійснюється по верхньому патрубку, а остуджений – виходить по нижньому. Завдяки такому з’єднанню, можна забезпечити більш високий ККД котла (рис. 2).
Подібні системи добре зарекомендували себе при експлуатації в приватному секторі. При непрямому підключенню (теплоносій котлового контуру безпосередньо не контактує з водою в ємності) бойлер грає роль додаткового обладнання, а основним елементом вважається двоконтурний котел. Вода, нагріта їм, направляється в котел, де догрівається» і надходить споживачеві. При відсутності витрати ГВП вона циркулює по системі опалення з заданою температурою, яку й забезпечує бойлер.
Така акумулююча ємність необхідна в моновалентній системі теплопостачання і в разі дискретності генерації тепла. Причому таке «запасене тепло» служить в цьому випадку не тільки для покриття пікових навантажень ГВП, але і забезпечує потреби опалення при непрацюючому теплогенераторі. Це актуально не тільки для багатьох типів твердопаливних котлів, але і для камінів з водяною сорочкою.
Наприклад, протягом приблизно 14 год роботи камін генерує до 14 кВт. З них 8 кВт – витрачається на опалення будинку і надходить через бойлер безпосередньо до споживачів – батарей опалення, теплої підлоги і т. п. Ще 1 кВт через бойлер непрямого нагріву надходить в систему ГВП. З отриманої теплової потужності 5 кВт акумулюються в бойлері. Тому за час роботи каміна в бойлері накопичується до 70 кВт·год теплової енергії. Протягом 10 умовних нічних годин ця енергія витрачається на опалення.
З урахуванням неминучих тепловтрат, які можуть скласти до 20 % (максимальні тепловтрати при мінімальній витраті – в початковий період і мінімальні тепловтрати при максимальній витраті – в кінцевий період часу), на опалення може бути витрачено 56 кВт·год.
Таким чином, без бойлера непрямого нагріву води неможливо було б оптимізувати споживання тепла протягом доби. Крім того, він захищає камін з водяним контуром від можливого перегріву. З водяної сорочки надходить теплоносій температурою до 90 °С. Протікаючи по вбудованому в ємність бойлера змійовика, він нагріває знаходиться там воду. Охолоджений до 65 °С теплоносій подається назад в теплообмінник котла. А нагріта в бойлері до 80-90 °С вода надходить до споживачів, охолоджена в опалювальних приладах вода повертається в бойлер-акумулятор. Витрачається побутова гаряча вода нагрівається, протікаючи по іншому змійовика, також розташованому в бойлері. При цьому вода для ГВП і вода для опалення не повинні змішуватися.
Для того щоб захистити котлову частину топки від низької температури, застосовується модуль, який відповідає за температуру підвищення зворотного потоку. Якщо температура води в бойлері опускає нижче 60 °С, то модуль підмішує до теплоносія зворотного потоку воду з прямого потоку до досягнення необхідної температури.
У водяній сорочці монтується датчик, за сигналом якого включається циркуляційний насос і перемикаються потоки теплоносія.
Альтернативні джерела теплопостачання
Якщо схеми використання і підключення бойлерів-акумуляторів в автономних системах теплопостачання з класичними теплогенераторами в загальному випадку типові, то застосування накопичувальних ємностей в полівалентних системах, в яких поряд з котлами, газовими або твердопаливними, застосовуються також альтернативні джерела теплопостачання, також багато варіантів. При цьому накопичувальні ємності, поєднуючи різнотипні джерела енергії, можуть не тільки забезпечувати потреби ГВП або опалення, але і служити активним елементом гідравлічної схеми і грати роль свого роду гідравлічної стрілки, розділяти теплові потоки.
Очевидно, що такі різні функції і адаптація систем теплопостачання до потреб конкретних споживачів, застосування різних типів альтернативних джерел енергії, як безперервної, так і погодо,- добj – і сезонозависимо] генерації (геліоколектори, повітряні теплові насоси тощо) вимагають і використання бойлерів-акумуляторів різних конструкцій.
Нетипові схеми з використанням бойлера непрямого нагріву
Накопичувальний бойлер з двома теплообмінниками
На рис. 6 показана схема полівалентною системи теплопостачання, в якій бойлер-акумулятор забезпечений двома роздільними спіральними теплообмінниками, нагрівальними обсяг води, що використовуються для ГВП та опалення, теплоносієм, що надходять від котла (теплового насоса) і сонячного колектора.
Схема з проміжним бойлером-акумулятором
Наведена схема ГВС з бойлером непрямого нагріву і каміном цікава тим, що в ній є ємнісний проміжний бойлер, виконує функцію не тільки накопичувача-акумулятора, але і гідравлічної стрілки.
Бойлер-акумулятор співпрацює з бойлером непрямого нагріву для геліосистеми
На схемі камін або котел функціонує паралельно з сонячним колектором, причому проміжний бойлер-диспетчер» (аналог гідравлічної стрілки) є по відношенню до теплопостачання від геліоколектора бойлером непрямого нагріву, а бойлер системи ГВП – бойлером непрямого нагріву щодо бойлера-диспетчера.
Перегляньте процес виробництва непрямих бойлерів на відео: