Схемы водяного отопления – Добрострой

Журнал, Инженерные системы

• 22.08.2022
• Опубликовано dbs_adm

05 Дек

Водяное отопление – самый популярный вид обогрева помещений различного назначения. Популярность его обусловлена высокими теплофизическими характеристиками воды – теплоемкостью, текучестью и несжимаемостью. Системы отопления с водой в качестве теплоносителя сооружаются по нескольким основным схемам. Материал публикации дает обзор главных схем водяного отопления, преимуществ и недостатков различных конфигураций.

Виды схем водяного отопления

Выделяют следующие схемы водяного отопления:

• Однотрубная;
• Двухтрубная;
• Коллекторно-лучевая.

Кроме того, указанные схемы комбинируют между собой. Отдельной разновидностью водяного обогрева являются комплексы водяных теплых полов и стен.

Однотрубная схема отопления

Однотрубная система отопления реализуется на принципе последовательного подключения радиаторов. Она делится на 2 разновидности – с байпасом и без него.

Схема без байпаса является базовой, требует минимального количества материалов – но имеет свои недостатки. Они выражаются в поэтапном снижении температуры на каждом последующем приборе отопления на линии. Причем чем протяженней ветка отопления – тем холодней последний радиатор. Эта особенность налагает ограничения на длину веток системы.

Однотрубная схема с циркуляционным насосом

Второй недостаток – отсутствие возможности регулирования температуры на отдельных радиаторах. Кроме того, отключить один прибор в группе невозможно – придется отключать всю линию полностью.

Модернизированный тип этой схемы, известный как «ленинградка», частично нивелирует указанные недостатки. В «ленинградке» каждый радиатор оборудуется байпасом, по которому часть теплоносителя проходит мимо прибора отопления, смешиваясь на выходе с остывшим теплоносителем. Принцип этой схемы позволяет регулировать (относительно) температуру на радиаторах, имеется возможность отключения батарей на линии.

Но и «ленинградке» присущи недостатки основной схемы – температура радиаторов, хоть и в меньшей мере, но снижается от первого к последнему отопительному прибору.

Двухтрубная схема отопления

Двухтрубная система не имеет недостатков однотрубной – ее устройство базируется на принципе параллельного подключения батарей. При этом расходуется большее количество материалов, но система приобретает качественный уровень регулировки и управления.

Двухтрубная система отопления с боковым подключением

Выделяют 2 разновидности двухтрубной схемы:

1. Тупиковая;
2. Попутная (или петля Тихельмана).

В тупиковой схеме прямой и обратный трубопровод по мере приближения к последнему радиатору снижают свой диаметр. Возможный недостаток при балансировке – при полном открытии арматуры на первых в группе устройствах они могут заработать в режиме байпаса, последние батареи при этом испытывают недостаток теплоносителя.

В попутной системе (петле Тихельмана) линия обратки начинается от первого радиатора, проходит через всю группу и подключается к котлу. Это позволяет избежать режима байпасной работы, улучшает гидравлическую схему.

Коллекторная схема отопления

Коллекторная (или лучевая) схема является частным случаем двухтрубной системы. Устройство ее основано на распределении теплоносителя по отдельным приборам с распределительных коллекторов. Количество материала при этом превосходит 2 вышеописанных схемы. Но лучевая схема имеет весомые достоинства – управление радиаторами сосредоточено в одном месте, качество регулировки не уступает двухтрубной конфигурации.

Коллекторная схема подключения

Встроенное отопление и комбинирование систем

Встроенное отопление – водяные теплые полы и стены имеют особую схему устройства. Эти комплексы работают в низкотемпературном режиме, температура воды в контурах обычно не превышает 50 — 55 градусов по Цельсию.

Для реализации их работы система оснащается узлом, в состав которого входят:

1. Циркуляционный насос;
2. Термостатический смеситель;
3. Коллекторы;
4. Запорно-регулирующая арматура.

Принцип функционирования встроенных комплексов отопления основан на смешивании горячего теплоносителя от котла и остывшего теплоносителя из контуров пола (стены). Смешивание производится при помощи термостатического смесителя.

Схемы водяного отопления часто комбинируют между собой. Наиболее популярной является комбинация радиаторного отопления и водяного теплого пола. Батареи обогревают основной объем помещений, полы создают зоны комфорта. Но не редки случаи использования теплых полов в качестве базового, основного отопления.

Довольно часто комбинируют и классические схемы – однотрубную и двухтрубную. Основной пример такого комбинирования – система с двумя центральными стояками (двухтрубная), к которой подключают однотрубные ветки отопления. Зачастую вместо однотрубных линий к стоякам (поэтажно) подключают коллекторные группы – реализуется лучевая схема.

Водонагреватели — NYSERDA

 

Нагрев воды обычно является вторым по величине расходом энергии в доме; это может стоить средней семье примерно 400–600 долларов в год. Правильное техническое обслуживание водонагревателя и выбор высокоэффективного оборудования могут помочь вам сэкономить энергию, повысить комфорт в вашем доме и внести свой вклад в более чистую окружающую среду.

Есть несколько вариантов водонагревателей. Тем не менее, водонагреватели с тепловым насосом (HPWH) являются одним из лучших вариантов, доступных в настоящее время потребителям. Посетите веб-сайт NYS Clean Heat, чтобы получить более подробную информацию о преимуществах HPWH, принципах их работы и доступных скидках или вариантах финансирования.

Посетите NYS Clean Heat, чтобы начать работу

Водонагреватели с тепловым насосом

HPWH — это высокоэффективный способ нагрева воды, использующий электричество для извлечения тепла из окружающего воздуха и передачи его воде, находящейся в резервуаре. Эти водонагреватели в три раза более эффективны, чем обычные водонагреватели с электрическим сопротивлением, потому что они используют электричество для перемещения тепла из одного места в другое, а не производят тепло напрямую.

HPWH снизят потребление энергии и уменьшат выбросы углекислого газа.

 

Преимущества

• Эффективный, потребляет одну треть энергии большинства водонагревателей
• Здоровый и безопасный , без топлива, без риска угарного газа
• Доступный, со скидками и низкими эксплуатационными расходами
• Экологичный, с низким уровнем выбросов парниковых газов
• Широко доступно от сантехников и крупных розничных магазинов
• Долговечный, с гарантией до 10 лет
• Относительно простая установка, без серьезных сбоев
• Действует как осушитель, вытягивает влагу из ближайшего окружения
• Поощрения, скидки и налоговые льготы , уточните в NYS Clean Heat , у установщика и у налогового консультанта

Соображения по размеру и местоположению

• Размер устройства

  Информация о размере блока

  Размер резервуара

  Рассмотрите вариант HPWH с резервуаром большего размера, если у вас есть место.

  Большинство HPWH включают менее эффективный резервный нагреватель. С большим резервуаром вам понадобится эта резервная копия гораздо реже.
  • 50 галлонов: 1-3 человека
  • 56 галлонов: 2-4 человека
  • 80 галлонов: 4+ человека
• его местонахождение

  Информация о местоположении

  Расположение

  HPWH выше многих водонагревателей и часто хорошо работают на открытых площадках. Поговорите со своим установщиком о пространстве, необходимом вокруг вашего водонагревателя.

• температура воздуха вокруг агрегата

  Информация о температуре воздуха вокруг блока

  Температура

  HPWH лучше всего работают с теплым всасываемым воздухом, но они охлаждают и осушают пространство вокруг себя. Расположите HPWH там, где прохладный воздух не будет вызывать дискомфорт.
• шумнее обычных водонагревателей

  Информация о звуке

  Звук

  HPWH громче, чем другие водонагреватели, подобно некоторым подвальным осушителям. Имейте в виду, размещая их рядом с жилыми помещениями.

Воздушные фильтры
• требуют очистки и замены Фильтры

Соображения стоимости

Вопросы стоимости

Расходы на горячую воду, скорее всего, снизятся — иногда значительно — по сравнению с обычными газовыми, пропановыми, масляными и электрическими водонагревателями. Если раньше вы отапливались топливом, не удивляйтесь, если счета за электричество вырастут. Ваши счета за газ, нефть или пропан снизятся.

Если HPWH не работает в вашем пространстве, можно рассмотреть другие варианты.

Другие варианты 

 

Электрический накопительный водонагреватель

Это обычный накопительный водонагреватель. Он состоит из изолированного резервуара, в котором вода нагревается электричеством, а затем хранится до тех пор, пока она не понадобится.

Преимущества:

• Низкие первоначальные затраты
• Ожидаемая продолжительность жизни 10-15 лет
• Широкий выбор размеров

Соображения:

• Потребляют больше энергии, чем другие водонагреватели
• Энергия может быть потрачена впустую, чтобы поддерживать температуру воды до заданной температуры
• Может иметь более высокие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание по сравнению с другими водонагревателями

Электрический безрезервуарный / по требованию

Безбаковые водонагреватели обеспечивают подачу горячей воды только по мере необходимости без накопительного бака. Они используют интенсивные вспышки тепла против катушек, заполненных водой.

Преимущества:

• Может потреблять меньше энергии, чем накопительный водонагреватель, в зависимости от поведения пользователя
• Обеспечить постоянную подачу горячей воды
• Можно разместить на стене или под стойкой, чтобы освободить место на полу
• Занимает меньше места, чем традиционные водонагреватели
• Имеют продолжительность жизни около 20 лет

Соображения:

• Может иметь более высокую начальную стоимость, чем накопительные водонагреватели
• Ограниченный расход горячей воды означает, что одновременное многократное использование горячей воды может привести к тому, что блок будет работать до предела
• Может потребоваться установка нескольких, чтобы обеспечить непрерывную горячую воду

Солнечные водонагреватели

Солнечные водонагреватели используют солнечную энергию для выработки тепла. Этот тип нагревателя требует двух частей: солнечного коллектора и изолированного накопительного бака. Эти обогреватели обычно имеют резервный источник энергии на дни с минимальным количеством солнечного света.

Преимущества:

• Может удовлетворить почти 100 % потребностей дома в горячей воде в теплое время года, в зависимости от погоды и пребывания на солнце
• Значительно более эффективен, чем накопительные водонагреватели, что позволяет снизить счета за электроэнергию
• Требуют нечастого профессионального обслуживания
• Приблизительный срок службы 20 лет
• Использование возобновляемых источников энергии, что способствует более чистой окружающей среде

Соображения:

• Может иметь более высокую начальную стоимость, чем обычные водонагреватели и водонагреватели с тепловым насосом
• Может потребоваться резервное копирование в пасмурные дни, холодные зимы и периоды повышенного спроса
• Солнечные коллекторы должны быть очищены от мусора или снега для обеспечения оптимальной эффективности
• Техническое обслуживание проводится нечасто, но должно выполняться квалифицированным подрядчиком по солнечной энергии

Если вы заменяете водонагреватель, ищите водонагреватели, сертифицированные ENERGY STAR®, с высоким коэффициентом равномерной энергии (UEF). Чем выше UEF, тем эффективнее будет водонагреватель.

Солнечное водонагревание | Союз неравнодушных ученых

Сегодня большинство американских домов и предприятий используют природный газ, электричество или нефть для обеспечения себя горячей водой. Количество энергии, необходимое для удовлетворения наших потребностей в горячей воде, не является незначительным. По данным Министерства энергетики США (DOE), на нагрев воды сегодня приходится до 14 процентов энергопотребления среднего домохозяйства и почти четыре процента от общего потребления энергии в США. Поскольку цены на электроэнергию и природный газ продолжают расти, затраты на постоянную подачу горячей воды могут возрасти.

Технологии солнечного нагрева воды (SWH) представляют собой простой, надежный и экономичный метод использования солнечной энергии для удовлетворения энергетических потребностей домов и предприятий. Проще говоря, системы SWH собирают энергию солнца для нагрева воздуха или жидкости. Затем воздух или жидкость прямо или косвенно передают солнечное тепло вашему водоснабжению.

Несмотря на то, что эти системы использовались веками, современные технологические достижения позволяют эффективно и недорого эксплуатировать технологии SWH в любом климате. Системы специально разработаны для различных климатических и географических зон страны. В регионах с температурами ниже точки замерзания требуется использование непрямой системы или системы с обратным сливом, в то время как в более теплом и солнечном климате может использоваться прямая система, которая напрямую нагревает воду для использования.

Системы SWH также предоставляют важную возможность снизить растущий спрос нашей страны на энергию из ископаемого топлива. Установив систему SWH, типичное домашнее хозяйство может удовлетворить от 50 до 80 процентов своих потребностей в горячей воде. В теплом и солнечном климате, таком как Гавайи, блок SWH может обеспечить 100 процентов потребностей домохозяйства в горячей воде. Сокращение спроса на ископаемое топливо улучшит состояние окружающей среды за счет уменьшения загрязнения воздуха и воды, а также выбросов удерживающих тепло газов, вызывающих глобальное потепление. И хотя их установка стоит немного дороже, система SWH сэкономит деньги потребителей в долгосрочной перспективе, поскольку источник топлива (солнечная энергия) всегда будет бесплатным.

В настоящее время в Соединенных Штатах установлено более 300 000 единиц SWH (не считая плавательных бассейнов). В то время как количество установок продолжает расти на тысячи каждый год, все еще существует огромный неиспользованный рынок с большим потенциалом для сокращения значительной части энергопотребления нашей страны.

Основы солнечного нагрева воды

Термосифонный солнечный водонагреватель не требует ни насоса, ни контроллера. Холодная вода из городского водопровода поступает прямо в бак на крыше. Вода, нагретая солнечными батареями, течет из резервуара на крыше во вспомогательный резервуар, установленный на уровне земли, всякий раз, когда вода используется в доме.

Центр солнечной энергии Флориды

Основы солнечного нагрева воды

Наиболее популярным типом солнечного коллектора для нагрева воды является плоская конструкция (другие типы включают вакуумно-трубный, концентрирующий и встроенный коллектор-аккумулятор). Плоский коллектор представляет собой изолированный защищенный от атмосферных воздействий корпус с поглотительной пластиной, расходомерными трубками и прозрачной крышкой. Прозрачная крышка пропускает солнечную энергию и поглощает ее поглотителем и расходомерными трубками. Выработанное тепло затем передается жидкости, циркулирующей по расходомерным трубкам.

После того, как солнечная энергия собрана, она обычно используется в системе непрямого SWH с насосом. Лучше всего подходящая для более холодного климата система косвенного нагрева перекачивает теплоносители (обычно это нетоксичная смесь пропиленгликоля и антифриза с водой) через коллекторы, а затем переносит нагретую жидкость из коллекторов в резервуар для хранения. Теплообменники передают тепло от жидкости бытовой воде, хранящейся в резервуарах. Вода, хранящаяся в резервуаре, затем нагревается, когда жидкость проходит через теплообменник, расположенный внутри резервуара для хранения. Незамерзающая жидкость используется для предотвращения замерзания трубопроводов коллектора и обеспечения максимальной передачи тепла от солнечного коллектора к баку-аккумулятору. Многие конструкции непрямых систем также включают внешний теплообменник.

Система обратного слива — еще одна распространенная система холодного климата. В этой системе вода из коллекторов и открытых трубопроводов сливается в изолированный обратный резервуар каждый раз, когда отключается насос. Удаление всей воды из коллекторов и трубопроводов, когда система не собирает тепло, обеспечивает безотказный метод, гарантирующий, что коллекторы и трубопровод контура коллектора никогда не замерзнут.

В более теплом климате чаще используются прямые системы. Прямая система обеспечивает циркуляцию питьевой воды непосредственно через солнечный коллектор в накопительный бак. Другими словами, вода, которая используется в доме, — это та же самая вода, которая циркулирует через солнечный коллектор. Эти системы включают в себя различные стратегии управления работой циркуляционного насоса, которые могут включать фотоэлектрические или дифференциальные контроллеры.

Пассивные прямые системы также используются в более теплом климате. Уникальной характеристикой этих систем является то, что в них не используются насосы или другие электрические компоненты, что обеспечивает простую и надежную систему. Наиболее распространенными пассивными системами являются термосифонные (см. схему ниже) и интегральные коллекторные системы хранения. Непрямые термосифонные системы также могут использоваться в более холодном климате.

Солнечные водонагревательные системы обычно стоят от 2000 до 5000 долларов США в зависимости от типа и размера системы. Правительства некоторых штатов и местные коммунальные службы могут предлагать скидки или другие финансовые стимулы для снижения затрат (см. ниже). При регулярном осмотре система будет работать от 20 до 30 лет с минимальным обслуживанием и затратами.

Солнечное нагревание воды для бассейнов

Солнечное нагревание воды для бассейнов

Чтобы поддерживать температуру плавательных бассейнов в разное время года, домовладельцы и предприятия могут захотеть инвестировать в солнечные системы нагрева воды. Для обогрева бассейнов доступны обычные газовые и электрические нагреватели, но они могут быть дорогостоящими и неэффективными. Для сравнения, системы SWH для плавательных бассейнов конкурентоспособны по стоимости, прежде всего потому, что источник топлива бесплатный, а эксплуатационные расходы низкие. Типичная солнечная система обогрева бассейна может стоить от 2000 до 4000 долларов, в зависимости от переменных факторов, таких как простота установки, государственные нормы и требования безопасности, а также доступ к финансированию. Инвестиции, однако, стоят затраченных усилий, поскольку система SWH для бассейна может окупиться всего за 2–4 года, если учесть экономию на счетах за электроэнергию. Солнечные системы подогрева бассейнов также очень надежны и, как правило, не требуют обслуживания.

Солнечные нагревательные системы доступны как для подземных, так и для надземных бассейнов. Они эффективны, потому что для плавательных бассейнов требуется низкотемпературный источник тепла, который может легко обеспечить относительно небольшой солнечный коллектор. Большинство систем SWH для бассейнов включают в себя солнечный коллектор, фильтр, насос и регулирующий клапан. Вода в бассейне сначала прокачивается через фильтр. Затем она проходит через солнечный коллектор, где нагревается перед возвращением в бассейн. Некоторые системы предлагают ручные автоматические сенсорные клапаны, которые могут направлять воду через коллектор, когда температура коллектора выше температуры бассейна, или обходить коллектор, когда его температура аналогична температуре воды в бассейне. В особенно жарком климате прохождение воды из бассейна через солнечные коллекторы в вечерние часы может служить механизмом охлаждения.

Коммунальная и политическая поддержка систем солнечного водонагрева

Коммунальная и политическая поддержка систем солнечного водонагрева

Некоторые электроэнергетические компании признали компенсационную способность SWH и разработали программы для увеличения спроса на их установку. Например, с 1996 по 2004 год компания Hawaiian Electric Company (HECO) установила более 25 000 систем SWH среди своих клиентов. Эти системы снизили потребность коммунального предприятия в общей сложности на 12,7 мегаватт — достаточно электроэнергии для питания примерно 18 000 типичных домов в США.

Однако потенциал использования SWH не ограничивается умеренным климатом, таким как Гавайи. В штате Орегон системы SWH имеют право на получение налоговых льгот, а местные коммунальные службы предоставляют беспроцентные ссуды на установку. Чтобы узнать, какие программы и стимулы доступны в вашем регионе, проверьте базу данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии Центра солнечной энергии Северной Каролины.

SWH также играет роль в программах «зеленой» энергетики. Например, у Lakeland Electric, муниципальной коммунальной службы во Флориде, есть уникальная договоренность со своими клиентами. Утилита устанавливает и владеет около 60 бытовыми системами SWH в сообществе. Коммунальное предприятие измеряет мощность SWH и выставляет клиентам счета за нагретую солнцем воду. Коммунальное предприятие сохраняет за собой право собственности на «зеленые» атрибуты (называемые сертификатами возобновляемой энергии или REC), связанные с солнечным оборудованием.