подбор и правильная обвязка емкостного водонагревателя и краткие сведения по устройству системы горячего водоснабжения.

Статья 6: подбор и правильная обвязка емкостного водонагревателя и краткие сведения по устройству системы горячего водоснабжения. 

   Правильное название этого аппарата – емкостной водонагреватель (storage water heater), а не бойлер. Бойлер в английском языке - это котел или сетевой подогреватель (boiler).  

  1. Устройство водонагревателей.

  Емкостные водонагреватели предназначены для нагрева холодной воды питьевого качества и накопления ее запаса к периоду водоразбора. Для этого они имеют накопительный резервуар с 1-2 встроенными теплообменниками и электрическими нагревательными элементами.

  Первый теплообменник бака всегда расположен в нижней части накопительного резервуара, прогрев всего объема воды в резервуаре обеспечивается циркуляцией воды, создаваемой гравитационным напором. Так как горячая вода имеет меньшую плотность, чем холодная, она поднимается вверх и затем распределяется по всему объему резервуара. Более холодная вода всегда находится в нижней части бака, вода максимальной температуры в верхней части бака. Из-за того, что вода в баке движется снизу вверх, теплоноситель от любого источника тепла подключается так, чтобы среды двигались навстречу друг другу. Это позволяет максимально интенсифицировать процесс теплообмена между двумя средами, так как при других вариантах движения сред в расчетных формулах появляются коэффициенты, понижающие тепловую мощность. Однако нагрев воды в режиме естественной циркуляции в баке не позволяет получить высокие коэффициенты теплопередачи, что вынуждает устанавливать в баках теплообменники с большими поверхностями. Например, коэффициент теплопередачи от теплообменника к нагреваемой воде в емкостном водонагревателе составляет 580-600 Вт/м х К, в скоростном пластинчатом теплообменнике – 800-1700 Вт/м х К. Есть модели емкостных водонагревателей с оребренными теплообменниками и другими устройствами для интенсификации теплообмена, но учитывая низкое качество нашей питьевой воды это не даст продолжительного эффекта. Накипь хорошо оседает на оребренных трубах, что создаст в недалеком будущем дополнительное сопротивление теплопередаче и понизит и без того малый коэффициент теплоотдачи. Очистить от накипи оребренный теплообменник в баке будет затруднительно.

  Если водонагреватель оборудован двумя теплообменниками, то к нижнему теплообменнику подключается источник тепла с более низкими рабочими температурами (например, гелиосистема), а к верхнему – с более высокими (например, твердотопливный котел). Верхний теплообменник обеспечивает на выходе из бака заданную температуру, если мощности нижнего будет недостаточно. Таким образом, расположение всех штуцеров в водонагревателе совсем не случайно, поэтому и нужно выполнять корректно его подключение ко всем системам.

  Многие водонагреватели имеют два прочных корпуса: один внутренний для хранения воды, а второй внешний для защиты от механических повреждений. Для теплоизоляции бака пенополиуретан заливается между двумя корпусами прямо на заводе. Есть варианты водонагревателей без прочного наружного корпуса, пенополиуретановая теплоизоляция на бак устанавливается на месте монтажа (особенно большой емкости), есть водонагреватели с заводской пенополиуретановой заливкой и без прочного наружного корпуса с декоративной защитной обечайкой. Наружный прочный корпус предохраняет внутренний от деформаций и повреждений при транспортировке, однако при ударах это приводит к потере изделием товарного вида из-за вмятин. Принципиального значения наличие или отсутствие наружного прочного корпуса не имеет, так как после монтажа водонагреватель обязательно должен быть испытан 1,5 – кратным рабочим давлением. Если внутренний корпус или теплообменник поврежден, это будет видно по образованию течи. 

  Из дополнительной комплектации, которую можно еще встретить в водонагревателях, можно упомянуть датчики-реле заполнения водонагревателя, индикаторы необходимости очистки бака, индикаторы необходимости замены магниевого анода, таймеры, электронные регуляторы температуры, жидкокристаллические термометры, дисплеи, показывающие остаток горячей воды и т.д. и т.п. По этому поводу есть два мнения: европейцы считают, что обывателям все это знать не нужно, отечественные инсталляторы предпочитают противоположный подход. В Европе есть профессиональные компании, занимающиеся обслуживанием инженерных систем и располагающие специальным наладочным оборудованием, обыватели не занимаются обслуживанием инженерных систем. Для европейских потребителей отсутствие всего этого дополнительного оборудования некритично. Иное дело у нас – зачастую обыватели вынуждены сами обслуживать водонагреватели и здесь без дополнительного оборудования не обойтись.    

   2. Продолжительность службы водонагревателей

   При выборе водонагревателей по критерию «продолжительность службы» потребители в основном ориентируются на имидж фирмы-производителя и толщины стенок элементов. Обычно толщины металла баков и теплообменников находятся в следующих диапазонах: навесные модели: бак и донышки - 1,75-2,0мм, теплообменники – 2,0мм, напольные модели: обечайка - 2-3мм, донышки - 2,2-3,0мм. С ростом объема бака растут и толщины стенок. Реальные сроки службы различных водонагревателей согласно (1) при соблюдении правил эксплуатации составляют максимум 14-15 лет. Однако не стоит забывать о том, что толщины стенок элементов водонагревателя при качественном защитном покрытии не играет существенной роли (толщины стенок обечайки и донышек рассчитывается исходя из прочности бака, запаса на коррозию в толщине стенок не предусматривается), а при отсутствии или разрушении защитного покрытия бак все равно выйдет из строя в течение 3-4 лет в зависимости от свойств воды. Поэтому лучше обращать внимание на качество и вид покрытия (в этом плане лучше всего, конечно, водонагреватели из нержавеющей стали). Из числа факторов, влияющих на продолжительность эксплуатации водонагревателя, потребители обращают в основном внимание только на коррозию (в основном она всех и донимает: у нас баки разрушаются от коррозии раньше, чем начинают сказываться другие факторы), но забывают о других процессах в эксплуатации бака, которые также влияют на продолжительность его службы. Не менее важным является качество сварных швов бака, являющихся наиболее слабым элементом из всех обеспечивающих работу бака при расчетных давлениях. Именно поэтому в стандарте EN 12897:2006 (2) регламентируется, что емкостной водонагреватель должен выдерживать 20000 периодических циклов при 1,5 – кратном рабочем давлении или 100000 периодических циклов при 1,3 – кратном рабочем давлении. Диаграмма испытательного процесса водонагревателя показана на рисунке 2 ниже.

Пояснения к рисунку 2: по оси Х – время, по оси Y – давление, при этом Т₁ ≥ 15 ≤ 30 сек, Т₂ ≥ 15 ≤ 20 сек, а Т₃ ≥ 45 ≤ 60 сек. Р₀ – атмосферное давление. Р₁ – 1,5 х рабочее давление для 20000 циклов или 1,3 х рабочее давление для 100000 циклов.

При этом не должно быть течей или видимых признаков разрушения элементов водонагревателя. Этот тест выполняется после полной сборки и нанесения защитного покрытия, но до нанесения тепловой изоляции. Понятно, что таким тестам водонагреватели подвергают выборочно, отбирая установленное правилами количество контрольных образцов из партии. 

   3. Защита водонагревателя от коррозии.    

   Водонагреватели имеют два уровня защиты от коррозии: активный и пассивный. Активная защита – это протекторная или катодная защита, пассивная защита – различные защитные покрытия. Механизм возникновения коррозии в водонагревателе таков: на поверхности любого металла, находящегося в электролите (воде), из-за разделения поверхности на катодные и анодные зоны по разным причинам возникают гальванические элементы, характеризующиеся различными значениями потенциалов. В связи с этим коррозия металла водонагревателя носит электрохимический характер.

   Цель активной защиты — предотвращение коррозии металла бака и теплообменника в местах дефектов пассивной защиты (внутреннего покрытия водонагревательной емкости, например, эмали), которые появились в результате старения защитного покрытия.  

   Стандартной системой защиты водонагревателей от коррозии является протекторная схема, при которой в баке находится более электроотрицательный металл, чем металл стенок бака и теплообменника. Принцип действия такой защиты основан на свойстве большинства металлов (в т.ч. и стали) отдавать электроны в силу отрицательного электродного потенциала, вследствие чего в процессе коррозии они окисляются. Протектор с наиболее отрицательным потенциалом будет анодом, а бак с наиболее положительным потенциалом – катодом, поэтому будет разрушаться протектор, а не бак. В процессе работы анод растворяется, и в зависимости от свойств воды, каждые 2-3 года его нужно заменять. Преимуществом такой защиты является независимость от внешнего электропитания.

   Кроме магниевых анодов встречаются также несменные титановые аноды постоянного тока. 
   В отличие от штатного магниевого анода, имеющего тенденцию к растворению, анод с внешним питанием, если можно так выразиться, вечен, поскольку обеспечивает электронную катодную защиту емкостного водонагревателя от коррозии в течение всего срока его эксплуатации. Система включает в себя потенциостат (генератор импульсов) и анодный стержень из титана с покрытием из смешанных оксидов. Они соединяются между собой кабелем, электропитание системы осуществляется от сети 230 В. Потенциостат в импульсном режиме посылает защитный ток через титановый анод, расположенный внутри водонагревательной емкости. В перерыве между импульсами измеряется разность потенциалов между анодом и корпусом водонагревательной емкости. Полученное значение сравнивается с эталонным. Генерируемый потенциостатом защитный ток во время следующего импульса корректируется с тем расчетом, чтобы эталонная разность потенциалов поддерживалась постоянно.

   Бак водонагревателя обычно изготавливается из оцинкованной стали, для предотвращения коррозии его защищает изнутри специальное покрытие - стелокерамика, стеклоэмаль, полимерное покрытие, стеклофарфор, титановая эмаль. Самым ненадежным считается полимерное покрытие, стеклофарфор и стеклокерамика лучше, но из-за температурных перепадов в них возникают микротрещины, что приводит к коррозии. Гарантия на такое покрытие обычно не превышает 1 года.
  Стеклоэмаль более пластична (гарантия 3 года), а титановая эмаль настолько хороша, что гарантия возрастает до 7 лет. 

   4. Подключение водонагревателя к системам холодного и горячего водоснабжения.

   Системы горячего водоснабжения в нашей стране и в Европе сильно отличаются. Исходя из того, что мы рассматриваем европейское оборудование, будет правильным разобрать устройство их систем водоснабжения и предпосылки, определившие их сегодняшний облик. Тогда станет понятным назначение многих компонентов. Вот основные задачи, которые реализуют при проектировании современных систем горячего водоснабжения в Европе:
   ❏ терморегулирование циркуляционных трубопроводов;
   ❏ термическая дезинфекция трубопроводов;
   ❏ стабилизация температуры воды у потребителя;
   ❏ стабилизация давления воды у потребителя.
    Декларативно эти функции в том или ином виде прописаны в отечественных нормативах, однако в действительности их почти никогда не реализовывали из-за отсутствия соответствующей регулирующей арматуры, а также должного отношения к энергосбережению и обеспечению качества предоставляемой услуги. Наши инсталляторы даже не подозревают о существовании этих задач.

  Обратите внимание на место установки предохранительного клапана на рис 3: выше верха бака. Это сделано для того, чтобы была возможность ремонта и демонтажа предохранительного клапана без слива воды из бака (это касается только напольных водонагревателей). Кроме того, отвод воды от предохранительного клапана должен быть выполнен в канализацию с «разрывом струи». Дело в том, что при срабатывании предохранительного клапана, например, на 6-барном водонагревателе давление воды на выходе будет равно 7,2 бара (клапан срабатывает при давлении на 20% выше рабочего). 7,2 бара это 72 м. водяного столба, поэтому если струя с таким давлением попадет в человека, последнему будет не очень приятно (особенно если вода в баке уже прогрета). Установка предохранительных клапанов без организованного отвода сбрасываемой воды является грубейшим нарушением правил безопасной эксплуатации оборудования, работающего под давлением. Большинство отечественных инсталляторов о таких вещах даже не задумываются. Иногда встречаются уникумы, которые требуют замены предохранительного клапана после его срабатывания – дескать, он уже испортился. Имеет также значение и место установки предохранительного клапана: он должен устанавливаться до защищаемого объекта (бака) по ходу возможного роста давления. Высокое давление может воздействовать на водонагреватель со стороны системы холодного водоснабжения, поэтому предохранительный клапан и должен стоять на вводе холодной воды в бак, а не в каком-либо другом месте системы горячего водоснабжения. Возможен рост давления в баке и при нагревании воды, но и в этом случае предохранительный клапан и мембранный бак защитят водонагреватель от превышения давления выше допустимого.  

   В Европе с ситуацию «человеческим фактором» при подключении бытовых водонагревателей учли довольно жестко: в соответствии с требованиями EN 1487:2000 (4) и директивами правительств стран ЕС c 2003г. (7) на водонагреватель должна быть установлена группа безопасности заводского производства с давлением срабатывания предохранительного клапана 7 бар (у водонагревателей, выпускаемых для рынка ЕС, рабочее давление не превышает 6 бар. Примером вполне могут послужить французские водонагреватели Atlantic). В этом несложно убедиться, даже просто просмотрев «родные» инструкции по монтажу европейских водонагревателей. Этим же стандартом строго регламентирован и состав этой группы безопасности. 

   В свете этого стандарта традиционно используемые в нашей стране предохранительные устройства для подключения бытовых водонагревателей в ЕС не могут быть использованы.

  Европейские нормы обвязки водонагревателей требуют еще и установки мембранного расширительного бака (далее МРБ) вместе с предохранительным клапаном. Это позволяет использовать МРБ в качестве второго предохранительного клапана и предотвращать ненужные потери воды при ее нагреве. У нас вода стоит существенно дешевле, чем в Европе поэтому это для нас пока не столь актуально, о безопасности см. выше.

  4.1. Циркуляционная линия.

  Циркуляционная линия в системе горячего водоснабжения предназначена для поддержания постоянной температуры перед точками водоразбора. Для ее устройства в системе горячего водоснабжения в местах водоразбора устанавливается отводная линия, по которой вода возвращается к водонагревателю. По этому контуру вода перемешается специальным циркуляционным насосом. Благодаря наличию циркуляционной линии при открывании крана к потребителю поступает именно горячая вода. В больших зданиях циркуляционная линия сокращает также и непроизводительные потери воды. Потребитель в удаленной точке без циркуляционной линии, открывая кран горячей воды, вынужден бесполезно спускать воду из тупикового участка и ждать, когда до него дойдет горячая вода. Например, в Харькове в домах, присоединенных к централизованному горячему водоснабжению, это приводит к большим потерям воды, так как циркуляционные линии от домов до центральных тепловых пунктов прекратили свое существование еще в середине 80-х годов ХХ века.

  Есть и еще одно назначение циркуляционной линии: благодаря ее наличию можно повысить температуру воды в большей части водопроводной сети для ее дезинфекции - уничтожения бактерий (например, легионелл). Для проведения термической дезинфекции во всей сети здания рекомендуется установка арматуры с терморегулирующими смесителями. В Германии для крупных систем устройство циркуляционных линий обязательно (3), при этом малыми системами горячего водоснабжения в Германии считаются коттеджные системы или системы с баками емкостью менее 400л (там же, 3)

  Рисунок 7. Схема циркуляционной линии с установкой на сантехнических приборах ручных смесителей и группового термостатического смесительного клапана.

Наиболее совершенной схемой (хотя и наиболее дорогой) является схема с индивидуальными термостатическими смесителями на каждом приборе. Это позволяет поддерживать во всей системе высокую температуру, равную 50-60⁰С во избежание заражения воды легионеллой без риска получить ожог, и не составляет проблемы решение вопроса поддержания разных температур горячей воды для разных потребителей (на каждом смесительном клапане может быть своя настройка температуры).

   Не у всех водонагревателей предусмотрено присоединение циркуляционной линии непосредственно к баку, однако это не должно рассматриваться как проблема. Как и в случае устройства циркуляционной линии в двухконтурном котле, она подключается к линии холодной воды.

  Одна из характерных ошибок в устройстве циркуляционной линии – это выбор циркуляционного насоса. Многие инсталляторы и даже проектировщики применяют в коттеджных системах горячего водоснабжения дорогие циркуляционные насосы с напорами 7-8 метров водяного столба. Люди путают статическое и циркуляционные давления: нужный напор воды перед краном создается либо повысительной насосной станцией, либо насосами в городском водопроводе. Для коттеджа и небольшого здания вполне достаточно циркуляционного насоса с максимальным напором 3-4 метра водяного столба. Работа циркуляционного насоса регулируется реле времени, так как в его постоянной работе обычно нет необходимости – нужно только предотвращать остывание воды более чем на 5⁰С. Обычно это время составляет 15-20 минут для хорошо теплоизолированных трубопроводов. В циркуляционных насосах многих производителей реле времени и датчик температуры уже встроены в сам насос, при наличии контроллера временной интервал между включениями насоса задается в программе его работы.

4.2. Термостатический смесительный клапан.

Термостатические смесительные клапаны предназначены для регулирования температуры горячей воды в системе горячего водоснабжения и защиты от ожогов.

Таблица 1. Воздействие горячей воды и степени вызываемых ожогов.

Эта таблица взята из документа организации ASSE за 1993 год, США. Данные являются справочными, и могут отличаться для разных людей.

Примечание. Классификация степеней ожогов:

Первая степень. Поражается верхний слой ороговевающего эпителия. Проявляется покраснением кожи, небольшим отёком и болью. Через 2—4 дня происходит выздоровление. Погибший эпителий слущивается, следов поражения не остаётся.

Вторая степень. Повреждается ороговевающий эпителий до росткового слоя. Формируются небольшие пузыри с серозным содержимым. Полностью заживают за счёт регенерации из сохранившегося росткового слоя за 1—2 недели.

Третья степень. Поражаются все слои эпидермиса и дерма.

Воздействие горячей воды характеризуются в основном небольшой площадью ожога, но относительно глубоким воздействием, ожоги преимущественно 2—3-ей степеней.

  На рисунке 9 изображен клапан, имеющий защиту от ожога. При любых колебаниях температур холодной и горячей воды температура на выходе из клапана будет оставаться стабильной. При отсутствии холодной воды клапан полностью перекроет патрубок, подающий смешанную воду в систему горячего водоснабжения, защищая людей от ожогов.

  Предвижу возможные возражения по поводу установки термостатического смесительного клапана: в каждом водонагревателе имеется термостат, который при достижении заданной температуры прекратит нагрев и температуру в водонагревателе можно установить на уровне 50⁰С. Здесь можно привести ряд контраргументов:

1. При правильной эксплуатации водонагревателя температура воды в нем должна быть не ниже 60⁰С (подробнее см. пункт 5.3. о дезинфекции). Это уже довольно некомфортная, да и ненужная для повседневной деятельности человека температура, и установка даже группового смесительного клапана позволит открывать кран без риска обжечь руки. Кроме того, при дезинфекции системы и бака будет необходимо периодически повышать температуру до 72⁰С. Для этого надо переключить термостат водонагревателя (вручную или автоматически через контроллер) на эту температуру. При этом появляется риск получения ожогов, так как других предохранительных устройств в системе нет (хорошо, если система маленькая, а если речь идет о большом общественном здании?). Поэтому у нас при устройстве системы горячего водоснабжения всегда есть конфликт приоритетов: борьба с легионеллой или с ожогом, и здесь каждый должен сделать свой выбор или решить обе задачи сразу. В Европе этот выбор сделан в пользу решения двух задач сразу, что и обусловило массовое применение термостатических смесителей.  
2. Установка термостатического смесителя даст и определенную экономию горячей воды, так как благодаря точной дозировке холодной и горячей воды предотвращается перерасход горячей воды с температурой 60⁰С.
3. Термостаты в водонагревателях могут выходить из строя.
4. Рабочее количество циклов термостатического смесителя (а соответственно и продолжительность службы) очень велико, время реакции клапана на какие либо изменения температур и расходов горячей и холодной воды составляет 1-2 секунды.
5. Обеспечивается комфорт и безопасность при эксплуатации системы горячего водоснабжения в различных температурных режимах, в том числе и дезинфекционном. 

  Для любого здравомыслящего человека этого набора аргументов оказывается достаточно.

  В системах горячего водоснабжения в Европе (особенно в Германии) должна применяться  специальная арматура (в т.ч. и специальная балансировочная) и специальные насосы, не ухудшающие свойств питьевой воды. Это конечно, актуально только для коттеджей со своими скважинами. Для украинских городских систем водоснабжения это лишено смысла.  

5. Режимы работы емкостного водонагревателя.

Емкостной водонагреватель имеет несколько существенно различающихся между собой режимов работы. Поэтому для правильного выбора водонагревателя нужно понимать, как он будет работать в этих режимах и какой результат при этом получат потребители. Мы рассмотрим основные режимы.

5.1. Длительная производительность.

Бак работает в этом режиме как проточный водонагреватель. Холодная вода с температурой 5-10⁰С поступает в бак и выходит из него с заданной температурой. В режиме длительной производительности к баку подается столько тепла, сколько ее забирается горячей водой. В режиме длительной производительности объем бака не играет никакой роли – длительная производительность зависит только от размеров поверхностей нагрева и от температурного режима. Многие производители указывают мощность теплообменников при температуре подающей линии 90⁰С, не указывая при этом температуру нагрева воды, при которой эта мощность получена. Для удобства эти данные сведены в таблицу 2.

Таблица 2. Данные о тепловой мощности водонагревателя в зависимости от температуры нагрева воды и температуры греющего теплоносителя.

Во избежание накипеобразования на поверхности теплообменника не рекомендуется повышать температуру греющей воды от котла выше 70⁰С для воды с общей жесткостью выше 8⁰dH или 2,85 мг-экв/л (по величине общей жёсткости различают воду мягкую (до 2 мг-экв/л), средней жёсткости (2-10 мг-экв/л) и жёсткую (более 10 мг-экв/л)). Если общая жесткость ниже 8⁰dH (например, имеется водоумягчительная установка), то температура греющего теплоносителя может составлять 75⁰С. Во многих европейских водонагревателях максимальная температура нагрева горячей воды в водонагревателях обычно ограничена 70°С по паспорту, а фактический предел уставки термостата составляет 65°С±5°С. Помимо замедления процесса образования накипи, при более низкой температуре аккумуляции снижаются теплопотери через стенки бака.

  Правильный расчет водонагревателя в режиме длительной производительности довольно трудоемок, поэтому здесь мы его рассматривать не будем. Для расчета производители предоставляют специальные диаграммы (для каждого бака они разные), целый ряд расчетных коэффициентов. Образец такой диаграммы приведен на рисунке 10.    

  Все это призвано проиллюстрировать трудоемкость процесса подбора водонагревателя. В Европе все это делается при помощи специальных расчетных программ.

  Если предполагаемый график работы системы горячего водоснабжения предполагает постоянный водоразбор без ярко выраженных пиков и пауз, то нужно выбирать водонагреватель по режиму длительной производительности с маленьким баком и большой поверхностью теплообменника.

  5.2. Режим разогрева и аккумуляции.

  В отличие от работы в режиме длительной производительности при разогреве не происходит отбора воды, поэтому температура воды в баке постоянно повышается. В режиме аккумуляции в полной мере проявляются преимущества емкостного водонагревателя. Рассмотрим это на примере. Пусть нужно нагреть ванну объемом 160л до температуры 40⁰С за один час. Температура холодной воды 10⁰С. Определим количество тепла, которое нужно подвести к водонагревателю:

Q = 160 х 0,00163 х (40 - 10) = 5,582 кВт.

А теперь определим количество тепла, которое необходимо подвести к водонагревателю, чтобы нагреть объем воды в этой же ванне за 12 минут:

Q = 160 х 0,00163 х (40 - 10) х 60/12 = 27,9 кВт.

Разница в подводимой тепловой мощности составляет 5 раз. Эта цифра соответствует часовым потерям тепла коттеджем средней площади (250 – 300 кв.м.). Именно поэтому в больших коттеджах нельзя применять двухконтурные котлы, особенно если в системе отопления присутствуют греющие полы. Происходит следующее: имея в коттедже 3-5 санузлов, джакузи, мойки и других потребителей горячей воды, двухконтурный котел постоянно работает на приготовление горячей воды. При этом, естественно, система отопления будет отключена, греющие полы остывают и становятся совсем некомфортными (при наличии сплошного остекления греющие полы в комнатах остывают до некомфортного уровня за 10-15 минут). Только при наличии дополнительного контроллера, ограничивающего время приготовления горячей воды определенным временем, или в ручном режиме ситуацию можно как-то поправить (но тогда все равно будет не хватать горячей воды). Даже в программах специальных контроллеров для топочных с системами горячего водоснабжения существуют 5-7 алгоритмов работы котельного оборудования для приготовления горячей воды и нужно аргументировано выбрать подходящий. Двухконтурный котел подходит только для квартир или маленьких коттеджей максимум с двумя санузлами, когда прекращение работы системы отопления не окажет критического влияния на тепловой комфорт. Для коттеджа наиболее оптимальной схемой работы топочной будет или быстрый нагрев бака и периодическая подача тепла на поддержание его в режиме готовности с минимальными затратами тепла или одновременная подача тепла в систему отопления и подогрев бака в аккумуляционном режиме также с минимальным расходом тепла. Главной целью и смыслом аккумуляции является снижение установленной мощности котла (экономия на самом дорогом элементе топочной) при сохранении комфортного теплового режима в отапливаемом здании. При применении проточных или пластинчатых водонагревателей обеспечить такую экономию капитальных затрат невозможно, так как мощности будут суммироваться (например, 30кВт система отопления + 25 кВт система горячего водоснабжения, тогда как в режиме аккумуляции будет достаточно одного котла мощностью 35-40 кВт). Проточные водонагреватели в простой комплектации имеют еще и проблемы с нагревом воды при разном ее расходе: если расход маленький – кипяток, если большой – прохладная.   

  Почти все водонагреватели с электрическими вставками рассчитаны для работы в режиме аккумуляции, иначе бы их мощность выросла бы в разы, как в рассмотренном выше примере. В нашей стране при выборе электрической вставки предпочтение следует отдавать т.н. «сухим» ТЭНам. 

  Чтобы в полной мере проявились преимущества емкостного водонагревателя в режиме аккумуляции, нужно достаточно точно определить объем бака с учетом разных факторов. Так, в большом объеме бака, в котором идет нагрев воды, мощность теплообменника будет снижаться при условии сохранения постоянной температуры в греющем контуре. Это происходит из-за снижения градиента температур между двумя средами. Если не учитывать этого обстоятельства, то возникнет ситуация, при которой, несмотря на подведение к баку расчетной тепловой мощности заданная температура воды в баке по истечении заданного времени не будет достигнута.   

  При выборе емкости водонагревателя для режима аккумуляции нужно также учесть и тот факт, что в водонагревателе с гладкотрубными змеевиковыми теплообменниками нагрев всего объема воды в баке до одинаковой температуры невозможен. Поэтому для корректного определения емкости бака водонагревателя вводятся понижающие коэффициенты, зависящие от типа водонагревателя (горизонтальный или вертикальный) и времени аккумуляции. Величина этих коэффициентов колеблется между 0,9 (для горизонтального) – 0,94 (для вертикального). К примеру, в конце рабочего дня нам нужно 160л горячей воды. Обычно принимают водонагреватель с объемом бака 160л. С учетом понижающего коэффициента для вертикального водонагревателя только 160 х 0,94 = 150,40л  воды будут иметь заданную температуру. Поэтому для 100% покрытия потребности в горячей воде нужно брать водонагреватель объемом 200л, в котором 188л воды будут иметь нужную температуру.

  Необходимо готовить запас воды на весь расчетный объем горячей воды, поскольку в емкостных водонагревателях во время короткого периода пикового водоразбора отсутствует возможность работать в режиме длительной производительности. 

   Есть и еще один нюанс: для получения указанной тепловой мощности необходимо обеспечить строго определенный расход греющего теплоносителя. Для того же водонагревателя Atlantic эта цифра составляет 2,0 м³/час, что довольно много. Если расход будет меньше заданного, то мощность теплообменника будет существенно меньше. Гидравлическое сопротивление змеевикового теплообменника, который применяется в подавляющем количестве водонагревателей, при расходе 2,0 м³/час составляет 1,2-1,6 м. водяного столба – естественной циркуляции для преодоления этого сопротивления недостаточно. Это особенно критично для систем, рассчитанных для естественной циркуляции теплоносителя или на объектах с нестабильным электроснабжением. Для подогрева воды в водонагревателе в режиме естественной циркуляции в греющем контуре гидравлическое сопротивление теплообменника не должно превышать 0,3-0,5 м. водяного столба. Чтобы выполнялось такое условие, теплообменник должен иметь другую конструкцию, такую как на рисунке 12. Фактически это не змеевик, а рубашка.

  Похожая картина имеет место во всех емкостных водонагревателях и это обстоятельство необходимо учитывать при подборе оборудования топочной (насоса греющего контура, диаметров труб и определения резерва мощности котла).

  Если режим работы системы горячего водоснабжения предполагает наличие пауз в водоразборе, то нужно выбирать водонагреватель для работы в аккумуляционном режиме: емкость бака должна обеспечивать хранение воды для покрытия пикового водопотребления, поверхность теплообмена может быть небольшой. Обычно такие прерывистые режимы характерны для большинства жилых домов, различных предприятий, нуждающихся в конце каждой рабочей смены в больших количествах горячей воды. Например, люди уходят из дома на работу в 8.00-9.00 и возвращаются в 18.00-19.00, пауза в водоразборе составляет 10 часов. За этот период котел, отдавая на подогрев воды небольшую часть вырабатываемой тепловой мощности, нагреет весь необходимый объем.

  Иногда из-за невозможности, а иногда из-за отсутствия необходимости проверки расхода и температуры горячей воды неверный подбор водонагревателей не столь очевиден, как например, ошибки в проектировании системы отопления. Только в исключительных случаях ошибки в подборе водонагревателей становятся очевидными. Большинство потребителей совершенно не представляют себе, как должна работать система, но винить их в том нельзя.

  5.3. Дезинфекция.

  Инфекции, вызываемые разного рода аэробными бактериями вида легионеллы, принято давать в описании с термином легионеллез. К настоящему времени выявлено более 30 видов бактерий, из которых Legionella Pneumophila (рис. 13) является самой опасной, вызывающей 90 % случаев заболевания легионеллезом. Инфекционное поражение легионеллой становится все более серьезной проблемой, вплоть до того, что этот вопрос находится под специальным наблюдением Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ), а также Европейского сообщества в лице Европейской рабочей группы по связанным с легионеллой инфекциям (EWGLI).

  Главным источником заражения легионеллой является застойная некипяченая вода как в природных водохранилищах типа прудов и каналов, так и в искусственных сооружениях – резервуарах, водных установках, водонагревателях, системах отопления и кондиционирования воздуха (с температурами от 25 до 50°С). В человеческий организм бактерии попадают только воздушно-капельным путем. Сливные отверстия и душ также могут содержать высокие концентрации бактерий, если ими начали пользоваться после длительного перерыва. К основным факторам появления и роста легионелл в системе горячего водоснабжения согласно (5) относятся:

1. плохое качество воды и неисправности в системе водоподготовки;
2. проблемы в подаче и распределении воды, такие как длительный застой и малый расход;
3. конструкционные материалы, способствующие росту бактерий и образованию бактериальных пленок;
4. неэффективная или недостаточная дезинфекция;
5. температура воды 25-50⁰С;
6. присутствие бактериальных пленок;
7. мелкодисперсное распыление воды.

Ряд документов относит в число источников с высоким риском заражения и гидромассажные ванны. Источниками с низкой вероятностью заражения являются, например, фонтаны и системы пожаротушения (6).

   Наиболее тяжелые формы инфекции могут приводить к летальному исходу, в 30–50 % случаев проявляясь в виде пневмонии, которую сложно отличить от других типов респираторных инфекций. В США ежегодно регистрируется не менее 25 000 случаев легионеллеза. Во Франции зимой 2003–2004 годов зарегистрировано 85 случаев заболевания, из них 13 со смертельным исходом. В Италии ежегодно констатируется до 150 случаев, однако есть все основания полагать, что на самом деле число заболеваний, как минимум, в 10 раз больше.

Одной из главных причин, по которой данное заболевание реже подтверждается, безусловно, является факт размытости клинического описания легионеллеза и невозможность четкого разграничения форм пневмонии как атипической, так и бактериальной.

   К профилактическим мероприятиям по борьбе с легионеллой (5) можно отнести следующее:

1. Для систем с циркуляционными линиями температура горячей воды на выходе из водонагревателя должна быть не менее 60⁰С, перепад температур в циркуляционной линии не должен превышать 5⁰С. Рост температуры в циркуляционном трубопроводе может свидетельствовать о проблемах с потокораспределением в системе.

2. Для тупиковых систем (без циркуляционного трубопровода) и без емкостного водонагревателя протяженность труб должна быть наименьшей.

3. Температура горячей воды в кране должна достигать своего максимального значения в течение одной минуты, холодной воды в течение двух минут.

4. Максимальное значение температуры, которое достигается в кране в течение одной минуты должно быть не менее 50⁰С, за исключением точек с установленными термостатическими смесителями.

5. Температура холодной воды не должна превышать 25⁰С. По возможности, температура холодной воды должна быть ниже 20⁰С для недопущения развития легионелл. Там где холодная вода имеет температуру выше 20⁰С, она должна рассматриваться как горячая.

6. Повышение температуры трубопроводов холодной воды, баков с холодной водой и технологических устройств должно быть предотвращено путем установки соответствующей теплоизоляции и обеспечения достаточного расстояния между трубами холодной и горячей воды или трубопроводами системы отопления.

7. В системах, в которых температура воды в кране не может поддерживаться на уровне 50ºС из-за риска получения ожогов (например, в доме престарелых), должны использоваться альтернативные мероприятия. Альтернативные мероприятия включают в себя использование биоцидов, периодическую промывку и прогрев системы, включая циркуляционный трубопровод, водой с температурой не менее 60ºС. Это мероприятие требует строгих мер безопасности для предотвращения ожогов.

 Рисунок 14. Воздействие температур на жизнедеятельность бактерий в воде.    

 При температурах свыше 70°C легионеллы отмирают довольно быстро. При термической дезинфекции нужно прогревать всю водопроводную сеть, включая разборную арматуру, до температуры более 72°C на время не менее пяти минут (ряд норм и рекомендаций для надежного уничтожения бактерий в системе требует увеличить это время до 30 минут). При этом для эффективной дезинфекции в течение 3 – 5 минут через все точки разбора должна протекать вода температурой более 70°C (3). Дезинфекция должна осуществляться еженедельно. Существует несколько способов дезинфекции системы горячего водоснабжения, эффективность которых подтверждена (3):

1. Термическая дезинфекция.
2. Химическая дезинфекция (хлор, биоциды).
3. Обработка воды в УФ - установках.

Наиболее эффективным способом с точки зрения уничтожения бактерий во всей системе является термическая дезинфекция. Тепловой способ обеззараживания системы от патогенных бактерий повсеместно применяют за рубежом вместо трудоемкого, экологически и санитарно-гигиенически опасного хлорирования, предписываемого нашими правилами СанПиН №4723–88 «Санитарные правила устройства и эксплуатации системы централизованного горячего водоснабжения» (кроме того, высокая концентрация хлора разрушает трубы изготовленные из PEX, PPR, PB).  

Никогда не включайте водонагреватель, пока не заполните его водой. В результате  перегорают ТЭНы или даже плавятся некоторые детали водонагревателя.

Обращайте внимание на полноту технической информации, часто имеют место манипуляции с техническими характеристиками оборудования. Например, при указании величины теплопотерь через стенки бака в документации должна быть указана температура воды в баке и температура окружающей среды, при которых получены значения этих потерь тепла. Для водонагревателя Atlantic 300L Floor standing COMBI, температура воды в баке 60⁰С, температура окружающей среды 20⁰С, теплопотери при этих условиях составят 2,77 кВт за 24 часа.

   Таким образом, при выборе и установке водонагревателя ключевыми являются следующие моменты:

1. Режим водопотребления и предполагаемый расход горячей воды.
2. Тип системы со стороны греющего контура (котла): с принудительной циркуляцией или с естественной.
3. Тип и параметры источника тепла (твердотопливный котел, гелиосистема и т.д.), а также сезонность его работы.
4. Тип источника холодной воды (городской водопровод или скважина).
5. Мощность электрического ввода на объект, и какую часть из нее можно использовать для подогрева воды. Дополнительным преимуществом будет наличие многотарифного счетчика электрической энергии.
6. Сезонность работы системы горячего водоснабжения (круглый год или какие-то заданные периоды времени).
7. Максимальное и рабочее давления в источнике холодной воды.
8. Наличие места для размещения водонагревателя.
9. Достоверность приведенных поставщиком технических данных.
10. Гарантия качества в изготовлении водонагревателя.
11. Гарантия правильного подключение водонагревателя к системам холодного и горячего водоснабжения.
12. Обеспечение правильной эксплуатации водонагревателя и системы горячего водоснабжения.

  Как видим, важных моментов немало. От степени их учета будет зависеть конечный результат для потребителя и чем большее количество сопутствующих обстоятельств будет учтено, тем более совершенным будет результат.

Список ссылочной литературы

1. Life expectancy of housing components. National Association of Home Builders (NAHB), Economics Department, USA.

2. EN 12897: 2006 Water supply – Specification for indirectly unvented (closed) storage water heaters.

3. DVGW Arbeitsblatt W 551. Trinkwassererwärmungs - und Leitungsanlagen; Technische Massnahmen zur Verminderung des Legionellenwachstums.

4. EN 1487: 2000 Building valves – Hydraulic safety groups – Test and requirements.

5. Legionella and the prevention of legionellosis, World Health Organization 2007. ISBN 92 4 156297 8  (NLM classification: WC 200).

6. Legionella in combisystems tanks. University of Lleida, Spain, 2005.

7. Circolare 26 marzo 2003, n. 829571 Criteri di sicurezza da osservare per la corretta installazione degli scaldacqua ad  accumulo di uso domestico e similare (temperatura massima minore di 110⁰C). (Legge 5 marzo 1990, n. 46).