Горячее водоснабжение является важным условием, обеспечивающим комфорт жильцов. Без него невозможно представить современный дом. Для получения нагретой воды используют проточные и гораздо реже — емкостные водонагреватели. Они дают нагретую воду, используемую в санитарных целях: для купания, мытья посуды, стирки и т. п. Проточные водонагреватели часто именуют колонками.
Температура воды не должна превышать 60–65 °С. Комфортная температура для умывания, принятия душа, ванной составляет 38–45 °С. Для мытья посуды воду необходимо нагреть сильнее. Но вода с температурой выше 65 °С может вызвать ожог у человека.
Колонки нагревают протекающую через теплообменник воду, что позволяет сразу получить горячую воду. Для горячего водоснабжения также используют накопительные водонагреватели, в которых вода нагревается в баках различной емкости. Они имеют некоторые недостатки в сравнении с проточными. Например, использование больших объемов нагретой воды за короткое время приводит к быстрому понижению температуры в баке, поэтому необходимо уменьшать потребление воды или приобретать водонагреватели повышенной емкости. Широкого применения накопительные водонагреватели не находят.
Другое оборудование для горячего водоснабжения — двухконтурные отопительные аппараты: настенные и напольные котлы, автоматические отопительные газовые водонагреватели (АОГВ). Кроме основного теплообменника для обогрева помещений они имеют дополнительный теплообменник для приготовления нагретой воды.
Нормативные требования
В Перечень стандартов, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение Технического регламента «О безопасности аппаратов, работающих на газообразном топливе», включен ГОСТ 31856-2012 «Водонагреватели газовые мгновенного действия с атмосферными горелками для производства горячей воды коммунально-бытового назначения. Общие технические требования и методы испытаний». Стандарт устанавливает технические требования к водонагревателям с атмосферными горелками тепловой мощностью до 45 кВт, предназначенным для получения горячей воды коммунально-бытового назначения.
Основные технические характеристики
Колонки служат для получения необходимых объемов горячей воды. Основной потребительский параметр, характеризующий проточный водонагреватель, — производительность. Это объем воды, нагреваемый колонкой при заданной разности температур (∆t) за единицу времени. Единица измерения — литр в минуту (л/мин). Производительность определяется количеством точек водозабора. Если это один кухонный смеситель, то достаточно 7–8 л/мин. Но для двух точек, в кухне и ванной, требуется колонка с производительностью 12–14 л/мин.
В свою очередь, производительность зависит от тепловой мощности аппарата — это количество теплоты, образующееся при сжигании газа, подводимого к горелке в единицу времени. Для климатических условий России необходимы колонки с горелками, вырабатывающими много тепла. Для двух точек водозабора тепловая мощность аппарата должна начинаться от 18–20 кВт.
Не все получаемое при горении тепло передается теплоносителю — часть улетает с дымовыми газами, часть уходит в помещение через наружные конструкции колонки. С учетом коэффициента полезного действия определяется тепловая производительность — количество теплоты, предаваемое теплоносителю в единицу времени. И тепловая мощность, и тепловая производительность измеряются в киловаттах (кВт). Коэффициент полезного действия определяется как отношение тепловой производительности к тепловой мощности. У современных аппаратов он составляет около 90 %. Дальнейшее увеличение КПД нецелесообразно, так как приведет к значительному охлаждению продуктов сгорания. Как следствие, уменьшение или нарушение естественной тяги, конденсация воды из дымовых газов, разрушение дымохода, закупорка оголовка в зимний период.
Устройство проточного водонагревателя
Рис. 1. Схема проточного водонагревателя
Основными узлами колонки являются (рис. 1):
- газоотвод;
- теплообменник, состоящий из «рубашки» со змеевиком и калорифера;
- основная горелка;
- устройства управления и защиты, обеспечивающие управление колонкой и ее безопасную работу.
Газоотвод
Газоотводящее устройство служит для сбора продуктов сгорания и удаления в дымоотводящий патрубок прибора. Это металлический кожух, установленный над теплообменником, в верхней части которого сформирован круглый патрубок для присоединения дымоотводящей трубы. Основная масса колонок работает с отводом дымовых газов в дымоход. Но имеется небольшая группа проточных водонагревателей малой мощности, не требующих дымохода. Продукты сгорания удаляются приточно-вытяжной вентиляцией, то есть фактически поступают в помещение, в котором установлена колонка. Тепловая мощность таких аппаратов составляет 7–10 кВт, их размещают непосредственно под входным отверстием вентиляционного канала.
Эксплуатация бездымоходных колонок требует повышенного внимания к вопросам пожарной безопасности, прежде всего к вентиляции помещения и наличию пожароопасных материалов над аппаратом. Известны случаи возгорания обоев и натяжных потолков при загрязнении теплообменника сажей. Еще чаще при нарушениях в работе приточно-вытяжной вентиляции происходят отравления жильцов угарным газом.
Теплообменник
В проточном водонагревателе для нагрева воды служит теплообменник. Передача тепла происходит путем конвекции горячих дымовых газов, часть энергии поступает за счет излучения. Теплообменник состоит из расположенного в верхней части калорифера и огневой камеры («рубашки»), опоясанной змеевиком (рис. 2).
Рис. 2 Теплообменник колонки НЕВА
Калорифер представляет собой систему медных трубок, на которые насажены и припаяны медные пластины. Применение меди обусловлено ее химической стойкостью и хорошей теплопроводностью, которая выше только у серебра. Медь является оптимальным материалом для теплообменника. В последнее время появились недорогие колонки, имеющие биметаллический теплообменник. «Рубашка» в них выполнена из стали, змеевик — из медной трубки. В калорифере применяется медная трубка, на которую припаяны стальные пластины. Такие теплообменники часто прогорают, особенно при плохом контакте между медью и сталью в результате некачественной пайки.
Рис. 3. Загрязнение теплообменника колонки сажей
Неисправности теплообменника могут служить причиной пожаров, которые возможны при значительном загрязнении калорифера сажей либо прогорании стенок «рубашки». В первом случае пламя выходит из теплообменника наружу, огибая рубашку (рис. 3). Если сбоку или над колонкой расположены горючие материалы: элементы декоративного ремонта (обои), мебель, — то происходит возгорание. Характерным признаком неисправности является незначительный нагрев воды: горелка работает на полную мощность, а вода остается чуть теплой.
Прогорание теплообменника со стороны, обращенной к стене, приводит к нагреву задней стенки корпуса колонки. При монтаже на сгораемую стену производят защиту от пожара, подкладывая под аппарат теплоизолирующий материал. При этом сам водонагреватель вешают на металлические крюки, продетые через отверстия в задней стенке корпуса и забитые в деревянную стену. Известны случаи, когда крюки нагревались открытым пламенем через отверстия в прогоревшей «рубашке» с последующим возгоранием стены.
Основная горелка
Основная горелка колонки — инжекционная низкого давления (рис. 4). Она имеет большую мощность для того, чтобы прогреть холодную проточную воду (особенно зимой) за то небольшое время, пока вода идет через теплообменник.
Рис. 4. Горелка колонки НЕВА
Именно основная горелка определяет тепловую мощность колонки, от нее зависит главный показатель, характеризующий колонку — производительность. При этом необходимо учитывать разность температур, на которую производится нагрев. Многие изготовители при установлении производительности колонок предполагают, что температура воды увеличивается только на 25 °С (∆t = 25 °С). Для климата России такой расчет подходит частично, только для теплого времени года. Зимой, а также при использовании артезианской воды круглый год, температура водопроводной воды может быть 4–5 °С, ее нагрев на 25 °С не даст комфортной для потребителя температуры. С учетом вышеизложенного многие производители указывают в характеристиках колонок не одну производительность, а две. Первая — стандартная при нагреве воды на 25 °С (∆t = 25 °С), а вторая может быть определена при нагреве воды на 35 °С (∆t = 35 °С), 40 °С (∆t = 40 °С).
Устройства защиты и управления современных проточных водонагревателей обеспечивают прежде всего их безопасную работу. О них будет рассказано в следующей статье.