К.т.н. В.Ф.Гершкович, чл.-корр. Украинской Академии Архитектуры, директор ЧП «Энергоминимум», г. Киев, Украина
Циркуляцию в системе горячего водоснабжения (ГВС) организовывают для того, чтобы при отсутствии водоразбора вода в трубопроводах не остывала. Для этого параллельно трубопроводам, подающим к водоразборным точкам горячую воду, прокладывают циркуляционный трубопровод, а в тепловом пункте устанавливают циркуляционный насос, обеспечивающий постоянное движение воды в системе ГВС независимо от того, пользуется потребитель горячей водой в данный момент или нет.
Традиционная циркуляционная система ГВС, несмотря на то, что к ней все давно привыкли, и ни у кого не возникает сомнений в ее необходимости, имеет, тем не менее, целый ряд серьезных недостатков. Назовем некоторые из них.
1. Материалоемкость системы ГВС, отягощенной циркуляционными трубопроводами, существенно выше материалоемкости трубопроводов, непосредственно подающих горячую воду потребителям.
2. Расходы тепла на поддержание нужной температуры в циркуляционном контуре достаточно велики, особенно в разветвленных системах ГВС, и, если прежде, в эпоху дешевого топлива, этот недостаток мало кого волновал, то теперь, когда потребитель, вооруженный теплосчетчиком, отслеживает все, возможность сократить расходы тепла была бы принята им с благодарностью.
3. Расходами электрической энергии на циркуляцию в системе ГВС обычно пренебрегают, но с ростом тарифов на электрическую энергию и этот показатель становится заметным.
4. Для организации равномерной циркуляции воды во всех стояках современной разветвленной системы ГВС приходится устанавливать автоматические балансировочные вентили на каждом стояке, что дополнительно усложняет монтаж системы и ее эксплуатацию.
Размышление над этими недостатками и возможными путями их устранения привели к построению схемы (см. рисунок).
Регулирующий клапан 9 поддерживает в стояке 2 постоянное давление, которое должно быть на 5 м больше высоты расположения самого высокого водоразборного крана. Это давление контролируется датчиком давления 5, установленным выше сужающего устройства 7. При недостаточной разности давлений, измеряемой датчиками 5, установленными до и после сужающего устройства, свидетельствующей о том, что расход по стояку стал меньше расчетного циркуляционного расхода, контроллер 6 дает команду на открытие регулирующего клапана 8. В результате вода с расходом, соответствующим расчетному циркуляционному для рассматриваемого стояка, начнет поступать в теплоизолированный мембранный бак 4 и постепенно накапливаться там. Таким образом, при всех закрытых водоразборных кранах движение горячей воды по стояку не прекратится, и при открытии любого крана из него тотчас же потечет горячая вода.
После того, как разбор горячей воды возобновится в объеме, превышающем расчетный циркуляционный расход, что будет зафиксировано увеличившейся разностью давлений до и после сужающегося устройства, регулирующий клапан 9 должен закрыться, чтобы накопившаяся в мембранном баке горячая вода под давлением мембраны вылилась в стояк. После этого во время водоразбора клапан 8 будет находиться в полностью закрытом положении, а клапан 9 станет выполнять свое основное назначение — поддерживать в стояке постоянное давление.
Схема (в несколько упрощенном виде) однажды уже была опубликована [1], но в то время ее практическая реализация вряд ли могла бы состояться. Теперь задача запрограммировать контроллер (поз. 6 на рисунке), работающий по непростому алгоритму, по силам любому грамотному программисту.
Но, для начала, оценим физические размеры мембранного бака, необходимого для эффективной работы схемы.
Рассмотрим стояк горячего водоснабжения 10-зтажного жилого дома. На нем не должно быть полотенцесушителей, которые рационально выполнять электрическими, потому что они не должны потреблять энергию круглосуточно, как это было раньше, а включаться потребителем только тогда, когда ему это нужно. При среднем диаметре стояка 20 мм и качественно выполненной тепловой изоляции с КПД около 80% потери тепловой энергии оцениваются величиной около 725 Вт. Если допустить падение температуры по длине стояка при отсутствии водоразбора на 10 ОС, то в этом режиме в мембранный бак должно проходить около 65 л/ч горячей воды. Вероятно, максимальная (в течение суток) продолжительность работы стояка системы ГВС при полном отсутствии водоразбора будет не более шести ночных часов. За это время в мембранный бак попадет около 400 л горячей воды. Чтобы вместить такое количество воды, потребуется мембранный бак общей емкостью около 600 л. Такой бак нетрудно установить в объеме верхнего технического этажа 10-этажного жилого дома.
Выходит, система ГВС без циркуляционных трубопроводов и насоса могла бы быть установлена в жилом доме, да только выгодна ли она?
Рассмотрим условный 10-этажный жилой дом, в котором расположены ИТП с водоподогревателями горячего водоснабжения и четыре стояка, которые выполнены по схеме, приведенной на рисунке, и оценим сопоставимые затраты на установку и эксплуатацию систем ГВС такого дома, по предложенной (схема А) и традиционной (схема В) схемам (см. таблицу).
Таблица. Оценка технико-экономических показателей и затрат на установку и эксплуатацию системы горячего водоснабжения 10-этажного дома без циркуляционных трубопроводов и насоса (схема А) в сопоставлении с традиционной (схема Б) системой ГВС.
Показатель
Единицы
измерения
Количество
схема А (предлагаемая)
схема Б (традиционная)
Протяженность циркуляционных трубопроводов
м
0
150
Тепловая мощность системы ГВС
кВт
112
134
Годовой расход тепла на ГВС
Гкал
240
288
Мощность циркуляционного насоса
кВт
0
0,06
Годовой расход электроэнергии на ГВС
кВтч
0
500
Количество мембранных баков
шт.
4
0
Количество регулирующих клапанов на стояках
шт.
8
4
Количество контроллеров
шт.
4
0
Стоимость циркуляционных трубопроводов
тыс. грн.
0
2
Стоимость циркуляционного насоса
0
5
Стоимость мембранных баков
20
0
Стоимость регулирующих клапанов
4
2
Стоимость контроллеров
10
0
Стоимость датчиков давления
5
0
Стоимость водоподогреватепей ГВС
18
22
Общая стоимость оборудования
57
31
Дополнительные затраты на тепловую энергию*
тыс. грн./год
0
10
Дополнительные затраты на электроэнергию**
0
0,4
Итого дополнительные затраты на энергию
0
10,4
Суммарные затраты за 5 лет
тыс. грн.
57
83
* при тарифе 205 грн./Гкал, действующем в Киеве для жилых домов в 2011 г. ** при тарифе 0,8 грн./кВтч.
Единовременные затраты на установку оборудования, необходимого для работы системы горячего водоснабжения без циркуляционных трубопроводов и насоса, превысят затраты на обычную систему ГВС примерно на 26 тыс. грн. (или на 104 тыс. руб., при курсе 1 грн. = 4 руб. — прим. ред.), но суммарные единовременные и эксплуатационные расходы за пять лет работы систем дают примерно такое же преимущество системе ГВС без циркуляционных трубопроводов и насоса.
Если практическая реализация нового технического решения в прошлом была затруднена из-за технических проблем, связанных, прежде всего, с ограниченными возможностями приборов автоматики, то теперь, когда старые проблемы могут быть решены, возникают проблемы совершенно другого характера. Циркуляционные трубопроводы в системе ГВС должны проектироваться в соответствии с действующими нормами, и ни один ГИП не возьмет на себя смелость эти нормы нарушить, а органы экспертизы и архитектурно-строительного контроля, в случае чего, строго накажут нарушителя.
Эта проблема существовала всегда, но прежде был механизм, впрочем, достаточно сложный, позволявший применить нестандартное техническое решение. Нужно было внести в план экспериментального проектирования и строительства соответствующую тему, провести исследование и представить отчет, который после утверждения государственным органом мог стать основой для внесения изменений в нормативный документ. Сейчас такого механизма практически нет, государство эксперименты в строительстве не проводит, а нормы проектирования горячего водоснабжения у нас неизменны с 1985 г.
Самые хорошие нормы, если их долго не совершенствовать, неизбежно становятся тормозом технического прогресса. Для постоянного совершенствования нормативной базы нужны квалифицированные научные кадры и соответствующее бюджетное финансирование. Поскольку ни того, ни другого у нас в достаточном количестве нет, то превращение действующих норм проектирования в справочный материал, не обязательный для применения, как это уже сделано в России, было бы, возможно, оптимальным решением. Если это когда-нибудь произойдет, то система ГВС без циркуляционных трубопроводов и насоса, описанная в этой статье, после ее практической апробации на отдельных домах, возможно, станет применяться повсеместно.
Литература
1. Гершкович В.Ф. Система горячего водоснабжения. Авт. свид. СССР № 1174679, опубликованное в бюлл. 31 за 1985 г.