Бытовые системы горячего водоснабжения являются одними из самых важных и основных устройств, необходимых современному обществу. Доступно множество конфигураций системы ГВС, каждая из которых предлагает уникальные характеристики производительности, а также различные источники тепла. Независимо от настройки системы, энергоэффективность является важным аспектом, который следует учитывать: более эффективные нагреватели имеют повышенную цену, но дополнительные затраты многократно окупаются в течение срока их службы в виде экономии энергии.
В следующей таблице приведены наиболее распространенные типы систем горячего водоснабжения. В этой статье речь пойдет о последнем типе: безбаковом змеевике и косвенном водонагревателе.
Тип системы ГВС
Описание
Обычные накопительные водонагреватели
Использует резервуар (резервуар для хранения), который заполняется горячей водой, чтобы обеспечить ее по мере необходимости.
Безбаковые водонагреватели или водонагреватели по требованию
Нагревает воду непосредственно при прохождении через агрегат, без использования накопительного бака.
Водонагреватели с тепловым насосом
Использует обратный цикл охлаждения для нагрева воды. Тепло получают из наружного воздуха или грунтовых вод и подают в воду, используемую сантехническими приборами.
Использует солнечный коллектор для нагрева воды без потребления топлива или электроэнергии. В зависимости от высоты крыши могут быть небольшие затраты на откачку.
Безрезервуарные змеевики и косвенные водонагреватели
Использует систему отопления помещений для системы горячего водоснабжения.
Каковы наиболее распространенные конфигурации системы ГВС?
Что касается коммерческого водяного отопления (жилые дома, рестораны, гостиницы и т. д.), то в 99% случаев вы увидите одну из двух распространенных установок в котельной:
- Во-первых, это то, что мы называем стандартной установкой водонагревателя бакового типа. Он содержит большой коммерческий водонагреватель или несколько водонагревателей меньшего размера, подходящих по размеру для соответствующего применения.
- Второй типовой конфигурацией является котел (водяной или паровой), работающий в тандеме с теплообменником и баком для горячей воды, обычно называемый системой косвенного водонагревателя. В этой системе коммерческий котел обеспечивает нагрев воздуха в здании, а также обеспечивает горячую воду для кранов и приборов здания через теплообменник. Косвенные водонагреватели наиболее эффективно работают в холодные месяцы, когда система отопления используется регулярно; с другой стороны, котел отопления вынужден работать с частичной нагрузкой всякий раз, когда в летние месяцы требуется горячая вода.
Системы косвенного водонагревателя могут работать на природном газе, жидком топливе, пропане или электричестве (в зависимости от того, какой источник тепла используется котлом для отопления помещений). Косвенный водонагреватель также может дополнять солнечный коллектор, обеспечивая любое дополнительное отопление, которое не может быть обеспечено только солнечным излучением. Эффективность водонагревателей косвенного нагрева зависит в основном от двух факторов: эффективности изоляции бака и эффективности котла, к которому он подключен.
Принцип работы косвенных водонагревателей
Косвенные водонагреватели используют уже работающий котел для обогрева помещений, чтобы поддерживать тепло в вашем доме. Резервуар косвенной воды расположен рядом с котлом и соединен замкнутым водяным контуром, который проходит между обоими частями оборудования. Когда труба входит в резервуар с непрямой водой, она скручивается, как спираль, чтобы максимизировать площадь теплопередачи, а затем выходит обратно. Таким образом, горячая вода проходит от котла по змеевику в баке косвенного нагрева и возвращается обратно в котел. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вода в баке не достигнет необходимой температуры, и ее можно будет подавать к сантехническим приборам.
Подтипы систем косвенного водяного отопления
Системы косвенного водяного отопления можно разделить на три подтипа в зависимости от того, как они справляются с протекающей через них водой.
- Системы накопительного бака аналогичны обычным водонагревателям в использовании бака для горячей воды. Однако вместо того, чтобы поддерживать высокую температуру бака с помощью прямого источника тепла, вода постоянно циркулирует между баком и теплообменником. Эти системы лучше всего подходят для применений, где потребляются большие объемы воды, но потребность в них непостоянна.
-
лучше подходят для приложений, где потребность в горячей воде постоянна в течение длительных периодов времени, и нет необходимости держать бак полным. Так как накопительный бак исключен, эта конфигурация системы более доступна, поэтому ее следует рассматривать по возможности.
- Гибридные системы бак-безбак подходят, когда в одном и том же здании требуется две разные температуры воды для разных применений. Система с накопительным баком может использоваться для подачи воды одной температуры, в то время как вода из бака рециркулируется через безбаковый нагреватель для подачи воды с еще более высокой температурой.
Размер косвенного водонагревателя
Чтобы определить размер косвенного водонагревателя, важно определить потребность в горячей воде и то, как она меняется по часам. Общая потребность определяет требуемую мощность косвенного водонагревателя, а почасовая характеристика определяет, имеет ли смысл использовать несколько единиц. Если есть определенные часы, когда спрос на горячую воду особенно высок, общая требуемая мощность нагревателя может быть чрезмерной. В этих случаях имеет смысл использовать бак для горячей воды и наполнять его перед часами пик, тем самым уменьшая требуемую мощность нагревателя. Вместо того, чтобы использовать большой и дорогой нагреватель, который работает только в часы пик, имеет смысл заранее заполнить накопительный бак достаточным количеством горячей воды, используя меньшие устройства.
Формула расчета тепловложения
Для расчета тепловой мощности косвенного водонагревателя необходимы следующие данные:
- Требуемая температура горячей воды (°F)
- Температура подаваемой воды (°F)
- Скорость потока (гал/мин)
Когда указанная выше дата становится доступной, используется следующая формула:
- Тепловая мощность (БТЕ/ч) = Повышение температуры (°F) x Скорость потока (гал/мин) x Удельная теплоемкость (БТЕ/гал°F)
В качестве примера предположим следующие данные:
- Требуемая температура = 140°F
- Температура подачи = 40°F
- Скорость потока = 300 галлонов в минуту
- Удельная теплоемкость = 8.33 БТЕ/гал°F
С учетом приведенных выше данных тепловая энергия, необходимая для воды, составляет:
- Тепловая мощность = 100°F x 300 галлонов в минуту x 8.33 БТЕ/гал°F = 249,900 XNUMX БТЕ/ч
Однако это тепло, подведенное к воде. Поскольку ни одна система не идеальна, необходимо учитывать эффективность косвенного водонагревателя. Предполагая эффективность системы 80%,
- Тепловложение = Тепловая мощность / КПД = 249,900 0.80 БТЕ/ч / XNUMX
- Подводимая теплота = 312,375 XNUMX БТЕ/ч
Размер расширительного бака
Подача холодной воды к косвенному нагревателю может содержать обратный клапан, редукционный клапан или превентор обратного потока, создавая «закрытую систему». Когда нагретая вода расширяется, она создает давление в закрытой системе, и это может привести к тому, что предохранительный клапан T&P (температура и давление) начнет просачиваться или сливать воду. Чтобы этого не произошло, в линию подачи холодной воды необходимо установить расширительный бак. Размер расширительного бака должен составлять 10 % емкости водонагревателя или в соответствии с рекомендациями производителя.
Преимущества косвенного водонагревателя
Если у вас уже есть большой работающий котел, добавление косвенного водонагревателя для создания комбинированной системы является жизнеспособным вариантом.
- Непрямой резервуар является довольно недорогим дополнением.
- Непрямые баки не требуют дополнительного источника топлива.
- Непрямые баки, как правило, служат дольше, чем стандартные газовые водонагреватели бакового типа.
Обычные водонагреватели изнашиваются быстрее, потому что они подвергаются непосредственному воздействию пламени на дне бака. Кроме того, они также должны обрабатывать дымовые газы. Частое воздействие высокой температуры вызывает расширение и сжатие, а также механическую нагрузку на сварные соединения. Со временем сварные швы начинают трескаться, и тогда требуется замена.
С непрямым резервуаром разница температур намного меньше. Труба с горячей котловой водой быстро нагревает воду в баке косвенного нагрева, в то время как вода в стандартном баковом нагревателе нагревается дольше и подвергается более резким перепадам температуры. Благодаря змеевиковой трубе внутри бака непрямого действия не происходит частого теплового расширения, что снижает механическую нагрузку на бак. Меньшая нагрузка на бак означает менее частые замены, а значит, больше денег останется в вашем кармане.
Что следует учитывать при выборе косвенных водонагревателей
Какую бы систему водяного отопления вы ни выбрали, всегда будут учитываться различные расходы. Когда вы выбираете комбинированную систему, даже если котел уже установлен в вашем доме, вы должны взять на себя расходы на дополнительные трубы и насосы, а также электричество для работы этих насосов, в дополнение к самому косвенному баку. Однако после первоначальных вложений комбинированная система должна прослужить довольно долго.
Косвенные водонагреватели также страдают от отсутствия резервирования. Если ваш котел выйдет из строя, вы потеряете и отопление помещения, и горячую воду для бытовых нужд. Летняя эксплуатация также очень неэффективна, так как котел не обеспечивает отопление помещений и должен работать лишь на долю своей полной мощности. В идеале, котел должен иметь возможность работать с частичной нагрузкой в летнее время – убедитесь, что он не установлен на 100% мощности, когда присутствует только нагрузка ГВС.
Если вы управляете коммерческой недвижимостью и пытаетесь выбрать между комбинированными или раздельными системами отопления помещений и горячего водоснабжения, наша лучшая рекомендация — получить профессиональную консультацию. Только эксперт может точно проанализировать ваши тепловые нагрузки, чтобы определить, какая конфигурация лучше всего подходит для вашего применения.
Прямой и косвенный нагреватели
При планировании нового проекта HVAC одним из основных критериев после определения ваших конкретных потребностей в отоплении является определение источника тепла. Двумя наиболее распространенными источниками являются нагреватели прямого и непрямого нагрева.
Нагреватели с прямым нагревом более эффективны и менее дороги, чем нагреватели с непрямым нагревом. Тем не менее, есть некоторые случаи, когда нагреватель косвенного нагрева является лучшим выбором. Глубокое понимание всех различий между этими двумя типами обогревателей позволит вам выбрать оптимальное решение для каждого проекта.
Нагреватели прямого нагрева
Обогреватель прямого нагрева на природном газе или пропане имеет открытое пламя, которое обеспечивает безопасный способ обогрева промышленных и коммерческих помещений за счет поддержания надлежащего соотношения воздух-топливо. В нагревателе прямого нагрева газ подается непосредственно в горелку, а поток воздуха обеспечивает необходимый кислород для горения. Воздух нагнетается через перегородку горелки, где он смешивается с газом. Горелка устанавливается так, чтобы гореть вместе с потоком воздуха и параллельно ему. Обработчики воздуха с прямым нагревом, которые производит Titan Air, также могут иметь функции охлаждения и рекуперации энергии, добавленные к оборудованию.
Преимущества прямого запуска
- Эффективность – поскольку почти 100 % топлива преобразуется в тепло, потребление топлива и эксплуатационные расходы снижаются. Эти нагреватели имеют 100% эффективность сгорания с общим тепловым КПД 92% (8% потери тепла из-за образования воды во время сгорания).
- Меньший размер – горелка с прямым нагревом может производить больше тепла в меньшем корпусе по сравнению с горелкой с непрямым нагревом. В большинстве случаев это приводит к уменьшению занимаемой площади оборудования.
- Гибкость – горелки прямого нагрева могут быть сконструированы практически любого требуемого размера для достижения требуемой мощности в БТЕ, поэтому вам не придется выбирать между нагревателем меньшего или большего размера. Кроме того, нагреватели с прямым нагревом имеют гораздо более высокий динамический диапазон, чем нагреватели с непрямым нагревом, что дает большую возможность варьировать тепловую мощность.
- Простота – теплообменник и дымоход не требуются, установка упрощается, а затраты на техническое обслуживание снижаются.
- Ожидаемый срок службы оборудования больше, чем у нагревателей косвенного нагрева.
- Регулировка температуры более точная по сравнению с нагревателями косвенного нагрева.
Недостатки прямого выстрела
- Требования к вентиляции. Несмотря на то, что эти обогреватели работают в пределах, установленных нормами безопасности, из-за попадания продуктов сгорания в воздушный поток требуется надлежащая вентиляция, чтобы избежать скопления газов, таких как окись углерода.
- Побочные продукты горения. В зависимости от предполагаемого использования здания обогреватели с прямым нагревом могут быть запрещены.
- Проблемы с повторным нагревом. Из-за потребности в свежем воздухе для поддержания надлежащего горения, если воздух в здании должен рециркулировать, необходимо подавать как минимум 20% наружного воздуха.
- Меньше гибкости с охлаждающими змеевиками – если хладагент, используемый в охлаждающем змеевике DX (прямого испарения), протекает, а затем проходит через открытое пламя, может образоваться токсичный газ. По этой причине нельзя использовать горелку прямого нагрева после змеевика прямого нагрева.
Нагреватели косвенного нагрева
В нагревателе с непрямым нагревом горелка зажигается в теплообменнике. Воздух нагревается, проходя через теплообменник, позволяя побочным продуктам сгорания оставаться в теплообменнике, который затем выбрасывается через дымоход. Повседневным примером обогревателя непрямого нагрева может быть газовая печь с дымоходом. Titan Air предлагает оборудование для подпитки с непрямым нагревом и оборудование для оборотного воздуха с непрямым нагревом. К этому оборудованию также могут быть добавлены функции охлаждения и рекуперации энергии.
Преимущества косвенного увольнения
- Никакие продукты горения не попадают в рабочее пространство. В отличие от обогревателей прямого нагрева, обогреватели непрямого нагрева являются предпочтительным выбором в таких областях, как офисные помещения, арены для проведения мероприятий, специальные производственные помещения, школы и фармацевтические предприятия.
- Возможность повторного нагрева – в отличие от нагревателей прямого нагрева, 100% воздуха может рециркулировать через нагреватель непрямого нагрева, поскольку в процессе нагрева в воздушный поток не попадают побочные продукты сгорания.
- Большая гибкость при использовании охлаждающих змеевиков – поскольку нагреваемый воздух не проходит напрямую через открытое пламя, после охлаждающего змеевика DX можно использовать горелку непрямого нагрева. Нет риска того, что утечка хладагента пройдет через открытое пламя и создаст ядовитый газ.
Недостатки непрямого запуска
- Низкая эффективность — из-за потери тепла через дымоход и неэффективности теплообменника нагреватели с непрямым нагревом имеют КПД примерно 80%. Это приводит к более высоким эксплуатационным расходам по сравнению с нагревателем прямого нагрева.
- Стоимость — более высокая стоимость оборудования из-за включения теплообменника и более высокой стоимости воздухообрабатывающего агрегата по сравнению с нагревателями прямого нагрева.
- Сложность – из-за добавления теплообменника, дымохода и отвода конденсата установка и техническое обслуживание требуют больше времени, чем нагреватель прямого нагрева с таким же потенциалом нагрева.
- Больший размер оборудования — из-за необходимости теплообменника размер оборудования больше, чем у блока прямого нагрева с той же мощностью BTU.
- Меньшая гибкость – поскольку производители предлагают теплообменники только определенных размеров, вам придется выбрать «наиболее подходящий» вариант в соответствии с вашими требованиями к БТЕ.
- Нагреватели с непрямым нагревом также имеют более низкий динамический диапазон, чем нагреватели с прямым нагревом, что приводит к меньшей возможности изменять тепловую мощность, если только для улучшения динамического диапазона не добавляются дополнительные теплообменники.
- Контроль температуры нагревателя непрямого нагрева не такой точный, как у нагревателя прямого нагрева, поскольку он часто «ниже или превышает» желаемую температуру на несколько градусов. Это происходит из-за того, что нагреватель достигает установленной температуры отключения, а затем отключает горелку до тех пор, пока она не достигнет минимальной температуры, прежде чем снова зажечь горелку. Это может быть неприемлемо для применений, требующих узких температурных диапазонов.
Этот общий обзор должен дать вам общее представление о сходствах и различиях этих двух типов обогревателей. Есть несколько других факторов, которые следует учитывать при выборе лучшего отопительного оборудования для вашего проекта. Целесообразно поговорить с опытным, знающим профессионалом, чтобы убедиться, что вы делаете наилучший выбор.
