Циркуляция воды в системе горячего водоснабжения: реализация, расчет, схемы для частного дома

Уютной ванной необходим обогрев. Он обеспечивается циркуляцией воды через стояки и полотенцесушители

Циркуляционное водоснабжение начало появляться  в многоквартирных домах с конца 70-х годов прошлого века. Сегодня мы разберемся, какая от него польза, как оно реализуется в старых и современных инженерных системах и как обеспечить циркуляцию в частном доме.

Предыстория

Для зданий сталинской постройки и хрущевок типичны тупиковые системы холодного и горячего водоснабжения. В тупиковой системе розлив переходит в стояки, а каждый стояк заканчивается подводкой водоснабжения на верхнем этаже с подключенными к ней сливным бачком и смесителями. Вода в такой системе приходит в движение лишь в тот момент, когда кто-то из жильцов открывает краны.

Черные трубы — врезки тупиковой системы ГВС в подачу и обратку теплосети

Для ХВС это вполне приемлемо, а вот на горячей воде имеет пару неприятных последствий:

1. Если в вашей части дома (по стояку или в группе стояков) никто продолжительное время не пользовался горячей водой, она остывает в трубах. Да-да, несмотря на теплоизоляцию розливов: изоляция замедляет охлаждение, но не прекращает его полностью.

В результате для того, чтобы из крана пошла горячая вода, вы вынуждены несколько минут сливать холодную: ее объем при диаметре розлива ГВС 80-100 мм может исчисляться десятками литров;

Хочешь умыться? Слей остывшую в трубах воду!

Заметьте: такая ситуация особенно не с руки владельцам установленных в квартире водосчетчиков. Сливают-то они холодную воду, а платят за горячую: термодатчиков на механических приборах учета не предусмотрено.

Механический прибор учитывает расход воды, не регистрируя ее температуру

2. В ванных комнатах хрущевок повсеместно устанавливались полотенцесушители. Они подключены в разрыв подводки ГВС, между стояком и кранами, и нагреваются только при расходе воды в этой конкретной квартире.

Хрущевка: демонтированный полотенцесушитель был установлен между подводкой и стояком

Поскольку горячая вода редко расходуется больше  часа в сутки, большую часть дня и ночи эти приборы стоят холодными. Отсюда — затхлый запах у полотенец, холод и сырость в ванной, а зачастую и грибок на стенах.

Плесень — одно из последствий холода в санузле

Революция в проектировании систем ГВС свершилась 1 января 1977 года, когда вышел СНиП II-34-76. В пункте 2.8 прямо указывалось, что горячее водоснабжение отныне нужно проектировать с непрерывной циркуляцией воды через кольцующие перемычки и стояки.

Действие документа ныне отменено, но существуют его актуальные переиздания

Что дает циркуляция воды в системе водоснабжения — довольно очевидно: отныне вода в розливе ГВС и в стояках стала горячей круглосуточно. Для нагрева текущей из крана воды достаточно слить те несколько ее литров, которые стоят в подводке.

Полотенцесушители перекочевали с подводки на стояк и стали греть постоянно — до тех пор, пока в стояках поддерживается циркуляция. Как мы выясним позже, возможна ситуация, когда эта циркуляция может остановиться.

В новых домах сушилки подключаются не к подводкам, а к стоякам

Реализация

Как реализуется циркуляция в системе горячего водоснабжения многоквартирного дома?

Здесь стоит сделать небольшое лирическое отступление.

Вода в системе ГВС должна иметь температуру не ниже 60 градусов по шкале Цельсия. При наличии центрального отопления вода может подаваться напрямую из тепловой сети. Такая схема теплоснабжения называется открытой (с отбором теплоносителя).

Открытое теплоснабжение: элеваторный узел с отводами, через которые запитано домовое ГВС

Обратите внимание: вода из теплосети обычно имеет более низкое качество по сравнению с питьевой, хотя формально и ХВС, и ГВС должны соответствовать требованиям санитарных требований и нормативов за номером 2.1.4.2496-09. Дело в том, что в теплоноситель вводятся добавки, препятствующие коррозии стальных трубопроводов.

Новейший СП 30.13330.2016 прямо указывает, что отбор горячей воды из теплосети нежелателен, поэтому современные дома следует по возможности проектировать с закрытым теплоснабжением (без отбора теплоносителя). Вода для нужд ГВС отбирается из системы хозяйственно-питьевого водоснабжения и нагревается в водо-водяных, паро-водяных теплообменниках (они утилизируют тепловую энергию теплоносителя) или в локальных водонагревателях (бойлерах, колонках, котлах с дополнительным теплообменником и т.д.).

Водо-водяной теплообменник в составе современного теплового пункта

Открытое теплоснабжение

Горячая вода в системе с открытым теплоснабжением отбирается через врезки в прямую и обратную нитки элеваторного узла.

Справка: элеваторный узел — тепловой пункт, использующий частичную рециркуляцию теплоносителя за счет вовлечения воды с обратки в создаваемый соплом элеватора быстрый поток. К соплу поступает более горячая и находящаяся под более высоким давлением вода из подающего трубопровода. В данном случае рециркуляция обеспечивает минимальную разницу  температур отопительных приборов  на всем протяжении контура  при минимальном расходе теплоносителя с подачи.

Так устроен отопительный элеватор

Врезки ГВС находятся между входной запорной арматурой элеваторного узла и собственно водоструйным элеватором. Как правило, система горячего водоснабжения с циркуляцией в доме с открытым теплоснабжением врезана в элеваторный узел в четырех точках — по две на каждой нитке.

Врезки на одной нитке разделены между собой дросселирующими («подпорными») шайбами с отверстием, диаметр которого должен быть приблизительно на один миллиметр больше, чем у  сопла элеватора.

Подпорные шайбы обеспечивают перепад между врезками ГВС в одну нитку теплосети

Подсказка: при таком размере отверстия шайба создает небольшой перепад, не препятствуя штатной работе водоструйного элеватора.

Температура подачи и обратки в течение года заметно меняется: она минимальна летом и максимальна в пик зимних холодов.

График температуры теплосети в отопительный сезон

В зависимости от  времени года и текущей температуры теплоносителя циркуляция горячей воды в системе водоснабжения может быть организована тремя способами:

1. Из прямой нитки в обратную. Эта схема образует в элеваторном узле байпас, который гасит перепад на элеваторе, поэтому она используется только вне отопительного сезона;
2. Из подачи в подачу. Перепад давления между врезками (порядка 0,2 кгс/см2) создает дросселирующая шайба. Схема собирается в элеваторном узле в межсезонье, при достаточно низкой температуре подачи;
3. Из обратки в обратку. В этом режиме ГВС функционирует в холодное время года, когда температура теплоносителя на подающей нитке превышает 70-75 градусов.

Закрытое теплоснабжение

Гидростатическое давление в контуре ГВС дома с закрытым теплоснабжением всегда равно давлению внутри водопровода  ХВС. Перепаду, приводящему воду в движение, взяться просто-напросто неоткуда. Именно поэтому такая система циркуляционного горячего водоснабжения использует циркуляционные насосы.

Насос для рециркуляции воды с сухим ротором

Разводка в многоквартирном доме

Как должно разводиться  горячее водоснабжение с циркуляцией в многоквартирном жилом доме? Ответ найдется в уже знакомом нам СП 30.13330.2016.

• В доме в пять этажей и выше стояки ГВС должны объединяться в секции из 3-7 единиц. При этом в качестве рециркуляционного используется один стояк, подключенный к обратному розливу ГВС;

Красные трубы — розливы ГВС, подача и обратка

Однако: автору встречались схемы циркуляции горячего водоснабжения, в которых проходящие через одну квартиру стояки (ГВС и полотенцесушителей) связывались попарно.

• Кольцующие эти стояки горизонтальные перемычки рекомендуется прокладывать на верхнем этаже дома (под потолком, чтобы не создавать препятствий для свободного перемещения по квартирам и нежилым объемам здания), по теплому или холодному чердаку (в последнем случае — с обязательной теплоизоляцией в регионах с расчетной температурой в -40°С и ниже) или по подвалу (при подаче воды в стояки с чердака);

Группа стояков с кольцующими перемычками на чердаке

Примечание автора: при монтаже циркуляционного ГВС своими руками прокладывать перемычки по холодному чердаку, право же, не стоит. При остановке циркуляции (на время ремонтных работ или при аварии) заморозить такую перемычку легче легкого. При оттаивании трубы нередко рвутся и заливают жилые помещения под чердаком.

• Перемычки снабжаются воздушниками. Это могут быть как автоматические воздухоотводчики, так и гораздо более дешевые краны Маевского;

Поплавковый автоматический воздушник и кран Маевского

• Каждый из закольцованных стояков ГВС должен снабжаться запорной арматурой у основания и на верхнем этаже;
• Система циркуляции горячего водоснабжения допускает присоединение полотенцесушителей к подающему стояку (при условии монтажа кранов перед прибором и байпаса до кранов) или, при должном техническом обосновании, к циркуляционному стояку.

Врезка прибора в стояк подачи ГВС

Кроме того: СП рекомендует использование электрических полотенцесушителей. Инструкция, прямо скажем, сомнительная: при тепловой мощности 30-120 ватт такой прибор будет выполнять свои прямые функции (сушку полотенец), но обогрев ванной комнаты, даже совсем небольшой, никоим образом не обеспечит.

Энергопотребление этого прибора — 100 Вт

Расчет

Как выполнить расчет горячего водоснабжения с циркуляцией?

Обратимся все к тому же СП 30.13330.2016. Согласно приложению «Б» к своду правил, циркуляционный расход горячего водоснабжения вычисляется по формуле Qц=Qht/(p*c*Dt).

В этой формуле:

• Qц — расход через циркуляционный трубопровод в литрах в секунду;
• Qht — теплопотери контура в ваттах;

Удельная теплоотдача гладкой стальной трубы в зависимости от диаметра и разницы температуры с воздухом

• p — плотность воды в кг/м3;

Подсказка: при упрощенном расчете можно принять ее равной плотности при 0°С — 1000 кг/м3.

• с — удельная теплоемкость воды в кДж/(кг*С);

Справка: теплоемкость воды меняется по мере изменения ее температуры, однако если не требуется высокая точность расчетов, ее можно принять равной 4,2 кДж/(кг*С).

• Dt — целевая разность температур на входе и выходе циркуляционного контура.

Давайте в качестве примера выполним расчет для следующих упрощенных условий:

• Циркуляционный контур — гладкая труба размером 3/4 дюйма и длиной 50 метров;
• Она нагрета до 75 градусов по Цельсию при температуре окружающего ее воздуха +20°С;
• При прохождении контура горячая вода может охладиться не более чем на 15 градусов.

Нюанс: такой диапазон температур воды в системе ГВС (60-75 градусов) допускался СП 30.13330.2012. В последнем издании документа, изданном в 2016 году, требования ужесточились: теперь горячая вода не может быть нагрета выше 65 °С при той же минимально допустимой температуре.

Предыдущая версия документа отличалась несколько большими допусками по температуре ГВС

Итак:

1. При температуре воды 65°С и воздуха 20°С перепад на поверхности трубы составит 55 градусов;
2. По данным приведенной выше таблицы, теплопотери метра трубы в этих условиях равны 60 Вт/м, что при длине контура в 50 метров и отсутствии теплоизоляции даст общее количество теплопотерь в 3 кВт (3000 Вт);
3. Подставляем данные в формулу: Qц=3000/(1000*4,2*15)=0,047 л/с (0,17 м3/час).

Проблемы

Циркуляция в системе водоснабжения — это процесс, который достаточно легко нарушить. В следующем разделе статьи мы разберем типовые проблемы, которые могут привести к остановке циркуляции и связанному с ней  охлаждению стояков ГВС и полотенцесушителей в многоквартирном доме.

Воздушная пробка

• Симптомы: после отключения горячей воды остыл один стояк или группа стояков. У соседей трубы по-прежнему нагреты.
• Причина: воздушная пробка в кольцующей перемычке. Перепада давления в 0,2 атмосферы  недостаточно для того, чтобы вытеснить ее в розлив.
• Решение: выгнать воздух через воздушник в верхней точке перемычки. Если это невозможно (к примеру, из-за отсутствия жильцов верхнего этажа), можно перепустить стояк через подвал или водоразборную арматуру в квартирах.

Для этого нужно:

1. Перекрыть один из проблемных стояков ГВС краном или вентилем в подвале;
2. При наличии сбросника на этом стояке — открыть его и дождаться выхода воздуха;

Стояк ГВС снабжен сбросником, позволяющим перепустить его из подвала

3. Если на стояке стоит не сбросник, а заглушка, можно до отказа открыть горячую воду на одном-двух смесителях в любой квартире, расположенной по этому же стояку;

Воздух можно выгнать из стояка через любой подключенный к нему смеситель

4. После стравливания воздуха открыть вентиль или кран у основания стояка.

Перекрытый вентиль

• Симптомы: при водоразборе стояк нагревается сверху от врезки в него подводки ГВС. Очевидно, что вода поступает к подводке через кольцующую перемычку.
• Причины: после отключения стояка кран или вентиль остался полностью или частично закрытым.
• Решение: спуститься в подвал и до отказа открыть запорную арматуру на вашем и объединенных с ним соседних стояках ГВС.

У открытого шарового крана рукоятка всегда направлена параллельно оси корпуса

Отрыв клапана вентиля

Симптомы: вода поступает к подводке через кольцующую перемычку сверху. У основания стояка подачи ГВС в подвале установлен винтовой вентиль. Стрелка на корпусе вентиля направлена в сторону розлива ГВС.

Стрелка на корпусе винтового вентиля указывает единственно возможное направление потока воды

• Причины: отрыв клапана вентиля от штока. Это происходит, если попытаться открыть неправильно установленную запорную арматуру этого типа, преодолевая давление воды на клапан.
• Решение: замена вентиля на шаровый кран (на стальном стояке в этом случае приходится менять сгон на более длинный), установка нового винтового вентиля в правильном положении (со стрелкой по направлению потока).

Вентиль стояка на фото заменен сборкой с шаровым краном

Отсутствие перепада в теплотрассе

В домах с открытым теплоснабжением циркуляционная система горячего водоснабжения нередко останавливается сразу после завершения отопительного сезона. Симптомы — холодные полотенцесушители во всем доме. Причина — в том, что местные «Теплосети» полностью убирают перепад между нитками теплотрассы.

Зачем это делается?

Дело в том, что отопительный сезон закачивается, когда не менее пяти дней подряд на улице держится температура +8 °С и выше. Даже  если после остановки отопления грянет новый заморозок — отопление не включат, поскольку в масштабах города повторный запуск связан с колоссальными расходами.

Однако жильцы отдельного дома вполне могут, имея доступ к тепловому пункту, снова включить отопление. Для этого нужно лишь открыть пару так называемых домовых (после водоструйного элеватора) задвижек или кранов. Но в отсутствие перепада это не приведет к возобновлению  циркуляции в отопительной системе, а, значит, и к никем не оплачиваемому расходу тепла.

По завершении отопительного сезона циркуляция ГВС может на некоторое время остановиться

Увы, для этого сценария разумное решение отсутствует. Все, что вы можете сделать — подождать пару недель. Как только на улице установится по-настоящему весенняя погода, обеспечивающий циркуляцию перепад вернется.

Частный сектор

Какие схемы горячего водоснабжения с циркуляцией применяются в коттеджах?

Собственно, принципиальных схемы всего две: с циркуляцией через водонагреватель (для этого он должен быть оснащен дополнительным патрубком для подключения обратки ГВС) и с термосмесителем.  Воду приводит в движение малогабаритный насос с мокрым ротором.

Замкнутый контур с циркуляционным насосом и бойлером с тремя выходами

Насос для нужд отопления и ГВС с мокрым ротором

Трехходовой термостатический клапан позволяет реализовать рециркуляцию даже в том случае, если в вашем доме за нагрев воды отвечает электрический бойлер или косвенник с двумя патрубками (ГВС и подпитки).

Схема с обычным бойлером и трехходовым термосмесителем

Заключение

Надеемся, что нам удалось удовлетворить любознательность уважаемого читателя. Видео в этой статье поможет вам узнать больше о том, как может быть реализована схема водоснабжения с циркуляцией. Успехов!