Открытая и закрытая системы теплоснабжения

Теплоснабжение – система подачи тепла в здания, для поддержания комфортных температур в помещениях в холодное время года. Системы снабжения теплом бывают централизованные и децентрализованные, зависимые и независимые открытые и закрытые. В этой статье представлено подробное объяснение принципов работы, а так же сравнение достоинств и недостатков закрытых и открытых систем теплоснабжения.

Система теплоснабжения состоит из следующих составляющих:

• предприятие, вырабатывающее тепло (котельная, электростанция);
• трубопроводы для транспортировки тепловой энергии (теплосети);
• потребители тепла (радиаторы, установленные в помещениях).

Классификация систем теплоснабжения

Различают следующие виды схем теплоснабжения.

По количеству вырабатываемого тепла классифицируют централизованные и децентрализованные виды теплоснабжения. В централизованных системах один источник тепловой энергии снабжает несколько зданий. В децентрализованной системе, каждое здание или группа домов, отдельные помещения вырабатывают тепло самостоятельно.

Классификация децентрализованных типов теплоснабжения, подразделяет их на индивидуальные, когда каждая квартира отапливается самостоятельно и местные — где источник тепла обогревает весь многоквартирный дом.

По способу подключения к сетям классифицируют зависимые и независимые типы систем теплоснабжения. Зависимые – когда теплоноситель (жидкость или пар) нагревается в котельной и, проходя по трубопроводной сети, поступает в радиаторы отапливаемого помещения. Независимые – жидкость из теплосети, проходит через теплообменник и нагревает теплоноситель отопления дома (теплоноситель, который нагревается в котельной, не попадает в систему теплоснабжения дома).

По способу устройства горячего водоснабжения и нагрева воды различают открытые и закрытые виды подачи тепла.

Открытая система теплоснабжения

В открытой схеме теплоснабжения вода, нагреваемая на котельной, используется одновременно в горячем водоснабжении и в качестве теплоносителя отопительных приборов. Постоянный расход воды для нужд горячего водоснабжения приводит к необходимости регулярной подпитки теплосети. Из-за использования воды в горячем теплоснабжении её температура должна быть 65-70 градусов. Такая схема весьма устарела, она повсеместно использовалась в СССР.

Преимущества и недостатки открытого теплоснабжения

Преимущества открытого типа подачи теплоносителя:

• минимум оборудования так, как не требуется применение теплообменников;
• из-за того что температура воды ниже, потери при транспортировке по теплотрассам на большие расстояния меньше чем в закрытой системе.

Недостатки открытой схемы:

Грязная вода. Из-за большой протяжённости теплотрассы, поступающая в трубопроводы горячего водоснабжения жидкость, содержит большое количество грязи, ржавчины, которые она собирает по пути от котельной до потребителя. Из-за большой протяжённости трубопроводов теплоснабжения вода в кране может иметь неприятный запах и цвет и не соответствовать санитарным нормам. Установка же водоподготовительных устройств в каждом доме потребует существенных денежных затрат.

Высокая потребность в горячей воде в часы пик приводит к ощутимому падению давления в трубопроводах. Из-за чего вынуждает ресурсоснабжающие предприятия устанавливать дополнительные подкачивающие насосы и автоматику для контроля величины давления в системе. Иначе падение давления приведёт к меньшему количеству теплоносителя, проходящему через теплообогреватели в квартирах, и как следствие, снижению температуры воздуха в помещениях.

Высокие потери жидкости из тепловой системы вынуждают ставить на котельных, ТЭЦ и других производящих энергию предприятиях массивные установки для водоподготовки, которые очищают от солей и других примесей речную воду.

Отличия открытой и закрытой схемы водоснабжения

В закрытой системе, в отличие от открытой, используемая в качестве теплоносителя жидкость циркулирует по трубопроводам, не покидая их. Для горячего водоснабжения используется питьевая водопроводная вода, которая нагревается теплоносителем в специальных устройствах (теплообменниках), устанавливаемых в домах или центральных тепловых пунктах. В закрытых схемах температура воды в теплотрассе колеблется от 120 до 140 градусов, а потери жидкости отсутствуют или минимальны.

Плюсы закрытой схемы:

• для горячего водоснабжения подключается чистая водопроводная вода, в отличие от открытой схемы, соответствующая всем санитарно-гигиеническим нормам без примесей и неприятных запахов;
• нет необходимости устанавливать на теплоснабжающих предприятиях дополнительные насосы и приборы автоматического контроля параметров, так как давление в тепловой сети постоянное и не зависит от расхода горячей воды;
• на котельных и других источниках теплоснабжения не нужно устанавливать дополнительные установки водоподготовки, потому что циркулирующая жидкость, уже обессоленна и содержит минимальное количество примесей;
• энергосберегающий эффект, достигаемый за счёт регулировки нужной температуры подачи тепла на тепловых пунктах, выполняемый в автоматическом режиме.

К недостаткам этой системы отопления можно отнести дорогое оборудование и автоматику, необходимое для устройства пунктов обмена энергией, где регулируется температура нагрева водопроводной воды.

Второй недостаток это высокие температуры теплоносителей в магистральных теплотрассах и, как следствие, высокие потери тепла. Этот недостаток в сейчас потерял свою актуальность из-за применения технологии теплоизоляции труб пенополиуретаном, которая обеспечивает прочность изоляционного покрытия и эффективную защиту от тепловых потерь.

Использование тепловых пунктов

Для удешевления закрытой системы теплоснабжения на несколько домов или микрорайон устанавливают центральный тепловой пункт (ЦТП). ЦТП представляет собой помещение с теплообменниками, насосами и автоматическими устройствами для регулировки подачи воды. К этому зданию подводятся трубопроводы водоснабжения и тепловые сети.

Важно! Водопроводная вода проходит через теплообменники, и, нагреваясь, подаётся в круговую систему горячего водоснабжения, где циркулирует по контуру и по мере необходимости расходуется потребителями.

Использование ЦТП позволяет экономить расходы на строительство тепловых пунктов. Так как укрупнение теплообменной установки на несколько кварталов или микрорайон, уменьшает затраты на покупку и монтаж оборудования и автоматики, в сравнении с установкой теплового пункта в каждом доме.

Открытая система горячего водоснабжения — это типовое решение для зданий советской постройки

Открытая схема теплоснабжения: источник горячей воды — теплотрасса

Что такое открытая система горячего водоснабжения и как она устроена? Сегодня нам предстоит познакомиться с устройством систем отопления и ГВС, типичным для абсолютного большинства зданий, построенных в период существования Советского Союза. Мы изучим их основные элементы, и постараемся дать оценку ключевым особенностям такой схемы водоснабжения.

О терминологии

Вначале — несколько слов о том, насколько правильно само определение «открытая схема водоснабжения».

Оно является лингвистической ошибкой и представляет собой искажение совсем другого понятия. Правильный термин — открытая схема теплоснабжения. Открытой она называется потому, что из системы отопления возможен отбор теплоносителя — нагретой в котле ТЭЦ или местной котельной технической воды.

Тем не менее: мы отнесемся с уважением к устоявшейся системе определений, и в дальнейшем будем использовать термин «схема открытого водоснабжения».

Как все устроено

Итак, как реализуется открытая система теплоснабжения — горячего водоснабжения?

• В дом заходят две нитки теплотрассы (подающая и обратная);

Ввод ниток теплотрассы

• Розлив ГВС подключен к обеим ниткам теплоснабжения через запорную арматуру — задвижки, вентиля или шаровые краны;

Врезки ГВС покрашены в черный цвет

• В зависимости от времени года горячая вода включается с подачи или с обратного трубопровода теплотрассы. Дело в том, что температура теплоносителя меняется в зависимости от уличной температуры, компенсируя возрастающие в холода теплопотери зданий.

Справка: весьма популярный температурный график «150/70» подразумевает нагрев воды на подаче в пик морозов до +150°С. В то же время, температура воды в системе горячего водоснабжения ограничена действующими нормативными документами значением в 75°С.

График температур в теплотрассе в зависимости от уличной температуры

Давайте более детально познакомимся со всеми элементами, которые включает схема открытого горячего водоснабжения.

Узнать больше о том, что такое открытая система водоснабжения и как она работает, вам поможет видео в этой статье.

Элеваторный узел

Элеваторный узел, или тепловой пункт — это комплекс запорно-регулирующей арматуры, обеспечивающий дом теплом и горячей водой. В доме может быть несколько отопительных элеваторных узлов, а вот тепловой пункт с ГВС, за редким исключением, всего один.

Отопительный элеваторный узел

Сердце теплового пункта — водоструйный элеватор. Тройник с соплом внутри служит для подмешивания горячей и находящейся под высоким давлением воды с подачи к более холодной воде из обратного трубопровода, отправляющейся на рециркуляцию.

Таким образом, решаются сразу две проблемы:

1. Уменьшается до минимума расход воды с подачи. Тем самым минимизируется потеря напора на длинных ветках теплотрасс;
2. Увеличивается скорость циркуляции теплоносителя в отопительном контуре (поскольку растет вовлеченный в нее объем воды). В результате отопительные приборы в начале контура и в его конце нагреты до температур, незначительно отличающихся друг от друга: при +70 градусах на обратке и +150 на подаче, в систему отопления подается вода с температурой 95°С.

Движение воды в водоструйном элеваторе

Врезки ГВС всегда выполняются между элеватором и входными задвижками или шаровыми кранами. Иногда между врезками и элеватором ставятся промежуточные задвижки, позволяющие, к примеру, снять элеватор для поверки или расточки размера сопла при непрерывной подаче горячей воды в систему ГВС дома.

Для зданий, построенных до середины 70-х годов прошлого века, типична тупиковая разводка ГВС: эти открытые системы горячего водоснабжения разведены по дому единственным розливом.

Тупиковая разводка имеет два довольно серьезных недостатка:

1. Подключенные к подводкам горячей воды сушилки для полотенец нагреваются лишь тогда, когда жильцы квартиры открывают краны на горячем водоснабжении. О полноценном отоплении ванных и санузлов речь не идет в принципе.
2. Открыв кран, вы вынуждены долго ждать нагрева воды. По утрам этот процесс нередко занимает 3-5 минут.

Капитан Очевидность подсказывает: при наличии водосчетчиков вы оплачиваете расход холодной воды, которая бесполезно сливается в канализацию. Но платите за нее по куда более высоким тарифам ГВС.

Оплачивать холодную воду по тарифам горячей крайне невыгодно

В более новых постройках используется схема открытой системы горячего водоснабжения с рециркуляцией. Горячая вода непрерывно циркулирует через два розлива ГВС и связанные перемычками на верхних этажах или на чердаках стояки. Полотенцесушители всегда горячие, а вода нагревается в течение нескольких секунд после того, как вы открыли кран.

Как такая система водоснабжения открытого типа реализуется в плане подключения к элеваторному узлу?

Очень просто: вместо двух врезок (в подачу и обратку) система ГВС подключается к ниткам теплоснабжения в четырех точках. По две на подаче и на обратном трубопроводе.

В зависимости от времени года ГВС может быть подключено по трем схемам:

1. Подача — обратка. Эта схема используется только летом, вне отопительного сезона. Дело в том, что для водоструйного элеватора, подключенная таким образом система ГВС представляет собой байпас, который гасит перепад давлений;

Схема циркуляции в системе ГВС вне отопительного сезона

1. Подача — подача. Схема применяется весной и осенью, когда теплоноситель подающей нитки нагрет не выше 80 градусов;
2. Обратка — обратка. Так ГВС работает на пике температурного графика, в сильные холода.

Очевидно, что для циркуляции воды в замкнутом контуре нужен перепад давлений. Между подающей и обратной нитками теплотрассы он есть всегда. Но как обеспечивается перепад между двумя врезками в одну нитку?

Подпорными шайбами. На фланце между врезками монтируется стальной блин с отверстием на 1 мм больше отверстия в сопле элеватора. При таком размере шайба создает перепад (незначительный, не больше 0,1 — 0,2 атмосфер) и не препятствует работе элеватора.

Перепад давления на одной нитке минимален и не всегда регистрируется манометрами

Любопытно: теплоноситель в теплотрассе — техническая вода, не проходящая тщательную очистку, и часто несущая с собой большое количество взвесей. Из-за абразивного износа шайбы приходится менять раз в 3-4 года.

Розлив

Как уже упоминалось, схема открытой системы водоснабжения может включать один или два розлива. Что такое розлив?

Это всего лишь горизонтальная труба, разведенная по подвалу (реже — по чердаку) и отвечающая за подачу воды к стоякам. Диаметр розливов ГВС варьируется от 25 до 100 миллиметров в зависимости от количества подключенных потребителей. Розливы монтируются на подпорках (кронштейнах, консолях и т.д.), закрепленных на переборках подвала, или на подвесах к перекрытию между подвалом и первым этажом.

Розливы горячего водоснабжения в здании с циркуляционной системой ГВС

У розливов есть две типовых проблемы:

1. Заиливание. При медленном движении воды, содержащиеся в ней взвеси оседают на горизонтальных участках труб. Для борьбы с заиливанием на концах розливов часто монтируются сбросники, позволяющие выполнить промывку;
2. Зарастание отложениями (у черных стальных труб). Быстрее зарастают трубы на холодной воде, однако ГВС тоже страдает от известковых отложений и ржавчины. Иногда забитый розлив удается прочистить с помощью канализационной проволоки, но чаще при падении пропускной способности трубы, просто-напросто, меняют.

Отложения в трубах водоснабжения со временем снижают их пропускную способность

Стояки

Любое водоснабжение — открытое или закрытое — включает систему стояков, разводящих воду по этажам. Стояк — вертикальная труба диаметром 20-32 мм, от которой по квартире разводится подводка к точкам водоразбора.

В системах ГВС с рециркуляцией можно встретить стояки четырех типов:

1. С подключенными к подводкам точками водоразбора;
2. С установленными в разрыв стояка или параллельно ему полотенцесушителями;
3. С обоими типами сантехнических приборов;
4. Холостые (циркуляционные) стояки.

Система горячего водоснабжения открытого типа с рециркуляцией подразумевает объединение стояков в группы. Перемычками может соединяться от 2 до 7 стояков. Перемычки могут проходить через квартиры верхнего этажа или по чердаку; в обоих случаях они снабжаются воздушниками для стравливания воздуха.

Группа стояков соединяется снабженной воздушниками перемычкой

Кстати: монтаж перемычек на холодном чердаке автор считает преступлением против здравого смысла. При остановке циркуляции в сильные холода вода в перемычке замерзает в течение часа. Порыв трубы льдом неизбежно приводит к затоплению квартир по стояку.

Оценка

Мы разобрались в том, что такое открытая схема горячего водоснабжения. Теперь давайте попробуем дать ей оценку на фоне альтернативы — закрытой схемы теплоснабжения (с нагревом воды для хознужд в теплообменнике, использующем теплоту теплоносителя).

Преимущества

Они очевидны: простота и дешевизна. Элеваторный узел не содержит сложного и дорогостоящего оборудования. Его обслуживание сводится лишь к ежегодной ревизии задвижек и вентилей, а также к периодической поверке размеров сопла (оно тоже страдает от абразивного износа).

Снятые для поверки элеватор и сопло

Недостатки

Увы, их куда больше.

• Низкое качество воды. Если вода в системе ХВС (нагреваемая в теплообменнике в закрытой системе теплоснабжения) — питьевая и должна соответствовать требованиям СанПиН 2.1.4.10749-01, то теплоноситель системы отопления может содержать большое количество взвесей, окислов железа и прочих примесей;
• Большая вероятность гидроударов. Если быстро остановить циркуляцию в теплотрассе или элеваторе (например, резко повернув рычаг шарового крана), инерция потока воды вызовет кратковременный скачок давления на его фронте;

Последствия гидроудара в системе ГВС

• Сильное влияние человеческого фактора на фактические параметры водоснабжения. Об этом — чуть подробнее.

Главное, чем отличается от закрытого открытое горячее водоснабжение — нормы температуры и давления. Они соответствуют параметрам теплотрассы: давление варьируется от 3 до 7 кгс/см2, а температура воды должна укладываться в диапазон 50-75 градусов.

Для сравнения — из теплообменника в закрытой системе теплоснабжения подается вода с давлением 1,5-5 кгс/см2 и температурой 50-65°С.

Однако если ленивый или забывчивый слесарь не переключит ГВС на обратку с наступлением холодов, в систему ГВС из элеваторного узла будет поступать вода с подачи, которая, напомним, может нагреваться до 150 градусов, что запредельно много для всех видов полимерных и металлополимерных труб, гибких подводок и резиновых прокладок на кранбуксах.

Пластиковые и гибкие подводки очень плохо переносят длительный перегрев

Выбор труб

Схема горячего водоснабжения — открытая или закрытая — рано или поздно требует замены труб. Какие трубы можно использовать на ГВС?

Диаметр

Для жильца многоквартирного дома все расчеты в системе с открытым водоснабжением сводятся к подбору диаметра труб (подводок и стояков). Какие диаметры использовать при ремонте, замене или монтаже своими руками водопровода горячего водоснабжения?

Стандартный размер стальных подводок водоснабжения — ДУ15. Тупиковый или циркуляционный стояк с точками водоразбора имеет размер ДУ25 — ДУ32, холостой стояк — ДУ20.

Стояки водоснабжения. Диаметр — 25 мм

При выборе размера труб полезно помнить пару тонкостей:

1. ДУ (он же — условный проход) примерно соответствует внутреннему диаметру трубы. Пластиковые и металлополимерные трубы маркируются наружным диаметром, поэтому их размер должен быть на шаг больше, чем у стальных (DN20 вместо ДУ15 и так далее);

Для стальных труб указывается условный проход, для пластиковых — наружный диаметр

1. При замене старых труб пропускная способность нового водопровода не должна быть ниже. Попросту говоря, внутренний диаметр новых стояков и подводок должен быть как минимум не меньше, чем старых.

Материал

На горячей воде с подачей из элеваторного узла можно использовать только металлические трубы (см. Срок службы металлических труб) . Инструкция связанна с пресловутой нестабильностью параметров водоснабжения: при гидроударе или перегреве, металлопластиковые или полипропиленовые водопроводы очень часто становятся причиной затопления квартир.

Разрыв металлопластиковой трубы при превышении допустимого давления

Заметьте: если жилец квартиры самостоятельно менял трубы, причем использовал материал, не предусмотренный проектом здания, весь ущерб от затопления предстоит покрыть ему.

Мы настоятельно рекомендуем присмотреться к двум разновидностям труб, выгодно отличающихся от привычных по домам советской постройки черных стальных.

Изображение	Описание
Медные (см. Медные трубы для водоснабжения). Они могут монтироваться на фитингах под пайку, на компрессионных или пресс-фитингах. Медь переносит скачки давления до 200-240 кгс/см2 и нагрев до 150 градусов, гидроудары и даже разморозку.
На фото — подводки водоснабжения из гофрированной нержавейки	Гофрированные нержавеющие. При тех же характеристиках они могут похвастаться предельно простым монтажом: фитинговое соединение собирается за 30 секунд с помощью пары газовых или разводных ключей.

Заключение

Надеемся, что нам удалось удовлетворить любознательность читателя. Узнать больше о том, что такое открытая система водоснабжения и как она работает, вам поможет видео в этой статье. Успехов!