mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2024.9.1541-1549mgssuvest-377Research ArticleИнженерные системы в строительствеEngineering systems in constructionПодготовка горячей воды в автономных системах теплоснабжения с несколькими точками водоразбораHot water treatment in autonomous heat supply systems with several water intake pointshttps://orcid.org/0000-0002-7457-6948ТороповА. Л.ToropovA. L.

Алексей Леонидович Торопов — кандидат технических наук, генеральный директор — главный конструктор

105122, г. Москва, Щелковское шоссе, д. 13

РИНЦ AuthorID: 1030472

Alexey L. Toropov — Candidate of Technical Sciences, General Director — Chief Designer

13 Schelkovskoe shosse, Moscow, 105122

RSCI AuthorID: 1030472

Toropov@aprilgroup.ruИнженерный центр «Апрель» (ИЦ «Апрель»)РоссияEngineering Center “April”Russian Federation20243009202419915411549Copyright © Торопов А.Л., 20242024Торопов А.Л.Toropov A.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/377Введение

Введение. Повышение энергетической эффективности оборудования HVAC вносит наибольший вклад в снижение техногенного воздействия на природную среду. Особенности использования газовых нагревателей для нескольких точек разбора горячей воды связаны с комфортом потребления горячего водоснабжения (ГВС). В это понятие включены два этапа: задержка времени начала подачи горячей воды с момента открытия крана и колебание температуры горячей воды при произвольном одновременном использовании нескольких точек водоразбора. Цель исследования — изучить режимы работы ГВС газовых нагревателей, определить влияние алгоритмов модуляции тепловой мощности и тепловой инерции теплообменников на изменение температуры ГВС при одновременном использовании двух точек водоразбора.

Материалы и методы

Материалы и методы. Испытания проводились на научно-исследовательском стенде завода «АРДЕРИЯ». Объекты исследования — газовый проточный водонагреватель с модуляцией тепловой мощности Ariston FAST EVO ONT C 14,газовые настенные котлы Arderia D24 и Arderia D24 Atmo.

Результаты

Результаты. Определены коэффициенты тепловой инерции теплообменников исследуемых образцов, величина изменения температуры в основной точке водоразбора (душ) при периодическом подключении и отключении крана в кухне. Представлено сравнение алгоритмов модуляции тепловой мощности рассматриваемых образцов.

Выводы

Выводы. Работа автономных систем ГВС с несколькими точками водоразбора приводит к колебаниям температуры воды с диапазоном изменения до 10 °С. Время выравнивания температуры воды составляет до 1,5 мин. Решение вопроса обеспечения заданного комфортного уровня температуры воды достигается организацией расходов потребления ГВС и холодного водоснабжения в соответствии с уровнем приоритета потребления воды различными точками водоразбора, применением буферных тепловых емкостей или тепловых генераторов с большим диапазоном регулирования тепловой мощности и уменьшенной тепловой инерцией теплообменников.

Introduction

Introduction. Improving the energy efficiency of HVAC equipment makes the greatest contribution to reducing the man-made impact on the environment. The peculiarities of using gas heaters for several hot water disassembly points are related to the comfort of hot water consumption. Two points are included in this concept. The delay in the start time of hot water supply from the moment the tap is opened and the fluctuation of hot water temperature when several water intake points are used at random at the same time. The aim of the study is to investigate the operating modes of hot water of gas heaters, to determine the influence of algorithms for modulation of thermal power and thermal inertia of heat exchangers on the change in the temperature of hot water supply with the simultaneous use of two water intake points.

Materials and methods

Materials and methods. The study was carried out on the research stand of the “ARDERIA” plant. Objects of research — Gas Instantaneous Water Heater with Thermal Power Modulation Ariston FAST EVO ONT C 14, Arderia D24 and Arderia D24 Atmo wall-mounted gas boilers.

Results

Results. The coefficients of thermal inertia of the heat exchangers of the studied specimens, the value of temperature change at the main point of water intake (shower) during periodic connection and disconnection of the tap in the kitchen were determined. Comparisons of the thermal power modulation algorithms of the specimens under consideration are given.

Conclusions

Conclusions. Operation of autonomous hot water supply systems with several water intake points leads to water temperature fluctuations with a range of up to 10 °C. Water temperature equalization time is up to one and a half minutes. The solution to the issue of ensuring a given comfortable level of water temperature is achieved by organizing the consumption of hot water and cold water in accordance with the level of priority of water consumption at various water intake points, the use of buffer heat tanks or heat generators with a large range of heat power regulation and reduced thermal inertia of heat exchangers.

проточный газовый нагреватель водыэнергетическая эффективностьавтономная система теплоснабжениягазовая колонкагазовый клапанточка водоразбораinstantaneous gas water heaterenergy efficiencyautonomous heat supply systemgas heatergas valvewater intake pointАвтор благодарит рецензентов за замечания по стилю изложения и научно-технической сути, способствующие более глубокому раскрытию темы научной работы.The author thanks the reviewers for their comments, both in terms of the style of presentation and the scientific and technical essence, which contribute to a deeper disclosure of the topic of scientific work.ReferencesCzerski G., Strugala A. The energy efficiency of hot water production by gas water heaters with a combustion chamber sealed with respect to the room // Water. 2014. Vol. 6. Issue 8. Pp. 2394–2411. DOI: 10.3390/w6082394Czerski G., Strugala A. The energy efficiency of hot water production by gas water heaters with a combustion chamber sealed with respect to the room. Water. 2014; 6(8):2394-2411. DOI: 10.3390/w6082394Czerski G., Gebhardt Z., Strugala A., Butrymowicz C. Gas-fired instantaneous water heaters with combustion chamber sealed with respect to the room in multi-storey residential buildings — Results of pilot plants tests // Energy and Buildings. 2013. Vol. 57. Pp. 237–244. DOI: 10.1016/j.enbuild.2012.10.052Czerski G., Gebhardt Z., Strugala A., Butrymowicz C. Gas-fired instantaneous water heaters with combustion chamber sealed with respect to the room in multi-storey residential buildings — Results of pilot plants tests. Energy and Buildings. 2013; 57:237-244. DOI: 10.1016/j.enbuild.2012.10.052Tan Z., Yao Y., Yao C., Yang J., Ruan Y., Wang Q. A new phase transition heat exchanger for gas water heaters // Inventions. 2018. Vol. 3. Issue 2. P. 37. DOI: 10.3390/inventions3020037Tan Z., Yao Y., Yao C., Yang J., Ruan Y., Wang Q. A new phase transition heat exchanger for gas water heaters. Inventions. 2018; 3(2):37. DOI: 10.3390/inventions3020037Farias O., Jara F., Betancourt R. Theoretical and experimental study of the natural draft in chimneys of buildings for domestic gas appliances // Energy and Buildings. 2008. Vol. 40. Issue 5. Pp. 756–762. DOI: 10.1016/j.enbuild.2007.05.010Farias O., Jara F., Betancourt R. Theoretical and experimental study of the natural draft in chimneys of buildings for domestic gas appliances. Energy and Buildings. 2008; 40(5):756-762. DOI: 10.1016/j.enbuild.2007.05.010Aguilar C., White D.J., Ryan D.L. Domestic water heating and water heater energy consumption in Canada. CBEEDAC : Edmonton, AB, Canada, 2005. 359 p.Aguilar C., White D.J., Ryan D.L. Domestic Water Heating and Water Heater Energy Consumption in Canada. CBEEDAC, Edmonton, AB, Canada, 2005; 359.Galitsky C., Worrell E. Energy Efficiency Improvement and Cost Saving Opportunities for the Vehicle Assembly Industry : an ENERGY STAR Guide for Energy and Plant Managers. Lawrence Berkeley National Laboratory : Berkeley, CA, USA, 2008. 81 p.Galitsky C., Worrell E. Energy Efficiency Improvement and Cost Saving Opportunities for the Vehicle Assembly Industry : an ENERGY STAR Guide for Energy and Plant Managers. Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA, USA, 2008; 81.Tajwar S., Saleemi A.R., Ramzan N., Naveed S. Improving thermal and combustion efficiency of gas water heater // Applied Thermal Engineering. 2011. Vol. 31. Issue 6–7. Pp. 1305–1312. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2010.12.038Tajwar S., Saleemi A.R., Ramzan N., Na-veed S. Improving thermal and combustion efficiency of gas water heater. Applied Thermal Engineering. 2011; 31(6-7):1305-1312. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2010.12.038Eiamsa-Ard S., Promvonge P. Enhancement of heat transfer in a tube with regularly-spaced helical tape swirl generators // Solar Energy. 2005. Vol. 78. Issue 4. Pp. 483–494. DOI: 10.1016/j.solener.2004.09.021Eiamsa-Ard S., Promvonge P. Enhancement of heat transfer in a tube with regularly-spaced helical tape swirl generators. Solar Energy. 2005; 78(4):483-494. DOI: 10.1016/j.solener.2004.09.021Craig S.J., Mcmahon J.F. The effects of draft control on combustion // ISA Transactions. 1996. Vol. 35. Issue 4. Pp. 345–349. DOI: 10.1016/S0019-0578(96)00043-2Craig S.J., Mcmahon J.F. The effects of draft control on combustion. ISA Transactions. 1996; 35(4):345-349. DOI: 10.1016/S0019-0578(96)00043-2Веснин В.И. Концепция энергосбережения проточными газовыми водонагревателями // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 8–3 (50). С. 29–32. DOI: 10.18454/IRJ.2016.50.197. EDN WJBTJJ.Vesnin V.I. Concept of energy saving by flowing gas water heaters. International Research Journal. 2016; 8-3(50):29-32. DOI: 10.18454/IRJ.2016.50.197. EDN WJBTJJ. (rus.).Милова Л. Двухконтурные настенные газовые котлы. Обзор рынка // Сантехника, Отопление, Кондиционирование. 2012. № 9 (129). С. 38–55. EDN RHWARL.Milova L. Double-circuit wall-mounted gas boilers. Market overview. Plumbing, Heating, Air-Conditioning. 2012; 9(129):38-55. EDN RHWARL. (rus.).Темников А.А., Баромыченко А.А. Горелки для сжигания газообразного топлива // Science Time. 2016. № 3 (27). С. 483–486. EDN VUBDXV.Temnikov A.A., Baromychenko A.A. Bur-ners for burning gaseous fuels. Science Time. 2016; 3(27):483-486. EDN VUBDXV. (rus.).Ионин А.А., Жила В.А., Архитихович В.В., Пшоник М.Г. Газоснабжение : учебник. М. : Изд-во АСВ, 2012. 472 с.Ionin A.A., Zhila V.A., Arkhitikhovich V.V., Pshonik M.G. Gas supply : textbook. Moscow, Publishing House ASV, 2012; 472. (rus.).Плужников А.И., Жила В.А., Ушаков М.А. Газоснабжение. М. : Издательский центр «Академия», 2008. 448 с.Pluzhnikov A.I., Zhila V.A., Ushakov M.A. Gas supply. Moscow, Publishing Center “Academy”, 2008; 448. (rus.).Жила В.А., Ушаков М.А., Брюханов О.Н. Газовые сети и установки. М. : Издательский центр «Академия», 2003. 272 с.Zhila V.A., Ushakov M.A., Bryukhanov O.N. Gas networks and installations. Moscow, Publishing center “Academy”, 2003; 272. (rus.).Торопов А.Л. Исследование работы газовых клапанов конвекционных котлов малой мощности // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2020. № 3. С. 58–71. EDN VZQWKW.Toropov A.L. Study of the operation of gas valves of low-power convection boilers. AVOK. 2020; 3:58-71. EDN VZQWKW. (rus.).Wong L.T., Mui K.W., Chan Y-W. Showering thermal sensation in residential bathrooms // Water. 2022. Vol. 14. Issue 19. P. 2940. DOI: 10.3390/w14192940Wong L.T., Mui K.W., Chan Y-W. Showering thermal sensation in residential bathrooms. Water. 2022; 14(19):2940. DOI: 10.3390/w14192940Торопов А.Л. Автономные системы теплоснабжения малой мощности. Настенные газовые котлы и тепловые аккумуляторы. М. : Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», 2022. 176 с. DOI: 10.22227/978-5-7264-3110-9.2022.176. EDN CJWKLO.Toropov A.L. Autonomous low-power heat supply systems. Wall-mounted gas boilers and heat accumulators. Moscow, National Research Technological University “MISiS”, 2022; 176. DOI: 10.22227/978-5-7264-3110-9.2022.176. EDN CJWKLO. (rus.).Masuda Y., Marui S., Kato I., Fujiki M., Nakada M., Nagashima K. Thermal and cardiovascular responses and thermal sensation during hot-water bathing and the influence of room temperature // Journal of Thermal Biology. 2019. Vol. 82. Pp. 83–89. DOI: 10.1016/j.jtherbio.2019.03.014Masuda Y., Marui S., Kato I., Fujiki M., Nakada M., Nagashima K. Thermal and cardiovascular responses and thermal sensation during hot-water bathing and the influence of room temperature. Journal of Thermal Biology. 2019; 82:83-89. DOI: 10.1016/j.jtherbio.2019.03.014Santos T., Quinta A., Jaf F., Costa V. Improving thermal comfort and water savings in domestic gas water heaters // TEchMA2023 — 6th International Conference on Technologies for the Wellbeing and Sustainable Manufacturing Solutions. 2023. DOI: 10.13140/RG.2.2.27685.06886Santos T., Quinta A., Jaf F., Costa V. Improving thermal comfort and water savings in domestic gas water heaters. TEchMA2023 — 6th International Conference on Technologies for the Wellbeing and Sustainable Manufacturing Solutions. 2023. DOI: 10.13140/RG.2.2.27685.06886Quinta A., Santos T., Martins N., Jaf F., Costa V. Enhancing user comfort and environmental performance of domestic tankless gas water heaters: hardware and software strategies // Ciência 2023 — Encontro com a Ciência e Tecnologia em Portugal. 2023. DOI: 10.13140/RG.2.2.20480.20488Quinta A., Santos T., Martins N., Jaf F., Costa V. Enhancing user comfort and environmental performance of domestic tankless gas water heaters: hardware and software strategies. Ciência 2023 — Encontro com a Ciência e Tecnologia em Portugal. 2023. DOI: 10.13140/RG.2.2.20480.20488Григоров Н.О., Саенко А.Г., Восканян К.Л. Методы и средства гидрометеорологических измерений. Метеорологические приборы : учебник. СПб. : Российский государственный гидрометеорологический университет, 2012. 305 с. EDN YFNPGL.Grigorov N.O., Saenko A.G., Voskanyan K.L. Methods and means of hydrometeorological measurements. Meteorological instruments : textbook. St. Petersburg, RGGMU, 2012; 305. EDN YFNPGL. (rus.).Григоров Н.О., Восканян К.Л., Караваева М.С. О соотношении чувствительности и тепловой инерции различных видов термометров // Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета. 2014. № 33. C. 69–76. EDN SCCYNZ.Grigorov N.O., Voskanyan K.L., Karavaeva M.S. Sensibility and heat inertia relationship for several kinds of thermometers. Scientific notes of the Russian State Hydrometeorological University. 2014; 33:69-76. EDN SCCYNZ. (rus.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.