Подготовка горячей воды в автономных системах теплоснабжения с несколькими точками водоразбора

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. 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. 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. 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.

1. Czerski 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/w6082394

2. Czerski 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.2012.10.052

3. Tan 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/inventions3020037

4. Farias 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.2007.05.010

5. Aguilar C., White D.J., Ryan D.L. Domestic water heating and water heater energy consumption in Canada. CBEEDAC : Edmonton, AB, Canada, 2005. 359 p.

6. 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.

7. 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.2010.12.038

8. Eiamsa-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.2004.09.021

9. Craig 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)00043-2

10. Веснин 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.

11. Милова Л. Двухконтурные настенные газовые котлы. Обзор рынка // Сантехника, Отопление, Кондиционирование. 2012. № 9 (129). С. 38–55. EDN RHWARL.

12. Темников А.А., Баромыченко А.А. Горелки для сжигания газообразного топлива // Science Time. 2016. № 3 (27). С. 483–486. EDN VUBDXV.

13. Ионин А.А., Жила В.А., Архитихович В.В., Пшоник М.Г. Газоснабжение : учебник. М. : Изд-во АСВ, 2012. 472 с.

14. Плужников А.И., Жила В.А., Ушаков М.А. Газоснабжение. М. : Издательский центр «Академия», 2008. 448 с.

15. Жила В.А., Ушаков М.А., Брюханов О.Н. Газовые сети и установки. М. : Издательский центр «Академия», 2003. 272 с.

16. 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.

17. 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/w14192940

18. Торопов 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.

19. 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.2019.03.014

20. Santos 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.2.2.27685.06886

21. Quinta 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.2.2.20480.20488

22. Григоров 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.

23. 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.