Температура горячей воды в системах горячего водоснабжения значительно снижается при малом или нулевом расходе. Это приводит к трем проблемам: долгому времени ожидания горячей воды, перерасходу воды, а также возможности развития смертельно опасных для человека бактерий Легионеллы, которые погибают лишь при температурах выше 55 C.
С. Дейнеко
Для систем централизованного горячего водоснабжения во всем мире актуальным является вопрос защиты от легионелл. В особенности это касается разветвленных систем ГВС многоквартирных домов. Использование же специальных балансировочных клапанов помогает не только снизить риск размножения бактерий, но и в значительной степени экономить воду
При образовании застойных зон в системах ГВС, при определенной температуре, в них активно размножаются опасные для человеческого организма бактерии – легионеллы (Legionella pneumophila). Они являются возбудителями легионеллеза – болезни схожей по симптомам с пневмонией, что затрудняет постановку точного диагноза.
Впервые болезнь была диагностирована в США после инцидента, случившегося в 1976 г. во время съезда участников Американского легиона – организации, объединяющей ветеранов различных военных конфликтов (отсюда и название болезни – "легионеллез"). Среди делегатов, проживавших в одном из отелей Филадельфии, произошла вспышка ранее неизвестной болезни, которая в течение месяца унесла жизни 34 из 220 занемогших.
С тех пор во многих цивилизованных странах мира ежегодно регистрируются сотни случаев заболевания, в том числе и со смертельным исходом. Источники размножения бактерий обусловлены оптимальной для их жизнедеятельности температурой – 20–50 °С (рис. 1). Это системы кондиционирования и вентиляции, ГВС, низкотемпературного отопления.
Рис. 1. Влияние температурного режима на жизнедеятельность легионелл
Попадает легионелла во внутренние инженерные сети из природных источников – пресных водоемов и почвы. Наиболее подходящая среда для размножения болезнетворных бактерий – биоколонии, формирующиеся на стенках трубопроводов (поэтому менее предрасположены к этому пластиковые трубы с гладкой внутренней поверхностью) и других элементов систем. Риск образования таких субстанций особенно велик в водопроводных сетях с длинными и разветвленными трубопроводами, где из-за разбалансирования во время отсутствия разбора воды наблюдается её застой.
Для борьбы с легионеллой применяются такие способы, как обеззараживание воды хлором или озоном. Однако в случае с ГВС наиболее приемлемым и эффективным является термическое воздействие. Оно заключается в поддержании высокой температуры воды в трубопроводах системы с предотвращением застойных явлений, а также кратковременном нагреве воды до критических для выживания бактерий значений.
Балансировка
Для систем ГВС многоквартирных домов характерна следующая ситуация – при разборе воды горячая вода идет через ближайший от источника тепла водоразборный узел. В то же время к точкам подключения, расположенным этажами выше, поступает менее нагретая вода, остывшая за период отсутствия разбора воды (например, в ночное время). Таким образом, потребитель вынужден сливать эту воду до тех пор, пока не дождется потока с необходимой ему температурой. И чем протяженнее трубопроводы, тем больше воды сливается в канализацию. Как следствие – большие потери в системе водоснабжения. Кроме того, последний потребитель на линии может и не дождаться горячей воды с нормативными параметрами.
Особенно это актуально для зданий, введенных в эксплуатацию в 70–80-х годах прошлого столетия, в системах ГВС которых отсутствует циркуляционная линия или система циркуляции не функционирует в силу физического износа.
Однако и в домах с действующей циркуляционной линией требуемая температура воды не всегда достигается сразу после открытия водоразборного узла. Ведь до последнего времени циркуляционные линии (Т4 на рис. 2) обустраивались только по принципу изменения гидравлического сопротивления разных диаметров трубопроводов, то есть диаметр циркуляционной трубы изменялся, в зависимости от удаленности от источника нагрева воды и был меньше диаметра подающего трубопровода системы ГВС (Т3). При этом температура в циркуляционной линии не контролировалась и не учитывалась, что также приводило к перерасходам электроэнергии на работу циркуляционных насосов.
Во избежание подобных ситуаций в новостройках уже несколько лет на циркуляционные линии устанавливают специальные балансировочные клапаны. Также их можно использовать и при реконструкции существующих систем ГВС.
Эти клапаны отличаются тем, что кроме заданного расхода через циркуляционную линию, используя так называемый термальный привод, можно выставлять необходимую температуру воды в циркуляционной линии, например, в диапазоне от 40 до 65 °С. Если температура падает, клапан открывается и пропускает воду для подогрева. При этом постоянной потребности в циркуляции горячей воды нет. Она появляется лишь тогда, когда в системе отсутствует разбор воды. Расчетное значение температуры воды в циркуляционной линии составляет, как правило, не более 5–10 °С от температуры воды в системе ГВС. Влияние на данный показатель имеют:
- диаметры и протяженность трубопроводов;
- температура воздуха в местах, в которых расположены трубопроводы;
- эффективность и состояние теплоизоляции.
Балансировочный клапан позволяет отрегулировать расход воды через циркуляционную линию. Использование вместе с ним термального привода дает возможность регулирования температуры воды: при её снижении в циркуляционной линии, клапан будет открыт до тех пор, пока температура не достигнет заданного значения. После этого термальный привод перекрывает проток и отключается циркуляционный насос.
Таким образом, за счет применения балансировочных клапанов с термальными приводами поддерживается постоянная температура в системе ГВС. Это уменьшает нерациональные затраты воды, а также снижает риск развития бактерий.
На рис. 2 показаны места для достижения наибольшей эффективности работы балансировочных клапанов в системе ГВС, т.е. они должны располагаться после последней водоразборной точки. Существуют модификации балансировочных клапанов с термальными приводами для систем, в которых предусмотрена термическая дезинфекция воды.
Рис. 2. Схема циркуляционной системы ГВС с балансировочными клапанами
Термическая дезинфекция
Для полного уничтожения легионелл в системах ГВС используется кратковременное нагревание котлом воды в системе до критических для жизнедеятельности бактерий температур – например, выше 60 °С в течение получаса. Как правило, это производится в ночное время в отсутствие разбора воды.
Термальный привод (рис. 3) балансировочных клапанов, предназначенных для систем с термической дезинфекцией, при этом действует по следующему принципу. При увеличении температуры выше 62 °С привод не закрывается, а, достигнув предела, наоборот открывается.
Рис. 3. Термальный привод
Конструктивно и технически это действует довольно оригинально. Вставка из штока с определенным набором шайб при большом повышении температуры проваливается дальше предела перекрытия потока. Процесс происходит за счет механического расширения. Но если температура поднимется выше 72 °С, то клапан снова закроется (рис. 4) во избежание термических ожогов потребителей.
Рис. 4. Регулировочные характеристики балансировочного клапана с функцией термической дезинфекции
Функция термической дезинфекции поддерживается многими современными контроллерами, например, типа Smile (Honeywell). При осуществлении этого процесса важно, чтобы требуемая высокая температура была достигнута во всех точках системы. Поэтому насос должен включаться в режим повышенной циркуляции, а автоматические балансировочные клапаны обеспечивать нужный гидравлический баланс.
В частном строительстве и в квартирах с электрическим бойлером можно проводить дезинфекцию вручную. Периодически (раз в месяц) до предела разогревать бойлер и прогонять воду через систему. Это особенно рекомендуется осуществлять перед сезонным пользованием бойлером (при летних отключениях централизованного горячего водоснабжения).
Примеры устройств
Установка балансировочных клапанов на линиях рециркуляции систем ГВС практикуется в Украине сравнительно недавно – порядка 3–4 лет. Сейчас в новых зданиях с разветвленной системой ГВС обязательно предусматривается их установка. Ведь без гидравлической балансировки, например, для многоэтажного дома с 6–10 подъездами и с несколькими стояками в каждом, практически невозможно гидравлически «увязать» циркуляционные линии первых и последних подъездов.
Важно знать, что в системах ГВС недопустимо использование балансировочных клапанов, предназначенных только для систем отопления. Ведь, не смотря на схожесть решаемых задач, есть ряд особенностей. Например, клапаны для циркуляционных систем ГВС выполняются из материалов, устойчивых к коррозии и удовлетворяющих соответствующим гигиеническим требованиям.
На украинском рынке представлены балансировочные клапаны для систем ГВС производства компаний Danfoss (Дания), Honeywell (Германия), Oventrop (Германия) и других.
Например, балансировочные клапаны для ГВС Alwa-Kombi-4 (Honeywell) (рис. 5) выполнены из стойкой к коррозии красной бронзы марки Rg5. Гидравлическая балансировка проводится путем ручной установки расхода воды через клапан, согласно расчетам по необходимому перепаду давления для каждого контура. Для автоматического регулирования температуры воды клапан оснащают термальным приводом. В обычном исполнении с его помощью поддерживается необходимая температура воды в диапазоне 40–65 °С (вставка с колпачком черного цвета), в специальном исполнении предусмотрен термальный привод с функцией поддержки термической дезинфекции (поставляется с оранжевым колпачком). Дооснащение Alwa-Kombi-4 термальным приводом может производиться в любое время, в том числе, после установки на системе. Клапаны устойчивы к высоким температурам (до 130 °С) и давлению (до 16 бар). Диаметры – от 15 до 40 мм.
Рис. 5. Балансировочный клапан для системы ГВС (Alwa-Kombi-4)
Существуют также автоматические смесительные клапаны, которые обеспечивают постоянную температуру воды после смешения. Их устанавливают как на отдельные точки водоразбора (умывальник, душ и др.), так и на их небольшие группы, например, в детских дошкольных учреждениях или школах.
Защита от противотока
Для защиты систем водоснабжения от попадания загрязнений и патогенных бактерий при порывах или проникновения путем противотока в странах ЕС применяют специальные отсекающие устройства (Backflow Preventer, англ. – «устройство предотвращения противотока»).
По европейским нормам EN 1717 они должны монтироваться на каждой установке водоснабжения – на вводе в здания, а также на распределительных линиях – вплоть до квартиры. Цель их применения – предотвращение попадания загрязненных вод в систему централизованного водоснабжения.
Устройства имеют три камеры (рис. 6), которые перекрываются в случае резкого снижения входного давления или повышения обратного напора воды от потребителя. При этом загрязненная вода отсекается и дренируется в канализацию. Таким образом, нежелательные примеси не попадают во внутренние и внешние сети системы водоснабжения.
Рис. 6. Устройство предотвращения противотока (BA-295, Honeywell)
Существуют различные модификации отсекающих клапанов, в зависимости от категории зданий. Однако в Украине массового распространения они пока не получили по причине отсутствия отечественных нормативов по их обязательному применению.
Читайте статьи и новости в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь на YouTube-канал.
А. Перехода
Происхождения названия болезни легионеров связано с инцидентом, случившимся в 1976 г. во время съезда участников Американского легиона – организации, объединяющей ветеранов различных военных конфликтов. Среди делегатов съезда, проживавших в одном из отелей Филадельфии, произошла вспышка непонятной болезни, которая в течение месяца унесла жизни 34 из 220 заболевших.
Возбудитель легонеллеоза – бактерия Legionella pneumophila (рис. 1), активно размножающаяся в теплой среде систем ГВС, кондиционирования и проникающая в организм человека с микрочастицами воды (аэрозолями). Болезнь схожа по симптомам с тяжелой формой пневмонии, что затрудняет постановку точного диагноза.
С момента обнаружения специалисты во всех странах с тревогой наблюдают увеличение количества случаев заболевания болезнью легионеров, что, прежде всего, обусловлено широким распространением климатических систем и усложнением систем ГВС. В США ежегодно регистрируется не менее 25 тыс. случаев легионеллеза, во Франции зимой 2003–2004 гг. зарегистрировано 85 случаев заболевания (из них 13 со смертельным исходом), в Италии не менее 150 случаев ежегодно.
Случай массового заражения россиян произошел в Верхней Пышме (Свердловская обл.) в июле этого года. Перед этим в городе проходили опрессовку системы ГВС, в трубах не соблюдался температурный режим, не обеспечивался должный уровень циркуляции, и в этой воде могла распространиться практически любая бактерия. В результате было госпитализировано 117 человек, и, к сожалению, трое из них погибли.
Бактерия легионелла присутствует практически в любой пресной воде, однако усиленно размножается только в определенных условиях. График влияния температуры на её жизнедеятельность представлен на рис. 2. Температура воды – 20–50 °C, стоячая вода – идеальное условие для размножения этих микроорганизмов.
Наиболее подходящая среда для размножения болезнетворных бактерий – биоколонии, формирующиеся на стенках трубопроводов и других элементов систем водоснабжения. Риск образования таких субстанций особенно велик в современных системах водоснабжения с длинными и разветвленными ветками трубопроводов, где из-за разбалансирования большие объемы воды могут находиться в стоячем состоянии. Существует несколько способов борьбы с легионеллой. Однако применение таких технологий обеззараживания воды, как хлорирование, озонирование, обработка ультрафиолетом, на практике может быть ограничено различными факторами. Наибольшее распространение при борьбе с легионеллой и, особенно, при профилактических работах получил термический метод.
Профилактика распространения бактерий в системах ГВС достигается за счет умеренного нагрева и циркуляции. Система циркуляции предотвращает застой и остывание воды, и ее следует располагать как можно ближе к точкам разбора (рис. 3). Также рекомендуется устанавливать стойкие к коррозии и хорошо промывающиеся трубопроводы с гладкой внутренней поверхностью, избегая «мертвых зон» со стоячей водой.
Если система разветвленная, то для того, чтобы добиться равномерной циркуляции воды во всех ее контурах, необходимо осуществить балансировку. Достигается она применением балансировочных клапанов. Важно знать, что в системах ГВС недопустимо использование балансировочных клапанов, предназначенных для отопления. Балансировочные клапаны для систем ГВС имеют ряд конструктивных особенностей и выполняются из материалов, устойчивых к коррозии и удовлетворяющих гигиеническим требованиям, которые предъявляются к системам горячего водоснабжения.
В качестве примера рассмотрим линейку балансировочных клапанов для ГВС производства компании Honeywell. Корпус и все контактирующие с водой детали клапана Alwa-Kombi-4 выполнены из стойкой к коррозии красной бронзы марки Rg5 (G-CuSn5ZnPb по DIN 1705) и отвечают требованиям KTW (Предписания федерального министерства здравоохранения Германии для материалов, имеющих контакт с питьевой водой). Как правило, клапаны устанавливают в конце циркуляционной линии (см. рис. 3).
Гидравлическая балансировка проводится путем ручной установки расхода через клапан, согласно расчетам по необходимому перепаду давления для каждого контура.
Для автоматического регулирования клапан оснащают термоэлементом (рис. 4) и выставляют необходимую температуру воды. Термоэлемент поддерживает температуру воды в клапане на заданном значении. Когда температура воды понижается, клапан открывается и увеличивает расход циркулирующего теплоносителя – в результате температура повышается. Когда температура поднимается, клапан уменьшает расход или закрывается совсем в случае, если установленная температура воды достигнута (в рамках коэффициента протечки).
Таким образом, практически исключается риск застоя воды в ситуациях, когда в одном крыле здания существует большой расход воды, а в другом он временно прекратился (например, во время сезона отпусков, когда многие компании полностью закрываются на несколько недель или количество работающих сотрудников сильно сокращается). В такой ситуации автоматический балансировочный клапан увеличит циркуляцию в «нежилой» части здания и уменьшит в «жилой», так как там циркуляция происходит в значительно большем объеме за счет интенсивного расхода воды пользователями.
Применение автоматического балансировочного клапана сильно упрощает процесс настройки баланса в системе. Дооснащение клапана Alwa-Kombi-4 термоэлементом может производиться в любое время, в том числе когда он уже установлен в систему. Можно использовать обычный термоэлемент, рассчитанный на диапазон 40–65 °С (он поставляется с колпачком черного цвета) или специальный термоэлемент с функцией поддержки термической дезинфекции (поставляется с оранжевым колпачком).
Даже при наличии циркуляционных контуров для полной безопасности систем ГВС рекомендуется периодически проводить их дезинфекцию. Один из самых эффективных способов – термический. Он заключается в нагреве воды в системе до 65–70 °C и поддержании такой температуры определенное время, достаточное чтобы большинство болезнетворных микроорганизмов, в том числе легионеллы, погибли. На практике такую дезинфекцию чаще всего проводят с периодичностью порядка одного раза в месяц в ночное время. Функция режима термической дезинфекции поддерживается многими современными контроллерами, например, типа Smile или CentraLine (Honeywell). При осуществлении термической дезинфекции важно, чтобы требуемая температура была достигнута во всех точках системы. Для этого насос включается в режим повышенной циркуляции, а автоматические балансировочные клапаны обеспечивают нужный гидравлический баланс.
При этом клапаны Alwa-Kombi-4, если они оснащены термоэлементом с функцией поддержки дезинфекции, также переходят в режим дезинфекции. График, иллюстрирующий работу клапанов, представлен на рис. 5. По увеличению температуры свыше 62 °C клапан распознает начало процесса дезинфекции и открывается для обеспечения лучшей циркуляции. Когда температура воды достигнет 72 °C, клапан закрывается. Это позволяет сохранить гидравлический баланс и обеспечить быстрое распространение воды по всем веткам системы. Когда режим термодезинфекции закончен и температура воды вновь понижается, Alwa-Kombi-4 возвращается в режим стандартного регулирования.
В российской практике для типовой многоэтажной застройки подавляющее большинство систем ГВС не предусматривает периодической термической дезинфекции, а оснащается только циркуляционными контурами. В таких системах целесообразно закладывать на этапе проектирования и применять клапаны балансировки ГВС Alwa-Kombi-4 для ручного регулирования или автоматические с обычным (без функции поддержки дезинфекции) термоэлементом. Для индивидуального домостроения (коттеджи, таун-хаусы), в зависимости от наличия или отсутствия у применяемого контроллера функции термодезинфекции, рекомендуется применять автоматические клапаны Alwa-Kombi-4 с соответствующим термоэлементом. Беспроигрышный вариант для всех типов систем ГВС – установка ручного клапана Alwa-Kombi-4, поскольку он может быть дооснащен термоэлементом любого типа даже после монтажа в систему.
Статья напечатана в журнале «Аква-Терм» #5(39) 2007
