23 10 24 Mano ukio prenumerata 2024 23 04 15 Gauti naujienas mobili žurnalas
Mano Ūkis 2018/11
Šilto vandens ruošimas
  • Dr. Rimvydas AMBRULEVIČIUS
  • Mano ūkis

Šilto vandens paruošimas kaime savitas. Gamtinių dujų tiekimas dar gana ribotas, didesnės katilinės, veikusios centrinėse ūkių gyvenvietėse, beveik išnyko, o poreikis turėti karštą vandenį buičiai ir gamybai tik išaugo. Dažniausiai šiltam vandeniui ruošti naudojama elektros energija – tam reikia mažiausių sąnaudų įsirengiant sistemas tiek buityje, tiek ir gamybiniuose objektuose.

Paprastai siūlomi dviejų tipų šildytuvai – tūriniai, dar vadinami boileriais, ir pratekantys (srautiniai), momentiniai. Kiekvienas iš jų turi savų pranašumų bei trūkumų, be to, skiriasi jų konstrukcija.

Tūriniai šildytuvai

Tūrinį šildytuvą sudaro metalinė talpa su storu šilumos izoliacijos sluoksniu ir viduje sumontuotu palyginti nedidelės galios kaitinimo elementu su integruotu termostatu. Pastarasis atlieka valdymo funkciją, be to, saugo kaitinimo elementą nuo perkaitimo.

Gaminami ir kombinuoti tūriniai šildytuvai, turintys šilumokaitį, kurį galima prijungti prie centrinio šildymo sistemos katilo arba saulės kolektorių baterijos. Atskirų gamintojų tūrinių šildytuvų konstrukcijos skiriasi kaitinimo elementais ir naudojamomis medžiagomis. Metalinei talpai nuo korozijos apsaugoti skiriamas ypatingas dėmesys. Iš juodo plieno gaminamos talpos vidus dengiamas keraminiu emaliu arba cinkuojamas. Gamintojų duodama sandarumo garantija, atsižvelgiant į gamybos technologijas ir panaudotas medžiagas, yra nuo 2 iki 10 metų.

Kitas apsaugos elementas – tai anodinis elektrodas, jo sudėtyje yra magnio, kuris reaguoja su vandenyje esančiais elementais (pirmiausia su deguonimi), apsaugodamas talpos metalą nuo korozijos. Šio elektrodo būklę būtina tikrinti kas dvejus metus ir, reikalui esant, pakeisti. Jam susidėvėjus šildytuvo talpa lieka be apsaugos, nes korozija vyksta net mažiausiose apsauginės dangos porose.

Brangių šildytuvų talpa gaminama iš nerūdijančio plieno ir toks elektrodas nemontuojamas. Talpos šiluminę izoliaciją atlieka poliuretano puta. Jos kokybė gamintojų deklaruojama pašildyto iki 65 °C vandens energijos kiekio temperatūrai palaikyti per parą. Kuo jis mažesnis, tuo geresnės izoliacinės savybės. Norint palyginti, reikia imti tos pačios talpos šildytuvus, nes kuo didesnė talpa, tuo didesnis išorės paviršius ir didesnės pašildymo energijos sąnaudos.

Buitiniuose šildytuvuose montuojamų šildymo elementų galia nėra didelė (1,5–2,2 kW), todėl jų įdiegimas individualiuose namuose nesudaro problemų, nes neviršijama leistina apkrovos galia. Pagrindinis saugos reikalavimas, kad kištukinis lizdas būtų su papildomu įžeminimo gnybtu.

Saugesnis konstrukcijos variantas yra su ,,sausu“ šildymo elementu – ant keramino įdėklo suvyniota nichromo spiralė talpinama apsauginėje termokišenėje. Tad remontuojant nereikia išleisti vandens, o dėl mažesnės šildančio paviršiaus temperatūros susikaupia daug mažiau karbonatų, tačiau dėl didelės šilumos varžos tarp spiralės ir šildomo vandens (keramika-oro tarpas-apsauginė termokišenė) energijos sąnaudos pašildymui ir pašildymo trukmė didėja. Šildytuvų su vamzdiniais šildymo elementais energijos sąnaudos mažesnės, bet periodiškai keičiant anodinį elektrodą teks valyti ir šildymo elementą.

Tūriniai šildytuvai leidžia išnaudoti mažesnės kainos naktinę elektros energiją ir sumažinti šilto vandens ruošimo sąnaudas. Tačiau norint, kad pašildyto vandens užtektų visai dienai, reikia rinktis didesnės talpos šildytuvą (trijų ar keturių asmenų šeimai – 150–200 litrų).

Didesnes taupymo galimybes duoda kombinuotas tūrinis šildytuvas su dviem šilumokaičiais (gyvatukais). Didesnio paviršiaus, sumontuotas apatinėje dalyje, jungiamas prie saulės kolektorių baterijos arba šilumos siurblio, o viršutinis mažesnio paviršiaus – prie dujinio arba kieto kuro katilo, tiekiančio aukštesnės temperatūros termofikatą.

Minėti principai gali būti taikomi ir gamybiniuose objektuose, kur šilto vandens poreikis didelis. Šildytuvai yra apie 500 ir daugiau litrų talpos, o pašildymui naudojami du arba trys 7,5–9 kW galios trifaziai šildymo elementai. Jie valdomi elektroniniais valdikliais arba specialiais dviejų pakopų elektromechaniniais termostatais. Naudojamos galios ribojimas nesudaro problemų, nes tokiuose objektuose visada yra pakankamas rezervas.

Srautiniai šildytuvai

Kitą grupę sudaro momentiniai arba pratekantys (srautiniai) vandens šildytuvai. Jie pradeda veikti tik atsiradus šilto vandens poreikiui. Jų konstrukcija paprasta, jie nedideli, juos galima sumontuoti bet kurioje šilto vandens naudojimo vietoje. Tačiau yra ir keletas trūkumų. Pirmiausia, turi būti patikimas vandens tiekimas (slėgis nuo 2 iki 6 barų). Antra, pakankama leistina apkrovos galia.

Norint pašildyti iš vandentiekio imamą vandenį (žiemą jis gali būti 4–7 °C) iki 40–50 °C, reikalinga didelė galia, priklausanti ir nuo debito. Buitinių mažo našumo šildytuvų ji ne mažesnė kaip 1 kW. Konstrukcijoje numatytos apsaugos nuo perkaitimo, minimalaus slėgio vandens tiekimo linijoje ir pratekančio vandens srauto. Brangesniuose modeliuose naudojami du kaitinimo elementai. Esant dideliems vandens srautams arba aukštoms pašildymo temperatūroms, įjungiami abu elementai. Keturi tokie šildytuvai individualiame name rimta apkrova.

Didesniems šilto vandens poreikiams naudojami trifaziai srautiniai šildytuvai. Dešimties kilovatų galios trifazis srautinis šildytuvas gali paruošti per valandą 100 litrų 80 °C temperatūros vandens. Taigi mažos galios srautiniai šildytuvai paprastai naudojami mažiems vandens kiekiams buičiai ruošti. Didesnės (10–24 kW) galios srautinius šildytuvus galima panaudoti ir patalpoms šildyti, ir šiltam vandeniui ruošti. Abiem atvejais rekomenduotina montuoti akumuliacines talpas ir naudoti mažesnio tarifo elektros energiją.

Elektrodiniai vandens šildytuvai

Pastaraisiais metais vis plačiau naudojami elektrodiniai vandens šildytuvai. Juose nėra įprastinių šildymo elementų, o vanduo pašildomas tarp elektrodų pratekančia elektros srove. Praėjusiame šimtmetyje jie buvo plačiai naudojami ūkiuose. Vardinė tokių šildytuvų galia 25, 60 arba 100 kW, šildytuvo galios reguliavimo diapazonas nuo 10 iki 100 proc., vardinė ištekančio vandens temperatūra 95 °C (maksimali 135 °C). Šie parametrai pasiekiami, kai vandens elektrinė varža 30 Ω·m, esant 20 °C įtekančio vandens temperatūrai. Esant mažesnei nei 10 Ω·m vandens varžai, greitai dėvisi ir užsiteršia nuosėdomis elektrodai, esant didesnei nei 50 Ω·m, mažėja šildymo galia.

Dirbant uždaroje sistemoje (patalpų šildymas) vandens varža mažinama pridedant kalcinuotos sodos, trinatrifosfato. Galima naudoti ir geriamąją sodą bei valgomąją druską. Varžai padidinti, kai vanduo stipriai mineralizuotas, į sistemą papildomai pilamas nuo druskų išvalytas vanduo. Pagrindinė šių šildytuvų naudojimo sritis – karvių fermos pieno gamyba užsiimančiuose ūkiuose bei kituose gamybiniuose padaliniuose, kur karšto vandens poreikis yra didelis. Taip pat galima naudoti ir technologinio garo tiekimui.

Elektrodinės katilinės nereikalauja pastovaus aptarnaujančio personalo ir veikia automatiškai. Šilto vandens kaupimui ir šildymo sistemai įrengiamos atskiros talpos. Tai leidžia išnaudoti naktinio tarifo pranašumus. Montuojant tokius šildytuvus ypatingas dėmesys turi būti skiriamas elektrosaugai. Pirmiausia tai aktualu savos gamybos įrenginiams. Susigundžius katilų konstrukcijos paprastumu, užmirštami svarbūs saugos reikalavimai.

Esant asimetrinei apkrovai, ant elektrodinio šildytuvo korpuso atsiranda įtampa, sukelianti pavojų personalui. Tai gali įvykti sutrikus trifazio tinklo maitinimui arba dėl šildytuvo gedimo (užsiteršę arba nudilę elektrodai, pažeistos elektrinės jungtys arba galios komutatoriai). Todėl šildytuvas statomas ant izoliacinio pagrindo ir atitveriamas. Įtampai ant šildytuvo korpuso kontroliuoti įrengiama speciali apsauginė relė, o valdymo spintoje – apsauginis įrenginys nuo maitinimo tinklo įtampos asimetrijos. Aptvaras būtinai įžeminamas ir prijungiamas prie nulinio laido.

Elektrodinio šildytuvo įtekančio ir ištekančio vandens vamzdžiai prijungiami prie sistemos per izoliacinius intarpus. Jei vamzdžio skersmuo 40 mm, izoliacinio intarpo ilgis ne trumpesnis kaip 1 500 mm, o vandens stulpo varža didesnė nei 2 000 Ω.

Kaip jau minėta anksčiau, didelis elektrodinių šildytuvų privalumas yra galimybė reguliuoti galią plačiose ribose – nuo 10 iki 100. Tai atliekama keičiant elektrodų panardinimo gylį arba vandens lygį darbinėje šildytuvo zonoje, jei elektrodų padėties keitimas nenumatytas konstrukcijoje. Abejais atvejais būtina šildytuvo naudojamos galios ir ištekančio vandens temperatūros kontrolė bei ribotuvai. Gamykliniai šildytuvai tiekiami kartu su valdymo spintomis, kuriose minėtos funkcijos yra. Savos gamybos valdymo spintose tai irgi būtina numatyti saugiam ir patikimam sistemos darbui.

Gaminami ir mažos galios elektriniai šildytuvai. Pirkėjas gali pasirinkti vien tik šildytuvą arba visą modulį su cirkuliaciniu siurbliu, kompensaciniu indu ir visomis apsaugos bei reguliavimo funkcijomis. Vardinių galių diapazonas nuo 2 iki 24 kW. Didesnės nei 2kW galios katilai trifaziai. Šių katilų pranašumai pasireiškia sistemose su mažu šilumnešio kiekiu, nes katilo inertiškumas labai mažas. Šie šildytuvai dirba efektyviau sumažėjus tinklo įtampai net iki 180 V. Dar viena svarbi savybė ta, jog ištekėjus šilumnešiui iš sistemos šildytuvas neperkais ir nesuges, nes katilas paprasčiausiai nustos veikti.

Šildytuvo generuojamą galią galima koreguoti keičiant vandens parametrus ir priderinant prie šildymo sistemos. Savaime suprantama, kad yra ir specifinių savybių. Pirmiausia tai elektrosauga. Visa, kas buvo pasakyta apie didelės galios šildytuvus, turi būti taikoma ir mažos galios šildytuvams (įžeminimas, apsauginiai intarpai ir t. t.). Šildytuvo galia eksploatuojant mažėja dėl elektrodų užsiteršimo, kurio intensyvumas labai priklauso nuo vandens mineralizacijos lygio ir priemaišų sudėties. Indikatoriumi čia bus naudojamos iš tinklo srovės dydis. Nereikia pamiršti, kad srovės dydis kaistant vandeniui mažės dėl padidėjusios karšto vandens varžos. Vieną kartą per metus, kaip ir elementinius šildytuvus, rekomenduojama juos išvalyti.

Kitas trūkumas, kad sistemos negalima užpildyti antifrizu, naudojamu saulės kolektorių sistemose. Tam skirti specialūs gamintojo rekomenduojami antifrizai. Jų neturint, sistemai apsaugoti nuo užšalimo teks naudoti apsauginio pašildymo režimą (palaikoma minimali šilumnešio temperatūra). Gyvenamuosiuose namuose tai ne bus problema (vamzdynai izoliuoti ir sistema šaltuoju metu dirba).

Vandens pašildymo sąnaudos

Visų tipų vandens šildytuvų naudingumo koeficientas praktiniuose skaičiavimuose gali būti 95–100 proc. Energijos kiekis vandens temperatūrai 1 °C pakelti priklauso nuo vandens savitosios šilumos ir lygus 4,19 kJ/kg·K arba 1,16 Wh/kg·K.

Pašildant 150 l vandens nuo pradinės temperatūros (10 °C) iki 50 °C, bus sunaudota 6,96 kWh elektros energijos. Naktiniam tarifo naudingumui įvertinti būtina apskaičiuoti kainų skirtumą. Momentiniams šildytuvams jis, aišku, nepasiteisins, nes šiltas vanduo daugiausia naudojamas dieną, bet naudojant tūrinius šildytuvus skirtumas bus ženklus.

Prie jau minėtų sąnaudų dar reikia pridėti temperatūrai palaikyti sunaudojamą energiją. Jeigu tūrinis šildytuvas yra toli nuo šilto vandens naudojimo taškų (rūsyje, katilinėje), dar prisidės nuostoliai dėl atšalusio vandens tiekimo vamzdžiuose. Didesniuose objektuose to išvengti padės šilto vandens cirkuliacinis kontūras ir gera šilto vandens tiekimo vamzdžių izoliacija.

Dar vienas būdas taupyti – kombinuotų vandens šildytuvų naudojimas, prijungiant juos prie saulės kolektorių ir centrinio šildymo katilo. Eksploatacinės sąnaudos naudojant elektros energiją skaičiavimuose gali būti nevertinamos, nes palyginti su kitomis išlaidomis jos labai mažos.