Новые сетевые архитектуры: открытые или закрытые решения?

Часто приходится сталкиваться с вопросами: какая система горячего водоснабжения – открытая или закрытая – лучше, в чем между ними отличия, что выбрать для частного дома и пр. При этом важно понимать, что понятие «открытая» и «закрытая» (иногда говорят «закольцованная») относится не к системам ГВС, а к системам теплоснабжения (СТ), составной частью которых и является система ГВС. В зависимости от того, каким образом в системе теплоснабжения объекта организована подача горячей воды, эту систему относят либо к открытому, либо к закрытому типу.

Виды систем теплоснабжения

Существует множество критериев для разделения СТ на отдельные виды. Например, в зависимости от используемого теплоносителя выделяют водяные и паровые СТ; а зависимости от локации источника тепловой энергии – централизованные и децентрализованные; по температурному режиму – низко-, средне- и высокопотенциальные СТ. Также имеет значение количество трубопроводов: системы могут быть одно-, дву- и многотрубные. По способу обеспечения потребителей теплом СТ бывают одно- и многоступенчатые.

Одним из принципиально важных критериев является способ организации горячего водоснабжения в СТ – по ГОСТу Р 56501 от 2015 года (см. п. 3.20 и 3.21) предусматривается использование открытых и закрытых СТ.

Открытая система теплоснабжения (далее будем использовать более привычный и широко используемый в обиходе термин «открытая система водоснабжения, ГВС») предполагает отбор воды для ГВС из общей системы труб для теплоснабжения. При этом нагрев воды осуществляется на основном источнике тепловой энергии (ТЭЦ, в котельной или центральном тепловом пункте).

При закрытой системе водоснабжения подогрев воды происходит на объекте-потребителе (в многоэтажном жилом доме, офисном здании, производственном или промышленном помещении). Подогрев осуществляется через вторичный контур при помощи пластинчатых теплообменников. Если вы планируете обустройство закрытой системы ГВС, купить пластинчатый теплообменник в СПб для этих целей можно в специализированной .

На приведенном выше рисунке справа изображена открытая система водоснабжения: на схеме видно, что и в отопительные приборы (батареи, радиаторы), и в точки водоотведения (краны потребителей) поступает одна и та же вода.

Использование тепловых пунктов

Это отдельное помещение. В нем должны находиться тепловые энергетические установки, подсоединенные к теплосети. Теплообменники для горячего водоснабжения многоквартирного дома должны обладать инструментами регулирования потребления, распределения ГВС по квартирам, настройки самого оборудования.

Индивидуальный тепловой пункт в многоквартирном доме обычно располагается в подвале. Раньше система монтировалась на чердаках. В случае прорыва потоки кипятка разливались по помещению и затапливали квартиры. Если ЧП происходило ночью, оно могло привести к серьезным травмам или даже к жертвам.

Альтернативный вариант – строительство теплопункта в отдельной постройке рядом со зданием. Цель оборудования состоит в преобразовании теплоносителя, регулировании снабжения ГВС или теплом, распределении ресурса по квартирам и отключении его подачи.

Открытая система теплоснабжения

Главное, что нужно знать об открытой системе ГВС – с 1-го января 2022 года на всей территории РФ она будет запрещена на основании федерального закона «О теплоснабжении». Все многоэтажные жилые дома и организации должны до этого времени перейти на систему закрытого типа.

Структура открытой схемы

Устройство системы открытого типа достаточно простое. Она строится с использованием таких элементов:

• Трубопровод;
• запорная арматура (шаровые краны, задвижки и пр.);
• приборы для измерения температуры и давления в системе (манометры и термометры);
• регуляторы температуры.

Трубы должны быть заизолированы во избежание теплопотерь. Терморегуляторы могут устанавливаться с клапанами либо без них.

Принцип работы, преимущества и недостатки

Принцип работы открытой системы ГВС следующий:

• Источник тепла подогревает теплоноситель и по трубопроводу передает его потребителям.
• Из магистрального трубопровода часть теплоносителя (в данном случае – воды) поступает в отопительный контур (в отопительные приборы потребителей), оставшаяся подается в систему ГВС, из которой отбирается потребителями из точек забора (кранов).
• Вода в контуре отопления и ГВС циркулирует, возвращаясь по обратке к источнику тепловой энергии.
• Использованная потребителями вода поступает в канализационную систему, за счет этого система постоянно, в автоматическом режиме, подпитывается водой.

У открытой СТ существуют плюсы и минусы. К явным преимуществам относится:

• Доступность данной системы.
• Простота ее монтажа и обслуживания.
• Возможность быстрого монтажа.
• Отсутствие необходимости приобретать дополнительное оборудования для нагрева воды.
• Длительная служба отопительных приборов и труб за счет высокого качества теплоносителя.

Тем не менее, недостатков у данной СТ все же больше:

• Высокая стоимость централизованной подготовки горячей воды.
• По качеству теплоноситель должен соответствовать требованиям, предъявляемым к питьевой воде. На практике часто оказывается, что вода в кранах потребителей не соответствует этим требованиям. За счет наличия следов ГСМ, ржавчины и химических примесей она может быть вредна и иметь неприятный запах.
• В качестве теплоносителя нельзя использовать вещества с низкой температурой кристаллизации.
• Запрещено добавлять в СТ химические реактивы.
• Существует необходимость автоматической и непрерывной подпитки теплоносителя за счет его отбора потребителями горячей воды.
• За счет единого контура во время сервисного обслуживания либо ремонта потребители лишаются не только отопления, но и ГВС (системы закрытого типа без труда ремонтируют летом).
• В теплое время года для обеспечения функционирования системы ГВС задействуется больше ресурсов, чем нужно.

Именно за счет наличия таких существенных недостатков в России было принято решение об отказе от СТ открытого типа.

Иерархические и плоские сети

Цель построения корпоративных сетей передачи данных (КСПД), будь то сеть географически распределенной компании или сеть ЦОД, – обеспечение работы бизнес-приложений. КСПД — один из важнейших инструментов развития бизнеса. В компании с территориально-распределенной структурой бизнес нередко зависит от надежности и гибкости совместной работы ее подразделений. В основе построения КСПД лежит принцип разделения сети на «строительные блоки» – каждый характеризуется свойственными ему функциями и особенностями реализации. Принятые в отрасли стандарты позволяют использовать в качестве таких строительных блоков сетевое оборудование разных вендоров. Частные (проприетарные) протоколы ограничивают свободу выбора для заказчиков, что в результате приводит к ограничению гибкости бизнеса и повышает издержки. Применяя стандартизированные решения, заказчики могут выбрать лучший продукт в интересующей их области и интегрировать его с другими продуктами, используя открытые стандартные протоколы.
Современные крупные сети очень сложны, поскольку определяются множеством протоколов, конфигурациями и технологиями. С помощью иерархии можно упорядочить все компоненты в легко анализируемой модели. Иерархическая модель помогает в разработке, внедрении и обслуживании масштабируемых, надежных и эффективных в стоимостном выражении объединенных сетей.

Трехуровневая архитектура корпоративной сети.

Традиционная архитектура корпоративной сети включает в себя три уровня: уровень доступа, агрегирования/распределения и ядра. На каждом из них выполняются специфические сетевые функции.

Уровень ядра – основа всей сети. Для достижения максимальной производительности функции маршрутизации и политики управления трафиком выносятся на уровень агрегирования/распределения. Именно он отвечает за надлежащую маршрутизацию пакетов, политики трафика. Задачей уровня распределения является агрегирование/объединение всех коммутаторов уровня доступа в единую сеть. Это позволяет существенно уменьшить количество соединений. Как правило, именно к коммутаторам распределения подключаются самые важные сервисы сети, другие ее модули. Уровень доступа служит для подключения клиентов к сети. По аналогичной схеме строились и сети ЦОД.

Устаревшая архитектура трехуровневой сети в центре обработки данных.

Традиционные трехуровневые архитектуры ориентированы на клиент-серверную парадигму сетевого трафика. С дальнейшим развитием технологий виртуализации и интеграции приложений возрастает поток сетевого трафика между серверами. Аналитики говорят (тут тоже) о смене парадигмы сетевого трафика с направления «север—юг», на «восток—запад», т.е. на существенное преобладание трафика между серверами в отличие от обмена между сервером и клиентами.

При рассмотрении сетевой архитектуры ЦОД, уровень доступа соответствует границе серверной фермы. Трехуровневая архитектура сети в данном случае недостаточно оптимизирована для передачи трафика между отдельными физическими серверами, поскольку вместо сокращения пути передачи пакетов до одного (или максимум двух) сетевых уровней, пакет передается по всем трем, увеличивая задержки за счет паразитного трафика в обоих направлениях.

То есть трафик между серверами проходит через уровни доступа, агрегации, ядра сети и обратно неоптимальным образом, за счет необоснованного увеличения общей длины сетевого сегмента и количества уровней обработки пакетов сетевыми устройствами. Иерархические сети недостаточно приспособлены для обмена данными между серверами, не вполне отвечают требованиям современных ЦОД с высокой плотностью серверных ферм и интенсивным межсерверным трафиком. В такой сети обычно используются традиционные протоколы защиты от петель, резервирования устройств и агрегированных соединений. Ее особенности: существенные задержки, медленная сходимость, статичность, ограниченная масштабируемость и т.п. Вместо традиционной древовидной топологии сети необходимо использовать более эффективные топологии (CLOS/ Leaf-Spine/ Collapsed), позволяющие уменьшить количество уровней и оптимизировать пути передачи пакетов.

HP упрощает архитектуру сети с трёхуровневой (характерной для традиционных сетевых архитектур Cisco) до двух- или одноуровневой.

Сейчас тенденция такова, что все больше заказчиков при построении своих сетей ориентируются на построение сетей передачи данных второго уровня (L2) с плоской топологией. В сетях ЦОД переход к ней стимулируется увеличением числа потоков «сервер – сервер» и «сервер – система хранения». Такой подход упрощает планирование сети и внедрение, а также снижает операционные расходы и общую стоимость вложений, делает сеть более производительной.

В ЦОД плоская сеть (уровня L2) лучше отвечает потребностям виртуализации приложений, позволяя эффективно перемещать виртуальные машины между физическими хостами. Еще одно преимущество, которое реализуется при наличии эффективных технологий кластеризации/стекирования – отсутствие необходимости в протоколах STP/RSTP/MSTP. Такая архитектура в сочетании с виртуальными коммутаторами обеспечивает защиту от петель без использования STP, а в случае сбоев сеть сходится на порядок быстрее, чем при использовании традиционных протоколов семейства STP.

Архитектура сети современных ЦОД должна обеспечивать эффективную поддержку передачи больших объемов динамического трафика. Динамический трафик обусловлен существенным ростом количества виртуальных машин и уровня интеграции приложений. Здесь необходимо отметить все возрастающую роль различных технологий виртуализации информационно-технологической (ИТ) инфраструктуры на базе концепции программно-определяемых сетей (SDN).

Концепция SDN в настоящее время широко распространяется не только на уровень сетевой инфраструктуры отдельных площадок, но и на уровни вычислительных ресурсов и систем хранения как в рамках отдельных, так и географически-распределенных ЦОД (примерами последних являются HP Virtual Cloud Networking – VCN и HP Distributed Cloud Networking – DCN).

Ключевой особенностью концепции SDN является объединение физических и виртуальных сетевых ресурсов и их функционала в рамках единой виртуальной сети. При этом важно понимать, что несмотря на то, что решения сетевой виртуализации (overlay) могут работать поверх любой сети, производительность/доступность приложений и сервисов в значительной степени зависят от работоспособности и параметров физической инфраструктуры (underlay). Таким образом, объединение преимуществ оптимизированной физической и адаптивной виртуальной сетевых архитектур, позволяет строить унифицированные сетевые инфраструктуры для эффективной передачи больших потоков динамического трафика по запросам приложений.

Закрытая система теплоснабжения

Закрытая система теплоснабжения выстраивается с использованием специального оборудования для нагрева воды: пластинчатого теплообменника либо бойлера. Таким образом, получается, что контур отопления отделен от контура ГВС и в них может подаваться вода разного качества: более высокого в контур ГВС и техническая – в отопительный.

За счет того, что именно закрытая СТ в полной мере соответствует требованиям санитарных норм и при этом обеспечивает комфорт потребителям, она считается более современной и широко используется при проектировании новых зданий и реконструкции старого жилого фонда.

Принципиальная схема СТ закрытого типа выглядит следующим образом:

Преимущества закрытой системы ГВС

Как и открытая СТ, закрытая имеет свои преимущества:

• Обеспечивается надлежащее качество горячей воды.
• Для подачи горячей воды не нужно задействовать всю инфраструктуру СТ, используется только малый контур.
• Обеспечивается экономия топлива за счет отсутствия необходимости централизованного нагрева воды для ГВС.
• Для отопительной системы можно использовать теплоноситель с низкой t кристаллизации.
• В системе ГВС течет вода с температурой не выше 60 градусов, что гарантирует безопасность потребителям.

Минусы закольцованной сети

Главный минус закрытой системы ГВС – существенные капитальные затраты для ее создания и ремонта. За счет использования специального оборудования для нагрева воды схема обустройства такой системы становится технически более сложной и подразумевает применение большего числа коммуникаций.

Кроме того, к минусам закольцованной сети относят:

• Увеличенные расходы на прокладку труб за счет фактического дублирования трубопроводов.
• Необходимость использовать дополнительное оснащение для температурного контроля подачи воды.
• Необходимость выделения места под установку водонагревательного оборудования, например, пластинчатого теплообменника.
• На крупных тепловых пунктах по СанПиН 2.1.4.2496 возникает необходимость выполнения вакуумной деаэрации при t воды от 100°С и больше.
• Необходимость регулярного сервисного обслуживания оборудования для нагрева воды и сопутствующих коммуникаций.
• Необходимость постоянной подпитки контура ГВС.
• Использование электроэнергии для подключения необходимого оборудования и связанные с этим трудности при ее отсутствии.

Архитектура HP FlexNetwork

Для построения плоских сетей вендоры разрабатывают соответствующее оборудование, технологии и сервисы. В числе примеров – Cisco Nexus, Juniper QFabric, HP FlexFabric. В основе решения HP – открытая и стандартизированная архитектура HP FlexNetwork.
HP FlexNetwork включает в себя четыре взаимосвязанных компонента: FlexFabric, FlexCampus, FlexBranch и FlexManagement. Решения HP FlexFabric, HP FlexCampus и HP FlexBranch оптимизируют сетевые архитектуры, соответственно центров обработки данных, кампусов и филиалов предприятий, позволяя по мере роста поэтапно мигрировать от традиционных иерархических инфраструктур к унифицированным виртуальным, высокопроизводительным, конвергентным сетям или сразу строить такие сети на основе эталонных архитектур, рекомендованных НР.

HP FlexManagement предоставляет возможности комплексного мониторинга, автоматизации развертывания/настройки/контроля мультивендорных сетей, унифицированного управления виртуальными и физическими сетями с единой консоли, что ускоряет развертывание сервисов, упрощает управление, повышает доступность сети, избавляет от сложностей, связанных с применением множества систем администрирования. Причем система может управлять устройствами десятков других производителей сетевого оборудования.

HP FlexFabric поддерживает коммутацию в сетях до 100GbE на уровне ядра и до 40GbE на уровне доступа, использует технологию HP Virtual Connect. Внедряя архитектуру FlexFabric, организации могут поэтапно перейти от трехуровневых сетей на оптимизированные двух- и одноуровневые сети.

Заказчики могут поэтапно переходить от проприетарных устаревших сетей к архитектуре HP FlexNetwork с помощью HP Technology Services. HP предлагает услуги по миграции от проприетарных сетевых протоколов, например Cisco EIGRP (хотя в Cisco этот протокол называют «открытым стандартом»), к действительно стандартным протоколам маршрутизации OSPF v2 и v3. Кроме того, HP предлагает сервисы администрирования FlexManagement и набор услуг, касающихся жизненного цикла каждого модульного «строительного блока» HP FlexNetwork, включая планирование, проектирование, внедрение и сопровождение корпоративных сетей.

HP продолжает улучшать возможности своего оборудования, как на уровне аппаратных платформ, так и на основе концепции Software Defined Network (SDN), внедряя различные протоколы динамического управления коммутаторами и маршрутизаторами (OpenFlow, NETCONF, OVSDB). Для построения масштабируемых Ethernet фабрик в ряде моделей сетевых устройств HP внедрены такие технологии как TRILL, SPB, VXLAN (перечень устройств с поддержкой этих протоколов постоянно расширяется). В дополнение к стандартным протоколам категории DCB (в частности VPLS), HP разработаны и активно развиваются фирменные технологии эффективного объединения географически распределенных ЦОД в единую L2 сеть. Например, текущая реализация протокола HP EVI (Ethernet Virtual Interconnect) позволяет подобным образом объединить до 64-площадок ЦОД. Совместное же использование HP EVI и протокола виртуализации устройств HP MDC (Multitenant Device Context) предоставляет дополнительные возможности по расширению, повышение надежности и безопасности распределенных виртуализированных L2 сетей.

Отличия закрытой и открытой систем ГВС

Подытоживая, можно сказать, что ключевое и принципиальное отличие данных СТ – в цене горячей воды для конечного потребителя. Если при открытой системе оплачивается общая стоимость за горячую воду, то в закрытой – отдельно стоимость холодной воды и отдельно – теплового компонента. При установке счетчиков коммунальные платежи при закрытой СТ существенно ниже, чем при открытой и люди имеют возможность экономить.

Также немаловажно оценить уровень комфорта и удобства: при закрытой СТ эти параметры существенно выше. В частности, автономное ГВС позволяет потребителям осуществлять гибкую регулировку воздуха в помещениях и горячей воды.

Порядок расчета и рециркуляции

Чтобы система ГВС была спроектирована правильно, необходимо иметь в виду следующее.

1. На чертеже указываются кольца циркуляции. Они замыкаются при тепловом узле.
2. Выделяется 2 трубопровода: подающий и циркуляционный.
3. На самом протяженном участке трассы ГВС отмечаются зоны максимального циркуляционного расхода тепла.
4. Диаметр труб не может быть меньше 1.5 см. Причем они должны на 1-2 размера превышать диаметр тех, что на подающем участке. Это делается во избежание возникновения воздушных пробок.

При расчете отопительной установки нужно иметь в виду, что открытая система будет эффективной только при небольшом отдалении от места забора и при частом открытии вентиля, подающего кипяток. Иначе потребитель получит остывшую воду.

Выводы

Открытая система ГВС является морально устаревшей схемой, от которой повсеместно отказываются не только из-за требований законодательства, но и из-за ее ключевых недостатков, в особенности – низкого качества воды в системе. Закрытые СТ устанавливаются в новостройках, частных домах, на промышленных предприятиях и производственных объектах. При использовании современного и энергоэффективного теплового оборудования, в частности, пластинчатых теплообменников, система закрытого типа является наиболее экономичным, удобным и простым в использовании инструментом для создания оптимального микроклимата в помещении и обеспечения потребителей горячей водой. Приобрести теплообменники по оптимальной цене и заказать услуги их монтажа можно в : специалисты предложат выгодные решения и обеспечат сервисное обслуживание приобретенной техники.

Миф 1: классификация по типу расширительного бака

Закрытые системы – это системы отопления, в которых используется закрытый (мембранный) расширительный бак.

Открытые системы – это системы, соответственно, с открытым расширительным баком.

Расширительный бак нужен для того, чтобы принять избыток теплоносителя при его расширении, поскольку при повышении температуры жидкость увеличивается в объеме.

Без устройств, принимающих в себя излишек теплоносителя – давление в системе повышается, что иногда приводит к печальным последствиям, например, может произойти порыв трубопровода и срыв запорно-регулирующей арматуры.

Открытый расширительный бак (рис.1) не является герметичным – он имеет взаимосвязь с воздухом. Используется в основном в гравитационных системах отопления частных домов. В таких системах жидкость циркулирует без насоса, за счет перепада температур.

Рис.1. Открытый расширительный бак в гравитационной системе отопления

Закрытый (мембранный) расширительный бак (рис.2) представляет собой герметично закрытую металлическую емкость, разделенную на 2 камеры эластичной мембраной. Отсюда и название «мембранный».

Рис. 2. Закрытый (мембранный) расширительный бак в системе отопления