Принцип действия накопительного электрического водонагревателя

Конструкция и принцип действия

Аппарат предназначен для нагрева воды с помощью электроэнергии. Бойлер считается накопительным, поскольку он постоянно поддерживает установленную температуру определенного объема воды. По мере понижения уровня в баке вследствие расхода потребителями в него поступает холодная вода, после чего агрегату требуется некоторый промежуток времени, чтобы снова ее подогреть. Все детали и элементы, из которых состоит электрический бойлер для нагрева воды, можно увидеть на рисунке.

Устройство бойлера

«Сердцем» аппарата является трубчатый электронагреватель (ТЭН), он представляет собой спираль из вольфрама или нихрома, заключенную внутри медной или стальной трубки. Пространство между спиралью и стенкой трубки заполнено изоляционным материалом. Трубка, в свою очередь, крепится к монтажному фланцу круглой формы, с обратной стороны которого выведены клеммы для присоединения проводов электросети. На том же фланце установлен металлический стержень, его верхняя часть покрыта магниевым сплавом. Это сделано с целью защиты материала сосуда от воздействия электрохимической коррозии.

Сосуды электрических водонагревателей изготавливаются из разных видов стали, а она подвержена коррозии при электрическом нагреве жидкости. Не вдаваясь в подробности данного физического явления, можно сказать, что магниевый анод «вызывает на себя» воздействие этого процесса, тем самым сохраняя целостность стального бака.

Важно. Магниевый анод с течением времени разрушается и подлежит периодической замене. Производители рекомендуют ее выполнять не реже 1 раза в 2 года, но при повышенной жесткости воды срок службы элемента значительно сокращается и менять его потребуется чаще

Производители рекомендуют ее выполнять не реже 1 раза в 2 года, но при повышенной жесткости воды срок службы элемента значительно сокращается и менять его потребуется чаще.

После включения ТЭН нагревает воду до температуры, максимальное значение которой ограничивается термостатом. При работе на полную нагрузку и термостате, выставленном на максимум, температура достигает 75 ºС. Как правило, большинство производителей рекомендуют пользоваться аппаратом в экономичном режиме, тогда нагрев происходит до температуры 50—55 ºС, а на регуляторе термостата эта позиция для удобства выделена каким-нибудь обозначением. После разогрева до установленной температуры накопительный бойлер автоматически отключается. Включение происходит после остывания среды в сосуде на несколько градусов, что случается по двум причинам:

•  Невзирая на утепление из пенополиуретана резервуар медленно остывает с течением времени.
•  Если появляется расход в системе ГВС.

Сосуд постоянно находится под давлением, оно равно давлению в централизованном водопроводе. После появления расхода в сети ГВС горячая вода из резервуара уходит на хозяйственные нужды, а на ее место поступает холодная, из водопровода. В результате в емкости происходит смешивание, температура начинает понижаться и термостат немедленно включает ТЭН. Действующая электрическая схема бойлера представлена на рисунке:

1 – двухполюсный термовыключатель с тепловым предохранителем; 2 – электронагреватель (ТЭН); 3 – клеммная коробка для присоединения проводов напряжения и заземления; 4 – контрольная лампа; L – фазный провод; N – нейтраль (нулевой провод).

Представленная схема – наиболее простая и применяется в недорогих моделях электробойлеров. Существуют аппараты, оборудованные программируемыми контроллерами с датчиками расхода, температуры и давления. Как можно понять из схемы, контрольная лампа сигнализирует о том, что агрегат находится в режиме нагрева воды и электрический ТЭН включен. Термовыключатель срабатывает по сигналу встроенного элемента, реагирующего на изменения температуры среды в сосуде. В случае возникновения нештатной ситуации с повышением температуры сверх максимума, накопительный водонагреватель будет отключен тепловым предохранителем, коммутированным с термовыключателем.

Выбор бойлера

В случае с проточным бойлером подбирайте мощность и размер самого устройства. Сюда же стоит добавить источник питания, ведь они редко бывают газовыми – в основном в магазинах продаются электрические водонагреватели проточного типа.

Если же речь идет о накопительных, то здесь все зависит от способа использования и размера семьи. Бойлеры до 15-ти литров обычно устанавливаются для обычного умывания.

Важно понимать, что даже для мытья посуды такого водонагревателя может не хватить, в зависимости от ее количества. Для душевой кабинки рекомендуется бойлер от 50-ти литров, но это с расчетом на одного человека.

Далее вам нужно решить от чего же будет питаться бойлер. Чаще всего источником питания выступает электричество, но далеко не всегда. В некоторых случаях более разумно выглядит подключение бойлера к котлу. На это есть ряд важных причин, которые обычно становятся актуальными в отдельных случаях и регионах.

Чаще всего подключение газового бойлера встречается в регионах с высокой стоимостью электричества и низким ценником на газ. В этом случае финансово разумнее будет использовать в качестве источника энергии именно газ, а не электричество.

Проблемы с подачей электроэнергии также мотивируют людей делать свой выбор в пользу газовых аналогов – бывает электричество выключается на сутки, а то и больше, и в этом случае оставаться без горячей воды особенно не приятно.

Для тех, кто не может определиться с типом накопительного водонагревателя также есть вариант. В этом случае просто берем и подключаем двухконтурный бойлер, который соединяется с двумя источниками энергии – газовым и электрическим. Внутри него находиться два нагревательных элемента, которые могут работать как отдельно, так и вместе.

Формы, размеры и тип управления бойлеров

Современный рынок рассматриваемого оборудования предоставляет потребителям огромный выбор различных видов электрических бойлеров.

1. Различный объем — чаще всего покупают модели от 10 до 100 литров.
2. Различная форма: круглые, плоские, квадратные. Большой популярностью пользуются круглые водонагреватели объемом до 30 литров, их, как правило, устанавливают на кухне. Если требуется модель большего объема, для ванной, то меньше места займет плоский вариант. Его легко можно монтировать на свободной стене или над унитазом.
3. Вертикальные и горизонтальные. Чаще всего потребители отдают предпочтение первому варианту. Перед выбором стоит определиться с местом установки. Горизонтальные модели лучше устанавливать над дверью или другим сантехническим оборудованием.
4. По типу управления: механические и электронные. Второй вариант имеет возможность более точной настройки, установки автоматического отключения или включения. Такие модели зачастую снабжены небольшим экраном.

Конструкция и особенности

Устройство проточного водонагревателя не отличается особой сложностью. Здесь применяется единая схема для всех моделей: холодная вода проходит через корпус изделия, где нагревательный элемент отдает ей свое тепло. Пользователь только открыл кран — внутри устройства мгновенно срабатывает реле, отвечающее за давление, в течение нескольких секунд вода нагревается до нужной температуры (зависит от мощности ТЭН), которая устанавливается вручную.

Внутри проточный водонагреватель оборудован специальным прерывателем, который сразу отключает питание, если температура воды резко возрастает и становится гораздо выше критического уровня. От возможных перепадов давления внутри водопровода, что может произойти в любую минуту, изделие надежно защищено встроенным стабилизатором.

Водонагреватели этого вида имеют отличия по типу нагревателя и системе управления.

Типы нагревателей

Как главная составляющая конструкции всех электроприборов, нагреватель обычно выпускается в виде спирали или ТЭН. В изделиях с неизолированной спиралью ее помещают в специальный блок из пластиковых трубок, находящийся внутри корпуса из весьма прочного пластика. При подключении такого устройства к сети происходит нагрев спиралей, а проходящий поток воды отбирает это тепло. Из-за малого объема воды в емкости и небольшой массы всего устройства остаточного тепловыделения после отключения не происходит, поэтому накипь не образуется. Такие изделия применяют для подогревания воды в бассейнах, в быту их следует использовать в регионах с очень жесткой водой.

Закрытые ТЭН работают по такому же принципу, нагревая поток проходящей через них воды, но у них спираль заключена в корпус из меди или латуни, поэтому в противопожарном смысле они намного надежнее, чем первый вариант.

Система управления

Водонагреватели проточного типа можно разделить по типу управления ними.

1. Гидравлическое — этот вид менее точен, у него имеется 6 ступеней мощности, переключение производится вручную при помощи переключателя.
2. Электронного типа — терморегулятор контролирует нагрев самостоятельно, пользователи только устанавливают приемлемую для них температуру. Такой вид управления считается весьма удобным.

При использовании механического варианта управления внутри изделия располагается гидравлический блок с мембраной, которая осуществляет включение или выключение прибора в зависимости от давления воды.

Электроника управляет всем процессом с помощью микропроцессора, а специальные датчики помогают ей обеспечить любую температуру, независимо от напора, она же задает оптимальную мощность, существенно сокращая расход электрической энергии.

Подбор накопительного водонагревателя для вашей квартиры.

Выбор водогрейки начинается с объема емкости! Эта емкость выбирается исходя из количества проживающих в квартире или в частном доме людей, которым утром надо будет по очереди принять душ. Если же нагреватель используется для кухонных нужд, то там будет достаточно 15 — 30 литров. Для ванной комнаты принцип выбора объема следующий:

• Для двоих человек будет необходим бак 50 литров
• Для троих оптимальным выбором является 80 литров
• для 4 и более человек необходим водонагреватель от 100 и более литров

Какая мощность у водогрейки??

Мощность большинства бытовых приборов лежит в пределах от 1,5 до 2,5 кВт. Водонагреватели с такой мощностью можно включать в розетку без прокладки отдельной линии от щитка и без установки отдельного автомата. На многих моделях производители устанавливают шнуры электропитания с установленным УЗО (устройство защитного отключения). УЗО защищает потребителя от удара током из-за пробоя на корпус. По законам физики, чем больше мощность нагревательных элементов (чаще всего ТЭНов), тем быстрее будет нагрета вода в баке. То есть если вам необходимо часто пользоваться горячей водой. то следует выбирать мощность 2-2,5 кВт, в другом случае вполне хватит 1,5 кВт.

Электробезопасность для водонагревателя.

Накопительный водонагреватель это прибор, который может ударить человека током

Поэтому при его установке важно соблюдать следующие простые правила:

• Электрическая розетка, используемая для подключения водонагревателя, должна быть с крышкой. Корпус розетки должен быть герметичным.
• Накопительный водонагреватель должен подключаться через УЗО. Для многих бюджетных моделей водонагревателей, УЗО в комплекте не идет и его нужно приобретать отдельно.
• Если нет УЗО, но есть контур заземления, то можно заземлить водонагреватель. Контур заземления — дорогое удовольствие. В многоэтажных домах его чаще всего нет, а заземлять водонагреватель через трубы отопления, водопровода или (не дай Бог!) газоснабжения категорически нельзя! Это может вызвать преждевременный выход из строя металлических труб в результате коррозии.

Внешний вид устройства защитного отключения

Теперь расскажу немного про то, что такое УЗО (расшифровывается как устройство защитного отключения). УЗО — устройство, которое отключает питание прибора в случае, если значение дифференциального тока превышает определенный предел (чаще всего 30 или 35 мА). Если говорить проще, то внутри УЗО есть две катушки — по одной ток втекает в прибор, а по другой вытекает из прибора. Если нет утечки, то эти токи практически равны друг другу, а в случае утечки появляется разность, которая заставляет УЗО отключить питание.Устройство защитного отключения будет срабатывать одинаково вне зависимости от того, есть ли «земля» в розетке, которой подключена водогрейка.

Вертикальные, горизонтальные и «универсальные» баки.

Для нужд потребителей производители водонагревателей делают разные варианты установки. Наиболее популярны «вертикальные» баки (см. рисунок ниже).

Горизонтальные и вертикальные водогрейки

В вертикальных баках, из-за меньшей площади соприкосновения горячей и холодной воды внутри бака, количество горячей воды будет больше, чем в горизонтальных баках. Это значит, что при всех прочих равных (объеме и мощности) вертикальный вариант даст большее количество горячей воды. Есть так же хитрые агрегаты, которые можно устанавливать как вертикально, так и горизонтально ( у компании Ariston это модели под названием Velis ).

Изготовление бойлера косвенного нагрева своими руками

Существуют несколько типов устройств бойлера косвенного нагрева, которые можно изготовить самостоятельно:

1. Наиболее популярным вариантом является применение змеевика, выполненного из металлической трубы. Его помещают в бак, по нему будет идти теплоноситель. В бак заливается вода, она будет нагреваться благодаря контакту со змеевиком.
2. Трубы можно пустить вдоль стен бака.
3. Можно использовать две емкости, имеющие разные диаметры.
4. Ввиду того, что принцип работы бойлера весьма прост, то вы можете создать свой вариант конструкции.

Для изготовления понадобятся:

1. емкость;
2. купить или создать змеевик;
3. провести теплоизоляционные работы;
4. выполнить сборку конструкции;
5. подключить змеевик к системе отопления;
6. подключить холодную воду;
7. создать разводку для теплой воды либо сделать кран.

Работу по самостоятельному изготовлению бойлера косвенного нагрева можно разбить на этапы.

1. Из чего делать бак?

Желательно приобрести новую емкость, однако можно применить и использованную емкость. Можно использовать и газовый баллон. Его нужно разрезать на две части, после чего зачистить и прогрунтовать, в противном случае еще несколько недель вода из бойлера будет пахнуть пропаном.

Главное, чтобы емкость была чистой и имела подходящие размеры.

2. Отверстия для воды

В баке следует сделать отверстия:

• для холодной, а также горячей воды;
• два отверстия, чтобы произвести монтаж змеевика с теплоносителем.

Так как летом отопительное оборудование не применяется, то возможно понадобятся другие альтернативные источники обогрева. Это могут быть электрическая ТЭНа, солнечные панели и так далее.

3. Теплоизоляция

Дабы уменьшить естественные тепловые потери бойлер необходимо обложить хорошей теплоизоляцией. В качестве утеплителя подойдет любой соответствующий материал, можно даже применить обычную монтажную пену. Крепление утеплителя выполняется при помощи проволочной стяжки, клея и так далее. От качества теплоизоляции будет зависеть кпд бойлера.

4. Змеевик

Его делают из пластиковой либо металлической трубы малого диаметра. Для этого трубу наматывают на соответствующую цилиндрическую оправку. Диаметр змеевика, а также число витков выбирается исходя из конфигурации и размеров бака. Чем площадь змеевика будет больше, тем вода быстрее будет прогреваться до нужной температуры.

В процессе эксплуатации на змеевике будут накапливаться различные отложения. Поэтому его раз в год нужно будет очищать.

5. Сборка и подключение

После того, как весь список элементов будет готов, нужно будет приступить к сборке устройства. В случае если при сборке теплоизоляция будет повреждена, то нужно будет его тщательнейшим образом восстановить.

Чтобы установить на стене такой бойлер можно применить кронштейны. Чтобы крепление конструкции было надежным, к металлическому баку следует приварить специальные «ушки», выполненные с применением уголка из стали. Затем нужно будет закрепить устройство в удобном месте. После этого нужно будет его испытать на работоспособность и наличие протечек. После того как система будет работать можно приступить к использованию бойлера и наслаждаться горячей водой.

Виды бойлеров косвенного нагрева

Современные бойлеры косвенного типа имеют разнообразную конструкцию и форму. Помимо округлого тонкостенного бака, существуют бойлеры, имеющие более сложное устройство, позволяющее оборудованию быть более экономичным и эффективным. Классификация оборудования выполняется по нескольким признакам.

Типы теплообменника

Косвенные водонагреватели могут иметь теплообменник различной конструкции:

• одноконтурный змеевик — спиралеобразная металлическая тонкостенная труба, расположенная внутри ёмкостного бака. Из-за циркуляции теполоносителя по трубе змеевик нагревается и передаёт тепловую энергию холодной воде, которая находится в баке. Это самая простая и доступная конструкция на рынке;
• двухконтурный змеевик — конструкция аналогичная описанному выше варианту с той лишь разницей, что водонагреватель обеспечивает одновременную подачу нагретой воды и теплоносителя для центрального отопления. Такое оборудование несколько дороже более простого аналога, но гораздо эффективнее при необходимости нагрева большого количества воды;
• конструкция типа «бак в баке» – оборудование имеет бак, состоящий из ёмкостей большего и меньшего размера. Внутри большого бака располагается вода, которую необходимо нагреть, а внутри меньшего — теплоноситель. Такие бойлеры обладают не только высокой скоростью нагрева воды до 75–90 оС, но и выполняются в более габаритных корпусах;
• комбинированный бойлер — конструкция водонагревателя с двумя теплообменниками. Первый представляет собой обычный змеевик из алюминиевой или медной трубы. Второй выполнен в виде трубчатого электронагревателя. Комбинированные модели имеют довольно высокую стоимость, но и сочетают в себе функции разных устройств.

Материал теплообменника

Для изготовления теплообменника в виде змеевика и внутреннего бака используются такие материалы, как:

• латунь — низкая теплопроводность, 100–110 Вт/(м∙°C);
• алюминий — средняя теплопроводность, 200–240 Вт/(м∙°C);
• медь — высокая теплопроводность, 360–390 Вт/(м∙°C).

Чем более высокую теплопроводность имеет материал теплообменника, тем дороже бойлер.

Способ установки

В зависимости от способа установки устрйоства подразделяются на два типа:

1. Настенный — оборудование монтируется на подвесной кронштейн, закреплённый на поверхности стены. Ёмкость бытовых настенных бойлеров обычно не превышает 200 л, но в линейке некоторых производителей можно встретить конструкции вместимостью до 650 л.
2. Напольный — бак устанавливается на поверхность пола в непосредственной близости от нагревательного котла. Средняя ёмкость бытовых напольных моделей варьируется от 200 до 500 л. Промышленные варианты имеют только напольный способ установки.

Способ компоновки

По способу расположения конструктивных элементов водонагреватели подразделяются на два типа:

1. Вертикальный — наиболее распространённый способ компоновки, позволяющий сэкономить внутреннее пространство в помещении. Вертикальные устройства имеют ограниченный объём и размеры, поэтому такое исполнение вполне подходит для использования в частном секторе.
2. Горизонтальный — не имеет чётких ограничений по объёму и габаритам. Как правило, такие устройства за счёт большего размера имеют множество дополнительных функций. Например, более толстый теплоизоляционный слой, рециркуляция и накопление.

Выбор бойлера для самостоятельного изготовления

Общее устройство бойлера косвенного нагрева довольно простое — при умении работать с электроинструментом и сваркой водонагреватель можно изготовить самостоятельно.

Изготавливать самостоятельно бойлер c теплообменником типа «бак в баке» не желательно. Во-первых, потребуется найти или изготовить сам бак, что потребует достаточно много сил и времени. Во-вторых, при изготовлении водонагревателей большого объёма габариты конструкции увеличиваются в несколько раз.

К тому же заводские модели, изготавливаемые по этой технологии, имеют специальное покрытие (эмаль, керамика, серебряное напыление) на теплообменнике. Повторить нанесение подобного покрытия в «гаражных условиях» не получится.

Нагревательные элементы бойлера

Греет воду в баке электрический нагреватель или ТЭН. Различают два вида таких элементов: мокрый и сухой нагреватели. Обычный открытый нагреватель подвержен отложениям накипи. Со временем её может быть так много, что снижается нагревательная способность элемента. Специальная конструкция нагревателя в стальной трубке с эмалевым покрытием, называется «сухим ТЭном» исключает контакт с водой и снижает образование накипи. Такие нагреватели гораздо долговечнее.

Количество нагревателей в баке варьируется от одного до шести. Уже с двумя ТЭНами имеется возможность использования прибора в режиме системы экономичного нагрева, называемой PowerProf. Она позволяет выбрать один из режимов нагрева — экономичный около 800 Вт, оптимальный 1200 вт или максимальный — 2000 Вт, при мощности бойлера 2 кВт. Для снижения коррозии бака и элементов внутри него, рядом с нагревателем устанавливается специальный магниевый анод. Его еще называют «жертвенным», что поясняет назначение этого элемента.

Термостаты бойлеров могут быть электронного или механического типа. Последние представляют собой биметаллическую пластину, которая размыкает электрическую цепь механических способом, при достижении заданной температуры. Более совершенный и дорогой электронный термостат позволяет добиться экономии до 10% расходуемой электроэнергии только повышением точности срабатывания. Время нагрева воды в бойлере зависит от мощности ТЭНов, их количества и объёма накопительного бака. Для большего объёма оно увеличивается.

В комплекте с бойлером также предлагаются клапаны обратного слива и защиты от повышения давления в баке и навесные кронштейны-держатели.

Преимуществами накопительных бойлеров закрытого типа считаются:

• невысокая потребляемая мощность (5−27 кВт);
• работа в режиме термоса;
• наличие электронагревателя;
• защита магниевым анодом;
• схемы автоматики термостата;

Конструкция бойлера

На этой схеме вы можете увидеть основные элементы конструкции бойлера.

Бойлер – это устройство, осуществляющее нагрев и хранение горячей воды. Конструктивно он представляет собой емкость того или иного объема, оснащенную теплоизоляцией и ТЭНом. Подающаяся в бак вода подогревается до заданной температуры, после чего она может быть использована потребителями. Регулировка и поддержка температуры нагрева осуществляются с помощью встроенного терморегулятора. Максимальная температура достигает +70-80 градусов.

Большинство бойлеров имеет напорную конструкцию. То есть, вода на выходе течет под таким же напором, под каким она подается в бак агрегата. Если подача холодной воды прекратится, то получить воду из накопительного водонагревателя не получится – она просто не будет из него вытекать. Таким образом, вода в баке находится под постоянным давлением (возрастающим при нагреве).

Как устроен бойлер и какие узлы мы найдем в его нутре?

• Бак с защитным покрытием – это основа любого накопительного водонагревателя. Баки изготавливаются из металла и покрываются эмалью или стеклокерамикой, препятствующими образованию коррозии. Емкость баков варьируется от 10 до 300 литров;
• ТЭН – внутри бойлеров мы можем найти один или два ТЭНа. Они отвечают за нагрев воды (в газовых бойлерах эту функцию выполняет горелка);
• Терморегулятор – обеспечивает поддержку заданной температуры (используется механическая или электронная регулировка);
• Панель управления – скрытая или открытая, с ее помощью обеспечивается установка температуры;
• Термометр – обеспечивает контроль температуры воды в баке. Термометр может быть механическим или электронным.

Конструкция бойлеров предельно простая, а основной объем занимают массивные баки различной вместительности.