Как работает водонагреватель накопительный электрический

Стандартный принцип работы накопительного электрического водонагревателя объясняется взаимосвязью между конструктивными элементами водогрейного оборудования и простыми законами элементарной физики.

Температура и скорость нагрева, а также объём воды напрямую зависят от нескольких факторов, которые обязательно должны учитываться при выборе бойлера.

Устройство электрического водонагревателя накопительного

Базовая комплектация накопительного водогрейного оборудования электрического типа представлена:

  • стандартным корпусом;
  • баком с теплоизолирующим слоем;
  • нагревательными элементами в виде ТЭНов;
  • защитным магниевым анодом;
  • термостатом;
  • блоком для управления;
  • системой безопасности;
  • индикаторным элементом;
  • электрическим кабелем.

В подобном типе оборудования использование горячей воды возможно исключительно после полного нагрева, поэтому предварительный процесс подготовки жидкости является обязательным.

Корпус водогрейного прибора

Электрические накопительные бойлеры, как правило, характеризуются наличием внешней оболочки, представленной стальным корпусом. Водогрейные приборы с минимальным полезным объемом, который не превышает 15 л, чаще всего выпускаются с высокопрочным пластиковым корпусом.

Горизонтальный накопительный водонагреватель

Модельный ряд, представленный водонагревательными приборами с объемом в 30 л, чаще всего имеют комбинированный металло-пластиковый корпус. По форме в настоящее время выпускаются приборы цилиндрического, прямоугольного и slim типа.

Как производится установка водонагревателя в ванной комнате, вы узнаете на нашем сайте. Общие правила и рекомендации.

Критерии выбора электрического бойлера для воды представлены здесь.

Какой водонагреватель лучше выбрать – проточный или накопительный? Сравнение этих приборов приведено по ссылке.

Особенности бака

Наиболее современные накопительные водонагреватели обладают баком, выполненным на основе стабилизированных и высокопрочных стальных сплавов, которые характеризуются устойчивостью к коррозийным изменениям.

Внутренняя поверхность покрывается слоем стеклофарфора, который подвергается высокотемпературному обжигу. Стеклофарфоровое покрытие является химически нейтральным и коррозионно-устойчивым.

Устройство накопительного водонагревателя для вертикального монтажа

Особая кристаллическая структура стеклофарфорового бака способна выдержать даже очень высокие деформирующие нагрузки. Защиту внутреннего бака осуществляет магниевый анод, который эффективно предотвращает процессы коррозии электрохимического типа.

Нагревательные элементы и магниевый анод

Одним из основных конструктивных элементов водогрейного оборудования является стальной фланец, используемый для фиксации термо-электронагревателя в виде нихромовой спирали в медном кожухе, а также магниевого жертвенного анода и термостата.

Особенностью опорного фланца съемного типа является его закрепление на корпусе оборудования посредством обычного резьбового или болтового соединения.

Блок управления

Блок, отвечающий за управление и контроль водогрейной системы, включает в себя целый набор датчиков и специальных приборов, что позволяет осуществлять выбор и последующий контроль температурного режима нагреваемой воды, а также расход холодного и горячего водоснабжения. Также посредством специальных приборов производится контроль наполненности бака водой.

Принцип работы

Рассмотрим, как работает накопительный водонагреватель электрический. Накопительное водогрейное оборудование электрического типа отличается особым принципом функционирования, основанным на перемещении наиболее горячих водяных слоев вверх, и сдвиге холодной воды, обладающей высокой плотностью, в нижнюю часть резервуара с нагревательными элементами.

Первичное подключение водонагревательного прибора к электрической сети сопровождается включением ТЭНа и подогревом воды до температурного режима, при котором термостатные контакты провоцируют размыкание электрической цепи.

Принцип работы водонагревателя

Процессу инверсии подогретой до заданных показателей воды в подающую магистральную систему препятствует установленное обратное клапанное устройство. Именно благодаря наличию такой арматуры движение водного потока происходит только в одном направлении.

Открывание расходного крана в водоразборной точке вызывает поступление горячей воды к потребителям посредством специального патрубка, что сопровождается снижением показателей давления внутри накопительного резервуара. В результате происходит заполнение водогрейного бака холодной водой из водопроводной системы.

Присутствие на входном патрубке функционального рассекателя не позволяет горячей воде смешиваться с поступающими внутрь водогрейного резервуара холодными водяными потоками. Рассекающее устройство распределяет струю и одновременно снижает скорость её перемещения. Именно по этой причине поток холодной воды равномерно распределяется по самой нижней части водогрейного прибора, что позволяет установленному ТЭНу осуществлять эффективный нагрев.

Схема работы накопительного водонагревателя

Стандартная схема работы водогрейного оборудования базируется на принципе разделения нескольких водных слоев, отличающихся разным температурным режимом. Отбор горячей жидкости из водонагревателя производится через патрубок горячего водоснабжения.

Такая трубка имеет строго определенную длину, достигающую верхнего, наиболее прогретого слоя. Законы физики не позволяют располагать параллельно водогрейный прибор вертикальной конструкции.

Электрическая схема накопительного водонагревателя

Факторы, от которых зависит скорость нагрева

В любых накопительных водогреях, функционирующих с использованием электрической энергии, процесс нагрева воды осуществляется одним или двумя нагревательными элементами, которые могут обладать различными показателями мощности.

Комплектация небольших по объёму резервуаров (не более 15 л) представлена, как правило, одним нагревательным элементом мощностью 1,0 кВт. В накопительных электрических водонагревателях полезным объёмом 50 л чаще всего устанавливается ТЭН на 1,5 кВт. Высокомощные водогрейные конструкции, имеющие резервуар на уровне 100 л, оснащаются нагревательным элементом с мощность в 2,0-2,5 кВт.

Такой вариант нагревательного элемента носит название «мокрый».

Читайте также:  Как подключить мобильный интернет на планшет

Вода нагревается при соприкосновении с нагревательным элементом.

Время нагрева воды напрямую зависит от таких факторов, как мощность бойлера, площадь поверхности нагревательного элемента, а также коэффициент тепловой отдачи.

Современные проточники очень удобны в эксплуатации. Подключение проточного водонагревателя к электросети можно произвести своими руками, нужно лишь знать некоторые тонкости.

О том, что такое магниевый анод, для чего он нужен и как его заменить, читайте в этой публикации.

Чтобы сохранить воду в нагретом состоянии в условиях уже отключенного нагревательного элемента, необходимо изолировать накопительный резервуар от тепловых потерь. Поэтому крайне важно приобретать современное накопительное водогрейное оборудование, обладающее достаточным количеством высококачественного и долговечного теплоизоляционного материала.

В нынешнее время автономное горячее водоснабжение в квартирах и частных домах становится все более популярным. Централизованное ГВС стало дорогим и неэкономичным, оттого оно постепенно уходит в прошлое. На смену ему приходят водонагреватели различных конструкций, самые распространенные из них – аппараты накопительного типа. В данной статье мы как раз и рассмотрим устройство и принцип работы бойлера для нагрева воды.

Виды накопительных водонагревателей

На данный момент существует несколько разновидностей агрегатов для автономного горячего водоснабжения. Все они созданы с одной целью, но достигают ее по-разному, то бишь, с использованием различных энергоносителей. Домовладелец имеет возможность выбрать тот, что оптимально подходит ему по всем параметрам.

Итак, на современном рынке предлагаются нагревательные бойлеры следующих видов:

  • электрические накопительные нагреватели;
  • бойлеры косвенного нагрева;
  • газовые бойлеры;
  • проточные нагреватели.

Примечание. В прямом переводе с английского слово «бойлер» означает «котел». Это значит, что к ним относятся не только накопительные, но и всяческие проточные водонагреватели. Не принимать их во внимание будет некорректным по отношению к пользователям.

Электрические бойлеры

Это самый распространенный вид аппаратов для ГВС, чаще всего применяющийся в квартирах и небольших частных домах. Причина такой популярности — относительно невысокая стоимость и простота установки, для которой не требуется никаких разрешительных документов. Аппараты довольно надежны в эксплуатации и удовлетворяют большинству требований пользователей. Чтобы понимать принцип действия водонагревателя, рассмотрим его устройство, показанное на рисунке:

Агрегат представляет собой бак, обычно – круглой или овальной формы, заключенный в слой теплоизоляционного материала (как правило – пенополиуретан), прикрытого декоративным кожухом. Сама емкость может быть сделана из таких материалов:

  • сталь с эмалированным покрытием;
  • нержавеющая сталь;
  • пластик.

Электрический ТЭН, размещенный в нижней части бака, нагревает воду до температуры, ограничиваемой термостатом. Ее максимальное значение, принятое во всех электрических бойлерах, равно 75 ºС. Пока нет водоразбора, устройство электрического бойлера предусматривает поддержание установленной температуры в режиме автоматического включения и выключения ТЭНа. Последний имеет дополнительную защиту от перегрева и в нештатной ситуации автоматически отключится при достижении температуры воды 85 ºС.

Примечание. Оптимальный режим работы для бойлера – это нагрев до 55 ºС. В таком режиме аппарат обеспечивает нужное количество воды для ГВС и в то же время экономит электроэнергию. К сожалению, часто накопительный водонагреватель работает на максимальной мощности из-за того, что в зимнее время из водопровода поступает слишком холодная вода и ТЭН в экономичном режиме не успевает ее прогревать.

Водоразбор происходит через трубку, выведенную в верхнюю зону бака, где вода самая горячая. В то же время подпитка холодной водой предусмотрена в нижнюю часть бойлера, где установлен ТЭН. Для защиты стальных баков от электрохимической коррозии устройство водонагревателя включает в себя магниевый анод. С течением времени он разрушается, а потому требует замены приблизительно 1 раз в 2—3 года.

Бойлеры косвенного нагрева

Эти аппараты не производят тепловую энергию самостоятельно, хотя некоторые модели имеют встроенный ТЭН для поддержания температуры воды в разных ситуациях. В обычном режиме бойлер готовит воду для ГВС, подогревая ее змеевиком с протекающим по нему теплоносителем. Ниже на схеме показано устройство бойлера косвенного нагрева:

В утепленный бак большой емкости (бывает до 1000 л) встроен змеевик с подведенным к нему теплоносителем от котла. Как и в электрическом бойлере, подача холодной воды осуществляется в нижнюю часть емкости, отбор горячей – из верхней части. Агрегат способен обеспечить значительный расход горячей воды, а потому применяется в частных домах с большим числом потребителей.

Обычный обмен теплом между средами с разной температурой – это и есть принцип работы бойлера косвенного нагрева. Но чтобы получить воду из крана с температурой 55 ºС, котел должен нагревать теплоноситель минимум до 80 ºС, это один из недостатков данного водонагревателя. Второй недостаток – длительное время загрузки бака большой емкости, так что в случае интенсивного водоразбора проживающим в доме людям надо приспособиться пользоваться ГВС по определенному графику.

Как и электрические бойлеры, водонагреватели косвенного нагрева оснащены магниевым анодом для защиты стального бака от коррозии. Боле сложные и дорогие модели оборудованы двумя змеевиками, через один протекает теплоноситель от котла, а второй можно присоединить к альтернативному источнику тепловой энергии. Им может служить другой котел либо солнечный коллектор. Для поддержания температуры в разных ситуациях в верхнюю зону емкости встраивается ТЭН с термостатом.

Читайте также:  Как отодрать клей от пластика

Агрегаты косвенного нагрева производятся в настенном и напольном исполнении, могут работать с любыми источниками тепловой энергии. Производители котельного оборудования часто предлагают их в связке с двухконтурными котлами. В этом случае теплогенератор поддерживает температуру отопления и загружает бойлер, поочередно переключаясь между этими двумя системами.

Газовые накопительные водонагреватели

Эти аппараты конструктивно и внешне напоминают электрические бойлеры. Все тот же подвешиваемый на стену бак, покрытый слоем утеплителя, только внизу установлена газовая горелка, а вверху имеется патрубок дымохода. Газовый бойлер работает по такому же принципу, только источником тепла служит горелка, нагревающая емкость с водой. Устройство водонагревателя показано на схеме:

Как видно на рисунке, нагрев осуществляется не только от горелки, но и путем отбора тепла продуктов горения. Это достигается за счет стального газохода с рассекателями, проходящего вертикально сквозь емкость и обменивающегося теплом с водой. Работой горелки управляет электронный блок, чья задача – потушить или разжечь ее при достижении установленной температуры либо ее понижении. Как водится, для защиты корпуса конструкция бойлера предусматривает магниевый анод.

Данный тип водонагревателей не слишком популярен из-за сложностей при оформлении и подключении газоиспользующих установок. Кроме того, для эксплуатации газового бойлера понадобится полноценный дымоход, выполнить это требование не всегда возможно или слишком дорого.

Достоинство накопительных водонагревателей состоит в том, что они сходу могут выдать большой расход воды для ГВС, но в течение ограниченного промежутка времени. После этого им требуется перерыв для приготовления очередной порции воды.

О проточных нагревателях воды

В отличие от накопительных бойлеров принцип работы проточного водонагревателя состоит в том, чтобы не заблаговременно, а быстро прогревать проточную воду по мере необходимости.

Источниками тепла служат те же электрические ТЭНы и газовые горелки, только включаются они после того, как в доме открывается кран горячей воды. К таким нагревателям относятся:

  • газовые колонки;
  • проточные электронагреватели.

Примечание. Иногда для обеспечения ГВС частного дома применяется пластинчатый бойлер, представляющий собой водоводяной теплообменник. Как и бойлер косвенного нагрева, он передает энергию теплоносителя воде, только делает это в проточном режиме.

Конструкция газовой колонки довольно сложна, а потому заслуживает отдельной темы. Электрический же водонагреватель прост: в нем проточную воду греет мощный ТЭН. Обладая таким достоинством, как небольшие размеры, аппарат имеет слишком высокую потребляемую мощность и оттого сфера его применения ограничена. Устройство проточного электрического бойлера показана на рисунке:

Преимущество проточных водогрейных аппаратов состоит в том, что нагретую воду они могут подавать без подготовки и в течение неограниченного времени. Зато имеет пределы ее расход, что важно при большом количестве потребителей.

Заключение

Если распределить все перечисленные приборы по популярности, то первое место уверенно займут электрические бойлеры, причины этому понятны. На втором месте находятся газовые колонки, третье остается за бойлерами косвенного нагрева.

Чтобы не отказывать себе в комфорте во время летнего отключения горячей воды, жители квартир и обладатели загородных домов покупают водонагреватель. Наибольшую популярность получил электрический водонагреватель накопительный, поскольку эти устройства более безопасны в эксплуатации и менее «прожорливы» по сравнению со своими проточными «собратьями». Попробуем разобраться в принципе действия накопительного водонагревателя и как его выбирать.

Как работает бойлер (водонагреватель накопительный)

Итак, сложные технические процедуры выполнены: бойлер купили, установили и подключили к водопроводной и электрической сетям. Рассмотрим процессы, происходящие внутри водонагревателя.

  1. Набор воды происходит через входную трубку. Под давлением жидкость поступает во внутренний бак, где нагревается и хранится до того момента, как нам потребуется горячая вода. Именно поэтому приборы с баком называют накопительными.

Попав в резервуар, вода начинает греться. Её подготовка происходит благодаря ТЭНу – нагревательному элементу. Их может быть сразу два: в этом случае процесс нагрева значительно ускоряется. Например, в POLARIS STREAM IDF V/H установлены ТЭНы мощностью 1000 Вт и 1500 Вт. Когда пользователь выбирает один из трёх режимов работы, электроника запускает нужный нагревательный элемент: в «экономичном» включается ТЭН мощностью 1000 Вт (30 л за 1 час 55 мин.), в «стандартном» – 1500 Вт (30 л за 1 час 18 мин.), а в «ускоренном» задействованы сразу оба (30 л за 44 мин.).

С помощью панели управления можно задать необходимую температуру нагрева от 40 до 75°С. В более современных приборах встроен LED-дисплей, отображающий текущие параметры работы. Если в модели предусмотрена функция «отложенного старта», то вы сможете нагреть воду, например, к возвращению с работы. Для этого следует установить таймер на нужное время. При достижении заданной температуры встроенный термостат автоматически отключает нагревательный элемент.

Вода, хранящаяся в баке водонагревателя, активно вступает во взаимодействие с разными химическими элементами, поэтому резервуар должен быть надёжным, устойчивым к коррозии и разрушению внутренних и внешних элементов. Поэтому в изготовлении водонагревателей широкое распространение получила нержавеющая сталь. Её механические свойства позволяют производить прочные, но тонкостенные баки. Благодаря их малому весу снижается нагрузка на крепления. К примеру, в современных моделях POLARIS используется высококачественная сталь AISI 304. Хром, входящий в её состав, образует прочный антикоррозионный защитный слой.

Читайте также:  Как правильно сделать шишку для художественной гимнастики

Дополнительной преградой на пути электрохимической коррозии во время нагрева прибора становится специальное покрытие бака – например, биостеклоэмаль COLOROBBIA. Этот материал устойчив к воде любого качества, в том числе богатой железом и азотом. Он не влияет на свойства воды, даже если водонагреватель не использовался несколько дней.

Одно из слабых мест приборов – сварные швы бака, так как именно они в наибольшей степени подвержены коррозионным процессам. И чтобы продлить срок службы бойлера, нужно внимательно изучить технологии, используемые производителем, и оценить их. Так, чтобы обеспечить герметичность сварных швов баков STREAM от POLARIS, в производстве используются роботы. Такое решение позволяет минимизировать количество брака. Применяемая при этом особая вольфрамовая сварка обеспечивает защиту швов от коррозии.

  1. После окончания процесса нагрева оборудование находится в режиме поддержания температуры: электроника включает ТЭН, когда вода остывает ниже заданного показателя.

Чтобы на постоянный подогрев воды не тратилось много энергии, между внешней и внутренней частями бака бойлера предусмотрен слой теплоизоляции. Благодаря ему бойлер часто сравнивают с термосом. Чем толще слой и равномернее структура изоляции, тем экономичнее водонагреватель. Например, в моделях POLARIS применяется пенополиуретан CCS III (Closed Cell Structure III – полимер с закрытой клеточной структурой третьего поколения). Этот современный материал не деформируется под действием перепадов температур, возникающих при нагреве и остывании воды в баке. Этим пенным материалом заполняется полость бойлера между внешним корпусом и внутренним. А чтобы обеспечить равномерность слоя, производители используют специальное оборудование. Оно гарантирует водонагревателю качественную теплоизоляцию без уплотнений или пузырей.

  1. В тот момент, когда мы открываем кран, горячая вода поступает из бака водонагревателя через специальную выходную трубку. В то же время, под действием давления в водопроводе, снизу в резервуар набирается новая порция холодной. Конструкция водонагревателя обеспечивает забор воды из верхней части бака, где сохраняется горячий пласт. Но в некоторых водонагревателях под напором входящей струи слои перемешиваются. Из-за этого, моясь в душе, приходится постоянно крутить кран, добавляя напор горячей воды. Предотвратить это неудобство помогает специальная технология подачи холодной воды в бойлер. Специальный рассекатель струи снижает напор потока, поступающего в бак. В результате вода набирается равномерно, образуя два слоя: сверху – горячий, а снизу – холодный. Смешения не происходит. Холодная вода плавно вытесняет нагретую воду наверх. И до тех пор, пока она не закончится в баке, из крана будет течь вода постоянной температуры.
  1. Водонагреватели бывают разного объёма: модели на 5-15 литров – как правило, используются на кухне, на 30-150 л – подойдут для душа, на 200-400 л – применяются, когда нужно подключить сразу мойку, душ и ванну. Ещё одним важным фактором выбора модели служит количество людей, проживающих в квартире или приезжающих на дачу. Так, для семьи из трёх человек, использующих водонагреватель только в ванной комнате, подойдёт бойлер ёмкостью 80 литров. Если выбрать меньший объём, то после принятия душа одним-двумя домочадцами последнему придётся подождать, пока нагреется новая порция воды. Но часто приходится жертвовать комфортом и покупать маленький водонагреватель, чтобы уместить его в небольшом помещении. Решением проблемы могут стать компактные модели с баком плоской формы.

Как защищен электрический водонагреватель

Одной из причин широкого распространения электрических водонагревателей в квартирах и загородных домах стала высокая степень безопасности приборов, которую обеспечивает комплекс защитных устройств.

  • Электрозащиту от повреждений сети (а также при незначительных повреждениях оболочки ТЭНа или электроизоляции) обеспечивает устройство защитного отключения (УЗО), которым комплектуются водонагреватели некоторых производителей – например, POLARIS.

  • Перегрев воды (в случае выхода из строя штатного термостата) контролирует резервное устройство, отключающее ТЭН при превышении предела в 95 градусов.
  • В случае включения водонагревателя без воды срабатывает биметаллический размыкатель, который защитит водонагреватель от пожара.
  • Защитный клапан предотвращает последствия скачков давления воды в водопроводе. Через него излишки воды стравливаются обратно в подводящие трубы.

  • Чтобы дополнительно защитить стенки и швы бака от повреждений, в накопительном водонагревателе устанавливается специальный стержень. Он выполнен из материала, который вступает в реакцию с кислородом гораздо активнее железа. Таким образом, стержень «перетягивает» на себя коррозию со стального бака. На этом же стержне откладываются соли, содержащиеся в воде. В ходе эксплуатации он окисляется и полностью разрушается, поэтому требует замены примерно раз в год.

Многоэтапная защита делает водонагреватели абсолютно безопасными, несмотря на соседство в нём воды и электричества. Залогом же приятной и многолетней эксплуатации являются технологии, применяемые производителем, а также следование потребителя рекомендациям по регулярному обслуживанию. Современные материалы и дополнительные полезные опции, встроенные в эти приборы, позволяют настроить их в соответствии с собственным ритмом жизни и потребностями.

Оставьте первый комментарий

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*