23-10-2023
Электроводонагрева́тель — электрический водонагреватель, устройство для нагрева воды за счёт энергии, получаемой из электросети, (тепловое действие тока) с целью последующего использования в технологических, хозяйственных, санитарно-гигиенических или бытовых целях.
Во многих странах Европы устанавливаемые индивидуально в квартирах электроводонагреватели заменяют собой отсутствующее централизованное горячее водоснабжение. В России и странах СНГ электроводонагреватели обычно используются в индивидуальном жилищном строительстве при отсутствии централизованного газоснабжения, а также как резервный источник горячей воды в период летних профилактических отключений.
По устройству электроводонагреватели делятся на накопительные и проточные.
Содержание |
Накопительный (емкостной) водонагреватель, или бойлер (от англ. boiler) представляет собой сравнительно большую емкость с размещенным в ней или, реже, под ней, источником тепла. Чаще всего в роли источника тепла выступает ТЭН.
Водонагревательная емкость снаружи защищена слоем теплоизоляции и защитным кожухом. Стандартная толщина — 50 мм для небольших емкостей (до примерно 200 л), 100 мм — для больших емкостей. Теплоизоляцию традиционно изготавливают из жесткого вспененного полиуретана (жесткая) или поролона (мягкая, съемная). В водонагревателях больших объемов (от 1000 л) теплоизоляция обычно поставляется отдельно от бака, это позволяет уменьшить габариты изделия (для облегчения его транспортировки).
Снаружи к нагревательному элементу подсоединяется пульт управления, обязательно включающий управление температурой. Обычно это биметаллический термостат. Диапазон установки температуры на термостате: от 30 до 85°C. В зависимости от производителя и модели допустимый диапазон может меняться.
Такие водонагреватели постоянно подключены к водопроводной сети, внутренняя емкость постоянно находится под её давлением.
Бойлер закрытого типа можно использовать в системе централизованного водоснабжения нескольких водоразборных точек, при этом допускается использование как обычной водоразборной арматуры (однорычажных и двухвентильных смесителей), так и спецсмесителей для водонагревателей открытого типа.
Для того, чтобы избежать повреждения емкости из-за повышения давления, возникающего в результате расширения воды при нагреве, вместе с бойлером может применяться бак-экспанзомат (расширительный бак) или группа безопасности, состоящая из предохранительного, сбросного и обратного клапанов, при необходимости также дополняется редуктором давления, манометром, термосмесителем. При повышении давления выше номинального значения предохранительного клапана открывается пружинная задвижка, и лишняя вода стравливается в канализацию. Обратный клапан необходим для исключения слива воды в подающую магистраль и перегрева тэна. Группа безопасности размещается на подающем патрубке непосредственно на входе в бойлер.
Материалом для изготовления водонагревательной емкости могут служить: сталь, покрытая эмалью; нержавеющая сталь; в редких случаях медь и другие металлы. В стальных баках для предотвращения коррозии применяется, помимо эмалирования, катодная защита на основании жертвенного анода, как правило, из магния или цинка, или анода с внешним питанием.
Водонагреватель открытого типа может снабжать только одну водоразборную точку и только посредством специальной водоразборной арматуры (спецсмеситель). Основным принципом действия такой арматуры является перекрывание сетевой воды, находящейся под давлением, не на выходе, а на входе в бойлер. Это позволяет изготавливать емкость из менее прочных материалов, чаще всего пластмассы. Спецсмеситель также выполняет роль группы безопасности, стравливая в раковину избыточную воду при расширении во время нагрева.
Бойлеры открытого типа с группой безопасности и расширительным баком работать не могут: под постоянным подпором холодной воды нагревательная емкость вздуется и лопнет.
Материалом для изготовления водонагревательной емкости могут служить: пластмасса, медь.
При открытии крана нагретая в водонагревательной емкости вода поступает в водоразборную сеть, постепенно замещаясь в баке холодной водой. Когда запас горячей воды исчерпывается, и из крана начинает идти уже прохладная вода, нужно подождать, пока бойлер вновь прогреется. Нагрев включается, когда термодатчик регистрирует в баке температуру ниже установленной, независимо от наличия или отсутствия водоразбора.
Понятие «безнапорный электроводонагреватель» вовсе не означает, что емкость можно предварительно заполнить, а затем отключить от источника водоснабжения и расходовать воду до тех пор, пока бак не опустошится. При открытии крана, эта вода поступает в водоразборную сеть, постепенно замещаясь в баке холодной водой.
Для того, чтобы водоразбор состоялся, и горячая вода полилась из бака, холодная вода должна подаваться в емкость под давлением. При этом сам бак будет полностью заполнен водой в любой момент времени. Если напор на входе отсутствует, вода физически не сможет выйти наружу, так как трубка для выхода горячей воды (9) открывается в самой верхней точке бойлера (несмотря на то, что с внешней стороны водонагревателя штуцер горячей воды может находиться где угодно, даже в днище бака).
Холодная вода, напротив, подается снизу, при этом на конце штуцера установлен рассекатель (5), в результате чего поступающая вода как бы «стелется» по дну емкости. Нагревательный элемент также расположен внизу. В результате за счет естественной конвекции осуществляется постепенное увеличение температуры по высоте емкости, и уже нагретая вода не смешивается с холодной.
Для случаев, когда постоянная подача воды отсутствует, предусмотрены особые водонагреватели без теплоизоляции. Частным случаем таких баков являются так называемые электрокипятильники.
Определить время нагрева воды в емкостном водонагревателе можно, пользуясь стандартными физическими формулами расчета мощности как скорости изменения энергии:
Итоговый вариант для расчетов выглядит так:
Эта универсальная формула может дать ответы на распространенные вопросы, возникающие при подборе и эксплуатации водонагревателей, такие как:
В быту можно пользоваться также:
где — объём бака (л); — температура нагретой воды (обычно 60°C); — исходная температура холодной воды; — электрическая мощность нагревательного элемента (кВт).
Необходимый объём бака водонагревателя (в литрах) можно примерно оценить, исходя из нижеприведенной таблицы:
Место применения | Количество человек в семье | ||||
---|---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
Мойка | 5−10 | 15 | 15 | 30 | 30 |
Душ | 30 | 50 | 80 | 100 | 120 |
Мойка + душ | 50 | 80 | 100 | 120 | 150 |
Ванна | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 |
В проточных водонагревателях (в просторечии «проточники») размер бака сильно уменьшен, так что нагревательная емкость представляет собой узкую трубку. Это приводит к быстрому прогреву воды за то время, пока она протекает через нагревательную емкость.
Такие водонагреватели имеют заметно более высокую мощность, так, только для принятия душа нужна мощность не менее 6-8 кВт, а для полноценного снабжения горячей водой индивидуального жилого дома — 15−20 кВт. Однако более высокая мощность не означает большего потребления электроэнергии, поскольку такой водонагреватель работает сравнительно небольшое время, ведь ему не нужно прогревать целый бак. Опасность перерасхода энергии возникает только в том случае, если потребитель относится к потреблению горячей воды небрежно, не закрывая кран в моменты, когда она непосредственно не нужна.
В качестве нагревательного элемента могут использоваться ТЭН или неизолированная спираль. К преимуществам неизолированной спирали относят, в первую очередь, невозможность отложения на ней солей жесткости из-за того, что в процессе нагревания она подрагивает, не давая возможности частичкам накипи оседать. Главным же недостатком является высокая чувствительность к воздушным пробкам, поэтому спиральные модели желательно дополнять (при отсутствии встроенной) защитой от сухого хода.
Существуют проточные водонагреватели закрытого (напорные) и открытого (безнапорные) типов. Смысл этих терминов такой же, как и у емкостных моделей. Проточники закрытого типа могут снабжать несколько водоразборных точек, при этом расширительный бак и группа безопасности не требуются. Проточники открытого типа могут снабжать горячей водой только одну водоразборную точку с использованием спецсмесителя.
Несмотря на то, что проточники закрытого типа способны работать с обычными смесителями любой конструкции, всё же рекомендуется осуществлять водоразбор посредством только крана горячей воды двухвентильного смесителя, поскольку это помогает, во-первых, экономить электроэнергию (отсутствует подмес холодной воды, а, значит, неоправданный нагрев), а во-вторых, позволяет избежать чрезмерно маленького протока через водонагреватель (через водонагреватель проходит весь проток, а не его часть). При использовании однорычажного смесителя всегда существует некоторый проток, проходящий в излив крана через холодную трубу, то есть в обход проточника.
Модели проточных водонагревателей с гидравлическим управлением обычно имеют несколько ступеней мощности, включаемых вручную, Регулирование температуры на каждой ступени в таких моделях осуществляется изменением расхода воды.
Модели с электронным управлением имеют терморегулятор, изменяющий мощность нагрева в зависимости от протока и температуры входящей воды. Если проток слишком велик для достижения установленной температуры, некоторые электронные модели просто работают на полную мощность, иногда сообщая реальную температуру. Другие начинают ограничивать проток до такой величины, чтобы вода все же смогла прогреться до установленной температуры (этот вариант присутствует лишь в трехфазных моделях).
Включение нагревательного элемента происходит в момент водоразбора на основании сигналов от датчиков протока («по трубке с нагревательным элементом протекает вода») и температуры («протекающая вода холодная, температура ниже установленной»). Выключение нагревательного элемента происходит сразу после окончания водоразбора либо в случае перегрева.
Электрические проточные водонагреватели выпускаются в вариантах подключения как к однофазной (220В), так и для трёхфазной (380В) электросети. Водонагреватель для однофазной сети имеют небольшую мощность, не выше 10 кВт, в связи с ограничениями на максимальную нагрузку в электросети. Если же водонагревательная установка предназначена для подключения к трёхфазной сети, то её мощность может достигать 12—30 кВт.
Следует помнить, что стандарты напряжений в России и странах СНГ несколько отличаются от европейских и американских стандартов, поэтому мощность, указанная на импортной технике, должна быть соответствующим образом скорректирована, лишь после этого можно получить представление о реальной мощности прибора.
Максимальный поток воды V (л/мин) из проточного электроводонагревателя заданной мощности W (кВт) (либо из смесителя, где она смешивается с холодной водой) можно рассчитать по формуле:
где T2 — температура получаемой воды, T1 — температура воды на входе водонагревателя.
Для грубой оценки мощности водонагревателя по расходу воды (или, наоборот, расхода по мощности) при нагреве воды примерно на 25-30 °C можно принять, что мощность в кВт вдвое больше расхода воды в л/мин. Например, при принятии душа с расходом воды в 10 литров воды в минуту водонагревателю потребуется мощность 20 кВт.
Примерно оценить мощность водонагревателя можно по таблице:
Мощность, кВт | Назначение |
---|---|
4−6 | мытьё рук, посуды |
6−8 | принятие душа |
10−15 | мойка + душ |
15−20 | принятие ванны, водоснабжение индивидуального дома |
Электроводонагреватель.