Устройство накопительного водонагревателя в разрезе: Страница не найдена — Nagrevalki.com

Содержание

Устройство накопительного водонагревателя в разрезе. Схема устройства накопительного водонагревателя — бойлера

Устройство накопительного водонагревателя в разрезе. Схема устройства накопительного водонагревателя — бойлера

Накопительный водонагреватель (бойлер) внешне имеет вид закрытой емкости, чаще всего цилиндрической формы. Под декоративным наружным покрытием находится накопительный бак, в который набирается вода для нагрева. Между баком и покрытием находится теплоизолятор, ограничивающий потери тепла от нагретой воды.

Изображение 2. Схема проточного нагревателя.

Поступление холодной воды в емкость бака происходит по входящей холодной трубе в его нижнюю часть. Внутри бойлера расположен нагревательный элемент, который работает по принципу кипятильника: греется сам и потому греет воду вокруг себя. Нагретая жидкость забирается из верхней части бака (теплая и горячая вода легче, она поднимается вверх, потому ее забор должен производиться вверху). Чаще всего выход горячей трубы располагается внизу, то есть труба забирает воду в верхней части бака и через бак опускает ее вниз, к расположенному там выходу.

Внутри водонагревателя устанавливается термопара, которая автоматически включает и выключает нагрев (работу нагревательного элемента) в зависимости от температуры воды в баке. Значение температуры, при котором нагреватель обесточивается и перестает греть пространство вокруг себя, выставляется на регулировочном термостате, расположенном, как правило, в нижней части бойлера и имеющем ручки установки уровня температуры снаружи бака.

Часто в конструкции водонагревателя устанавливается воздухоотводчик (в верхней части накопительной емкости). Его предназначение — выпускать (стравливать) давление, образующееся при нагреве воды в закрытом объеме. Воздухоотвод работает в ручном режиме, то есть не сам по себе автоматически, а только в присутствии человека, его руками.

Обязательным дополнительным элементом в конструкции водонагревателя является предохранительный (или аварийный) клапан.

Это — автоматический стравливатель лишнего давления. Его располагают на входной холодной трубе.

Схема подключения накопительного водонагревателя.

Устройство предохранительного клапана обеспечивает прокапывание и просачивание воды при увеличении давления свыше 7 атмосфер. Для удобства пользования аварийный клапан снабжается шлангочкой, выводящей воду в подставленную рядом емкость или непосредственно в раковину (ванну, унитаз).

Для удобства проведения профилактических работ, ремонта на выходе воды из бака устанавливается слив.

Схема устройства накопительного нагревателя приведена на изображении 1, где его внутреннее строение приведено в разрезе.

Все вышеперечисленные элементы могут быть выполнены из различных материалов, с разными характеристиками долговечности, надежности и стоимости. Разнообразие конструктивных элементов формирует широкий выбор конструкций накопительных бойлеров.

Устройство бойлера горение. Водонагреватель Gorenje TG100: особенности чистки и разборки

Водонагреватель Gorenje TG100, в отличие от большинства собратьев других брендов, продаваемых на просторах бывшего СССР, собран в Европе. Еще одна особенность этого агрегата – слой утепления: конструкторы решили использовать для утепления внутреннего бака пенопласт, а не полиуретан. Кроме этого, конструкторы разместили магниевый анод в верхней части бака водонагревателя, ввиду чего заменить анод непросто, для этого необходим специальный инструмент.
По своей конструкции водонагреватель Gorenje TG 100 представляет собой типичный бойлер средней ценовой категории с внутренней регулировкой температуры, хотя по цене он приближается к бойлерам эконом-класса. В данном устройстве установлен «мокрый» ТЭН мощностью 2 киловатта. Оригинальная автоматика обеспечивает достаточную надежность водонагревателя. Фланец крепится к горловине четырьмя болтами. Перед установкой бойлеров Горенье я всегда проверяю плотность контакта фланца с горловиной: несколько раз попадались недокрученные болты, ввиду чего из-под фланца подтекала вода.

Этап первый: отключить подачу воды и электроэнергии

Отключив автомат, я вынул вилку из розетки. Затем отключил подачу воды. Теперь можно приступать к разбору водонагревателя. Есть два варианта слива воды – через рычажок-триггер и посредством демонтажа защитного/обратного клапана.

Этап второй: демонтаж электрокомпонентов водонагревателя

В отличие от водонагревателя GBFU с сухим ТЭНом, с демонтажем крышки Gorenje TG100 проблем ни у кого не должно возникнуть – никаких панелей отковыривать не надо, достаточно открутить пару болтиков по бокам крышки. Под крышкой обнаруживаются довольно качественные электрокомпоненты – термореле и ТЭН. Сняв крышку, первым делом нужно при помощи индикаторной отвертки убедиться в отсутствии напряжения, затем можно отсоединить провода подачи электропитания на клеммы.

После отсоединения проводов нужно демонтировать термореле, потянув его вниз.

Этап четвертый: слить воду

Проделав эту процедуру, можно открутить защитный клапан. Сразу после демонтажа стоит подсоединить к патрубку подачи шланг или подставить под него ведро/тазик. На слив воды потребуется 10-15 минут.

Этап пятый: демонтаж фланца

Фланец крепится к горловине четырьмя болтами, которые необходимо открутить. Внимание: в углублении на дне бака скопилось несколько литров воды, грязи и накипи, поэтому перед демонтажем стоит подставить под горловину емкость – тазик или ведро.

После отсоединения болтов ТЭН нужно осторожно потянуть ТЭН вниз, после этого наклонить влево, и извлечь окончательно. Внимание: для того чтобы вода из патрубка подачи не капала на пол, я временно накрутил после слива воды защитный клапан.

Этап шестой: удаление накипи

Размер горловины бака водонагревателя Gorenje TG 100 позволяет свободно просунуть руку внутрь бака, и очистить его. После очистки бака следует очистить ТЭН и прочие детали. Далее нужно оценить состояние анода и прокладки фланца, и при необходимости их заменить.

Этап седьмой

После очистки нужно установить фланец на место, прикрутить защитный клапан и патрубки. Наполнив бак, обязательно проверьте соединения на протечки. Затем установите электрокомпоненты, подсоедините провода. В завершении включите питание, нагрейте воду.

Водонагреватель Gorenje TG 100: инструкция по разборке и чистке.

  1. Отключить электропитание.
  2. Отключить подачу воды.
  3. Слить воду, демонтировать патрубки подачи, защитный клапан.
  4. Снять крышку, проверить отсутствие напряжения.
  5. Снять электрокомпоненты – провода, а также термореле, потянув его вниз.
  6. Открутить четыре болта, слить остатки воды, извлечь ТЭН.
  7. Очистить бак и фланец.
  8. При необходимости заменить анод и прокладку.
  9. Собрать компоненты в обратном порядке.
  10. Открыть воду, проверить на протечки.

Необходимые инструменты:

  • Фигурная отвертка.
  • Индикаторная отвертка.
  • Ключи на 22/42, 12/14.
  • Спецключ для замены анода.

Источник: https://interer-i-dekor.ru-land.com/stati/ustroystvo-nakopitelnogo-vodonagrevatelya-v-razreze-ustroystvo-elektricheskogo-nakopitelnogo

Устройство бойлера Атлантик. Водонагреватели Атлантик — обзор и характеристики

Атлантик (ATLANTIC) – французская компания, известная у нас своими водонагревателями, конвекторами, колонками и др. Производство размещено во Франции и Таиланде, — качество гарантируется. Цены умеренные. Рассмотрим особенности водонагревателей Атлантик, что в первую очередь интересует потребителя.

Особенности бойлеров, и фирменные технологии Атлантик

Антлантик – крупная корпорация, которая может себе позволить высокотехнологичные собственные разработки. Новинкам, ноу-хау присваиваются собственные фирменные названия, например, если речь идет о бойлерах Атлантик, можно встретить:

  • O’Pro – система антикоррозийной защиты внутри бака;
  • Smart Control – система электронного управления бойлерами с прогрессивной экономией электроэнергии;
  • Diamond-quality – особая внутренняя эмаль, особо качественная по заявлениям производителя.

И многое другое. Компания постоянно инициирует новые разработки и новые названия регулярно появляются на слуху, с каждым годом и сезоном продаж.

Можно сказать, что отличительной чертой бойлеров Atlantic является возможность подобрать не только функционал, но и дизайн. Одну и туже техническую начинку можно встретить в разных оболочках. Это не может не порадовать потребителя.

Какие функции реализуются

  • Два тена – компания нередко практикует, например, такую комбинацию мощностей нагревателей – 1500 Вт +750 Вт. Это позволяет реализовать такие функции, как:
    — поддержание температуры воды длительное время с минимальным расходом энергии;
    — ускоренный нагрев небольшого объема  мощностью больше 2.2. кВт…
  • Также рассматривайте модели у которых два встроенных бака. Это позволяет делать скорейший нагрев небольшой порции воды…

В различных моделях водонагревателей Атлантик имеется следующее.

  • Керамический тен – жалоб на долговечность нагревательного элемента не поступало.
  • Сухой тен – в некоторых моделях реализована этот технический прием, который позволяет не слишком беспокоится о своевременной замене по инструкции подносившегося анода.
  • Установка – вертикальная/горизонтальная, — оригинальное размещение бака вытянутого по стене под потолком, тоже имеет место быть…
  • Форма – круглая/прямоугольна/плоская, причем это может реализовывается для одной и той же модели.

Для всей продукции производителем Atlantic гарантируется безаварийная работа весь срок службы, минимальное технической обслуживание. Но, как известно во всех бойлерах есть расходная часть — анод, который со временем (по инструкции производителя) нужно менять, а сам бак чистить.

Что спрашивают потребители

Наиболее типичный вопрос по водонагревателям – какого объема бойлер выбрать. Очевидно, что чем больше объем бака  — больше и цена, это можно узнать взглянув на прилавок. Но нужно понимать, что основная переплата за большой объем произойдет в будущем. Каждый лишний литр нагретой воды и затем постепенно остывший, не израсходованный, – значительные деньги на ветер, точнее —  на отопление дома или квартиры электричеством. Это дорого. Поэтому бойлер излишнего объема не выгодно и не практично, — большой объем еще и дольше греется.

Но и слишком маленький объем бойлера Atlantic – неудобство. Воды может просто не хватать при значительных или вдруг выросших запросах.  К тому же в местах, где холодная вода поступает с перерывами, бойлеры приспособились использовать под водонакопители, под самотек на кран, пока холодной воды нет, и здесь тоже нужно учитывать, сколько успеете израсходовать за сутки.

Существую рекомендации по опыту использования. Оптимальный объем бака Атлантик для «обычного» использования «средней семьи» – 80 литров. Если любите водные процедуры, невзирая на стоимость, — 100 литров и больше. Типичный вариант, когда нужно сэкономить, – 50 литров.

Производитель Атлантик предлагает решать вопрос объема таким образом — чем больше людей пользуются, тем больше и дороже оборудование нужно приобретать…

Популярные модели водонагревателей Атлантик

Большим спросом пользуюстя недорогие модели, которые, тем не менее, по отзывам весьма надежны в работе. Фирменные тены Atlantic не горят, эмали не разрушаются, «болтики не отпадают».

  • Бюджетная, но надежная модель круглого сечения с одни теном, на 80 литров — бойлер ATLANTIC OPRO Sample R 80. Здесь реализован минимум цены при Европейском уровне качества составляющих. Цена порядка 100 у.е.
  • Vertigo Steatite 80 — пример высокотехнологичных решений для массового потребителя за умеренную цену. В наличии — два сухих тена, два бака с общим объемом  65 литров в элегантном прямоугольном корпусе, все это управляется умной электроникой, умеет быстро греть, экономно поддерживать… Придется заплатить 350 у.е.

  • Водонагреватель Атлантик для дачи — ATLANTIC O’PRO SLIM PC 30. Примерно за 80 у.е. вы получите отличный небольшой нагреватель для дачи мощностью 2,0 кВт, который всегда приготовит порцию 30 литров горячей воды для душа и на мойку.

Устройство бойлера аристон. Инструкция по эксплуатации водонагревателя «Аристон»

Началом эксплуатации можно считать установку и подключение бойлера к централизованной системе подачи холодной воды и электрической сети. От качества монтажа зависит, безопасность, эффективность работы и срок службы изделия. Если по тем или иным причинам бойлер вводится в эксплуатацию самостоятельно, следует обратить особое внимание на изложенные ниже моменты.

Рекомендации по установке и подключению

Начинать работы по креплению и подключению водонагревателя марки Аристон необходимо с тщательного изучения прилагаемой к нему инструкции.

  1. Поскольку потребляемая прибором мощность достаточно велика, необходимо убедиться в том, что характеристики используемой для подключения электропроводки в полной мере соответствуют предполагаемым нагрузкам и имеет контур заземления . Оптимальным вариантом для подключения к электросети является отдельный кабель от распределительного шкафа или щитка.
  2. Не следует использовать комплектующие, имеющие визуальные дефекты, поврежденные резьбовые участки и т.д. Особого внимания заслуживает предохранительный клапан, входящий в комплект поставки.
  3. Поскольку масса изделия достаточно велика, а температура содержащейся в нем воды может доходить до +750С, крепление бойлера к несущей поверхности должно осуществляться на металлических анкерных болтах диаметром не менее 10 мм. Допускается использование пластиковых дюбелей аналогичной грузоподъемности.
  4. Монтаж питающих и отводящих трубопроводов должен производиться в строгом соответствии со схемой, прилагаемой к нагревателю изготовителем.
  5. Место подключения к электросети должно быть надежно защищено от конденсата, сырости и непосредственного контакта с водой.
  6. Подключать «Аристон» к электропитанию можно только после заполнения накопительной емкости холодной водой, в противном случае ТЭН водонагревателя может выйти из строя.
  7. Если все работы выполнены правильно и изделие исправно, после включения должен загореться соответствующий индикатор, свидетельствующий о работоспособности бойлера.

Источник: https://interer-i-dekor.ru-land.com/stati/ustroystvo-nakopitelnogo-vodonagrevatelya-v-razreze-ustroystvo-elektricheskogo-nakopitelnogo

Принцип работы бойлера давление. Устройство электрических приборов

В квартирах и частных домах чаще всего применяются электрические водонагреватели . Этому есть несколько объяснений. Во-первых, невысокая цена, не нужны никакие разрешения, а во-вторых, приборы являются надежными, если установлены по всем правилам техники безопасности. Конструкция их простая и сосредоточена на двух главных элементах — баке и нагревательном приборе.

Основной частью любого водонагревателя является бак. Принцип действия бойлера можно сравнить с термосом. Баки изготавливаются из самой устойчивой к коррозиям стабилизированной стали, изнутри покрываются стеклофарфором, который из-за своей химической нейтральности и особой кристаллической структуры обладает многими полезными свойствами. Именно благодаря такому покрытию вода даже при интенсивной работе системы остается чистой.

Внутри прибора находятся трубки, которые отвечают за подачу и забор воды. Вода, поступая снизу, распределяется по баку с помощью рассекателя струи по принципу несмешивания разных слоев жидкости. Нагретая вода идет вверх, где происходит ее забор . Во фланце, который является съемным, собраны следующие элементы:

  • ТЭН — нагреватель, состоящий из нихромовой спирали;
  • термостат по контролю за температурами;
  • магниевый анод , уменьшающий коррозию.

Данные котлы чаще применяются в жизни

При покупке нужно учитывать, из чего состоит внутреннее покрытие резервуара: это должны быть нержавеющая сталь, титан и стеклофарфор. Гарантийный срок таких изделий будет 7-10 лет. Принцип работы водонагревателя связан с его типом. Имеется три типа таких агрегатов: накопительный, проточный и наливной. Особенность работы накопительного варианта состоит в постепенном нагревании воды до нужной температуры после установки программы. После нагревания прибор автоматически отключается, а после остывания — включается. Суть проточного водонагревателя заключается в запуске ТЭНов после открытия холодной воды.

Внутреннее устройство бойлера. Газовые накопительные водонагреватели

Внешне агрегат напоминает вертикальную версию электрического накопителя – корпус цилиндрической формы, штуцеры подвода труб и термометр на лицевой стороне. Только сверху появился патрубок дымохода, а снизу – дополнительная секция с газовым оборудованием.

Внутреннее устройство бойлера, использующего природный либо сжиженный газ, имеет существенные отличия:

  • в нижней дополнительной секции находится открытая (атмосферная) камера сгорания и газовая горелка;
  • бак пронизывает вертикальная жаровая труба, отводящая продукты горения наружу через внешний патрубок с колпаком;
  • внутрь дымоотвода помещен датчик тяги и турбулизатор, заставляющий раскаленные газы двигаться медленнее и активно обмениваться теплом с водяным резервуаром;
  • снизу под горелкой расположена емкость сбора конденсата;
  • подачей топлива ведает автоматика безопасности – энергонезависимый газовый клапан SIT Group или другого производителя;
  • в баке предусмотрена погружная гильза датчика термостата, соединенного капиллярной трубкой с клапаном безопасности.

Трубки холодной и горячей воды на чертеже попали в одну плоскость, поэтому перекрывают друг друга

Примечание. Указанные автоматические клапаны применяются в газовых котлах напольного типа. Алгоритм работы абсолютно одинаков для всех установок: элемент закрывает подачу горючего, когда исчезает тяга, тухнет пламя или падает давление газа в трубе. Подробный обзор функций газовой автоматики читайте в соответствующем разделе нашего ресурса .

Принцип работы данного вида бойлеров заключается в двойном нагреве бака с водой – непосредственно от горелки и теплотой дымовых газов. Как функционирует газоиспользующий водонагреватель:

  1. После открытия клапана газ поступает на запальник, где вручную поджигается искрой от пьезоэлектрической кнопки. Когда пользователь выставляет желаемую температуру поворотом регулятора, включается в работу основная горелка.
  2. Масса воды нагревается от камеры сгорания и дымохода, образующийся конденсат стекает в специальную емкость и постепенно испаряется.
  3. По достижении заданной температуры срабатывает термостат, автоматика выключает основную горелку.
  4. Газогорелочные устройства бойлеров отличаются круглой формой и похожи на конфорки кухонной плиты

    Уточнение. В более современных моделях газовых бойлеров, например, Baxi SAG3 100, система розжига работает без постоянно горящего запальника. Искра на специальном электроде вырабатывается с помощью батареек, как сделано на многих проточных водонагревателях (то бишь, газовых колонках).

Видео устройство накопительных электрических водонагревателей

Бойлер в разрезе фото

Конструкция бойлера представляет собой ряд согласованно работающих устройств. Целью их эксплуатации является получение горячей воды определенного объема. Главными отличительными особенностями конструкции нагревателей является способ прохождения воды — накопительный или проточный. В накопительных электрических водонагревателях, повсеместно называемых бойлерами, вода набирается (накапливается) в баке определенного объема, и в течение нескольких часов нагревается до заданной в регулировках температуры.

Изображение 1. Схема устройства накопительного нагревателя.

По мере расходования горячей в бак поступает холодная вода, для подогрева которой автоматически включаются нагревательные элементы. Когда горячая вода израсходована полностью, следующая партия подогретой жидкости будет готова через 2-3 или 4 часа (в зависимости от объема). Этого недостатка лишены проточные конструкции нагревателей воды. В них нагревается поток воды и сразу подается к горячему крану. В такой системе водоснабжения горячая вода может быть получена круглосуточно, без перерывов для нагрева.

Недостатком проточных водонагревателей является большой расход электричества при их работе.

Схема устройства накопительного водонагревателя — бойлера

Накопительный водонагреватель (бойлер) внешне имеет вид закрытой емкости, чаще всего цилиндрической формы. Под декоративным наружным покрытием находится накопительный бак, в который набирается вода для нагрева. Между баком и покрытием находится теплоизолятор, ограничивающий потери тепла от нагретой воды.

Изображение 2. Схема проточного нагревателя.

Поступление холодной воды в емкость бака происходит по входящей холодной трубе в его нижнюю часть. Внутри бойлера расположен нагревательный элемент, который работает по принципу кипятильника: греется сам и потому греет воду вокруг себя. Нагретая жидкость забирается из верхней части бака (теплая и горячая вода легче, она поднимается вверх, потому ее забор должен производиться вверху). Чаще всего выход горячей трубы располагается внизу, то есть труба забирает воду в верхней части бака и через бак опускает ее вниз, к расположенному там выходу.

Внутри водонагревателя устанавливается термопара, которая автоматически включает и выключает нагрев (работу нагревательного элемента) в зависимости от температуры воды в баке. Значение температуры, при котором нагреватель обесточивается и перестает греть пространство вокруг себя, выставляется на регулировочном термостате, расположенном, как правило, в нижней части бойлера и имеющем ручки установки уровня температуры снаружи бака.

Часто в конструкции водонагревателя устанавливается воздухоотводчик (в верхней части накопительной емкости). Его предназначение — выпускать (стравливать) давление, образующееся при нагреве воды в закрытом объеме. Воздухоотвод работает в ручном режиме, то есть не сам по себе автоматически, а только в присутствии человека, его руками.

Обязательным дополнительным элементом в конструкции водонагревателя является предохранительный (или аварийный) клапан. Это — автоматический стравливатель лишнего давления. Его располагают на входной холодной трубе.

Схема подключения накопительного водонагревателя.

Устройство предохранительного клапана обеспечивает прокапывание и просачивание воды при увеличении давления свыше 7 атмосфер. Для удобства пользования аварийный клапан снабжается шлангочкой, выводящей воду в подставленную рядом емкость или непосредственно в раковину (ванну, унитаз).

Для удобства проведения профилактических работ, ремонта на выходе воды из бака устанавливается слив.

Схема устройства накопительного нагревателя приведена на изображении 1, где его внутреннее строение приведено в разрезе.

Все вышеперечисленные элементы могут быть выполнены из различных материалов, с разными характеристиками долговечности, надежности и стоимости. Разнообразие конструктивных элементов формирует широкий выбор конструкций накопительных бойлеров.

Элементы накопительного водонагревателя

Бак — накопительная емкость

Наиболее распространенная форма накопительной емкости бойлера — цилиндр — связана с минимализацией тепловых потерь. У шара теплопотери наименьшие, у цилиндра — больше, чем у шара, у параллелограмма — максимально возможные.

Материал для изготовления бака в бойлере — металл. В самых дешевых вариантах водонагревателей емкость изготавливают из обычной стали. В течение двух-трех лет такой бак дает течь и требует ремонта. Покрытие внутренней поверхности нагревательной емкости слоем титана или нержавеющей стали значительно увеличивает срок эксплуатации. Наибольшая долговечность (до 7 лет) будет у нагревателя с баком, полностью выполненным из нержавейки (или титана). По стоимости такие бойлеры будут самыми дорогими.

Металлическая стенка нагревательной емкости снаружи защищается слоем теплоизолятора, выполненным из пенопласта или монтажной пены толщиной 2-2,5 см. Всю конструкцию снаружи закрывает наружный слой из винила или металла. Для уменьшения коррозии внутренней поверхности металлического бака в емкость устанавливается анод из магния, который активнее железа и потому реагирует и коррозирует первым. Разрушенный анод через один-полтора года заменяют новым. Таким образом, можно продлить срок службы металлического бака.

ТЭН — нагревательный элемент

ТЭН (трубчатый электрический нагреватель) — представляет собой металлическую изогнутую трубку из меди с расположенным внутри нее электрическим проводом. При прохождении тока нить провода нагревается и передает тепло (греет) металлический корпус-трубку. Трубка, в свою очередь, греет воду в водонагревателе. Принципиально отличаются так называемые мокрые и сухие ТЭНы. Мокрый ТЭН погружен непосредственно в жидкость и греет ее через прямой контакт поверхности с водой. Сухой ТЭН защищен дополнительным корпусом-колбой, непосредственно с жидкостью не контактирует, потому более долговечен. Пространство колбы может быть заполнено маслом или кварцевым песком.

Термопара — элемент безопасности

Термопара предназначена для автоматической блокировки работы нагревательного элемента при достижении жидкостью внутри бака определенной заданной температуры. Это один из главных элементов безопасной эксплуатации водонагревательного устройства.

Термопара представляет конструкцию, состоящую из двух проводников различного сопротивления, в которых при изменении температуры меняется сопротивление материала. По факту изменения силы тока (при изменении сопротивления материала сила тока также меняется) термопара блокирует подачу напряжения на нагревательный элемент.

Устройство термопары располагается в верхней, самой горячей части бойлера (по физическим законам нагретая вода поднимается вверх).

Предохранительный клапан

Второе название — аварийный. Он вступает в работу тогда, когда сломалась и перестала функционировать термопара. Бесконечный нагрев воды ведет к увеличению давления внутри бака. Предохранительный клапан, установленный на входе, имеет в своей конструкции пружину, выдерживающую давление около 7 атмосфер. При превышении заданного значения давления пружина сжимается и открывает доступ к сливному отверстию. С вытеканием горячей воды давление внутри металлической емкости бака уменьшается, уменьшая опасность разрыва бойлера (взрыва водонагревателя).

Схема устройства проточного нагревателя

Проточные водонагреватели различных конструкций выдают разное количество горячей воды. Нагреватель, мощностью 1,5 литра воды в минуту предназначен для кухонного использования, для мытья посуды. Производственная мощность 3 литра в минуту позволяет принять душ. Проточные водонагреватели требуют достаточно большой мощности, прокладывания надежного кабеля. Для работы в режиме 3 литра в минуту потребуется 7,5 кВт электричества в час.

Проточный нагрев воды выполняется следующим образом. Сначала поступающая холодная вода проходит через электронное устройство, где выравниваются ее давление, насыщение воздухом, скорость потока. После электронного устройства поток двигается в теплообменник, где нагревается ТЭНом, и поступает на выход.

Предохранительным устройством в проточных видах нагревателей является датчик давления. При остановке подачи воды (закрыли кран, образовалась воздушная пробка, низкое давление в водопроводе) происходит падение значения измеряемого давления жидкости. Датчик автоматически отключает работу нагревательных элементов. Схема устройства проточного нагрева воды приведена на изображении 2.

Конструкции водонагревателей состоят из ряда элементов и устройств. Бесперебойная работа каждого из них формирует слаженную работу водонагревателя.

Бесперебойный доступ к горячей воде обеспечивает человеку комфорт в жилых, производственных и офисных помещениях. Наличие возможности подключения к централизованным сетям горячего водоснабжения не гарантирует постоянную подачу подогретой воды в связи с профилактическими работами и аварийными ситуациями. Для загородных домов, дач и других строений, где нет магистральных тепловых сетей эта проблема многократно усиливается. Есть ли выход из этой ситуации? Конечно, есть! Необходимо просто установить водонагреватель и доступ к горячей воде будет обеспечен практически круглогодично.

Современное водонагревательное оборудование использует в своей работе различные виды энергоносителей: электроэнергию, природный газ, жидкое и твердое топливо. Одним из самых распространенных видов водонагревателей являются электрические приборы в разнообразных исполнениях. В этой статье мы рассмотрим основные типы такого электротермического оборудования, принцип работы водонагревателей, а также их конструктивные и технологические особенности. В заключение будут приставлены наиболее популярные модели бойлеров и водонагревателей на российском рынке такой техники.

Типы электрических водонагревателей

Наиболее экономичный способ нагрева холодной воды — это использование газовой колонки, но в большинстве случаев этот нагревательный прибор просто невозможно установить. В многоэтажных домах чаще всего отсутствуют специальные системы отвода отходов горения природного газа, а многие частные дома и дачи не газифицированы. Поэтому в этом случае монтаж электрических приборов для получения горячей воды не имеет альтернативы. Все электрические водонагреватели делятся всего на два типа: накопительные (бойлеры) и проточные. Ниже мы кратко рассмотрим принцип действия каждого типа по отдельности.

  1. Электрический накопительный водонагреватель (бойлер). Этот прибор чаще всего называют бойлером. Устройство представляет собой простой бак для воды с установленными нагревательными элементами (ТЭНами) и электронными или механическими системами управления. Сама емкость имеет термоизоляцию от внешней среды, что позволяет существенно экономить электроэнергию. Принцип работы накопительного водонагревателя статический. Бак заполняется холодной водой и она нагревается с помощью ТЭНов. Весь процесс нагрева и поддержания необходимой температуры происходит под управлением блока автоматики.

  1. Проточный электрический водонагревательный прибор. Принцип работы проточного водонагревателя динамический. В этом устройстве нет накопительной емкости для холодной воды. Процесс нагрева воды ТЭНами происходит в специальных трубах и змеевиках при постоянном потоке водной среды через эти элементы. Как и в накопительных системах, в проточных водонагревателях реализован принцип механического или автоматического управления с помощью электронного блока. Для быстрого нагрева сильного потока воды до необходимой температуры проточный электронагреватель должен иметь достаточную мощность, что является определенным недостатком.

Эти два типа электрических водонагревателей могут иметь различное исполнение. Существуют приборы с косвенным нагревом, где тепловая энергия передается воде через дополнительный теплоноситель в теплообменном модуле. В этом случае нагревательные элементы подогревают специальную жидкость, которая, в свою очередь, передает тепло холодной воде в теплообменнике. Кроме того, в качестве элементов нагрева могут использоваться не только ТЭНы, но и другие устройства, например, инфракрасные источники.

Но все эти устройства намного дороже, поэтому в основном используются проточные и накопительные водонагреватели с прямым подогревом воды нагревательными элементами сопротивления, то есть ТЭНами. Ниже мы более подробно рассмотрим устройство, принцип работы, преимущества и недостатки обеих типов электрического водонагревательного оборудования. Это позволит вам сделать правильный выбор устройства для бесперебойного обеспечения горячей водой своего жилья, офиса или хозяйственного помещения.

Накопительный водонагреватель

Устройство накопительного водонагревателя довольно простое. Главным элементом прибора является емкость для воды, изготовленная из нержавеющей стали или алюминия. Если бак изготовлен из простой стали, то его внутренняя поверхность бака покрывается специальными материалами, улучшающими его эксплуатационные характеристики коррозионную стойкость. В накопительном баке устанавливается нагревательный модуль, состоящий из одного или нескольких ТЭНов. ТЭНы могут быть «мокрыми» или «сухими». В первом случае нагревательный элемент контактирует непосредственно с водой, а во втором он помещается в трубку, которая и нагревает воду.

Вся эта конструкция помещается во внешний кожух и изолируется от него специальным термоизоляционным материалом. В баке устанавливается термостат и другие необходимые датчики, подключенные к системе автоматики и информационным модулям. На внешней оболочке прибора монтируется система управления, механическая или электронная. Ниже представлена классическая схема накопительного водонагревателя в разрезе с минимально-необходимым набором элементов.

Как работает накопительный водонагреватель? Все довольно просто! Принцип действия бойлера построен на свойствах воды с разной температурой. Как мы знаем из школьного курса физики теплая жидкость стремится вверх, а холодная вниз. Именно на этом физическом явлении и построена работа всех накопительных водонагревателей. Снизу прибора подается холодная вода и нагревается ТЭНом. Поднимаясь она удаляется из бака через высокий патрубок забора горячей воды. Сам процесс простой, но для надежного функционирования всей системы требуется установка дополнительных элементов и систем как внутри бака, так и на защитном кожухе.

Внутри накопительной емкости устанавливается магниевый анод, который необходим для уменьшения количества свободных ионов в воде. Этот элемент позволяет заметно уменьшить коррозию внутренних частей бойлера. А также в баке устанавливается термостат, позволяющий регулировать температуру воды и отключать ТЭНы при достижении необходимого температурного режима. Весь процесс нагрева и отбора горячей воды в бойлере представлен на следующем рисунке.

В большинстве электрических накопительных водонагревателей устанавливаются датчики температуры, с выводом показаний на электронный дисплей или механический термометр. Подача холодной воды осуществляется через кран с обратным предохранительным клапаном. Управление режимами работы бойлера осуществляется как электронными модулями, так и механическими регуляторами в более простых моделях. К достоинствам накопительных электрических водонагревателей можно отнести возможность нагрева больших масс воды и низкое энергопотребление, а к недостаткам высокую стоимость.

Проточный водонагреватель

Устройство проточного водонагревателя полностью отличается от схемы принципа действия накопительного оборудования. Этот прибор не имеет емкости для накопления воды, а ее нагрев происходит при постоянном потоке жидкости через нагревательный модуль. В качестве такого модуля используется конструкция из труб с ТЭНами, которые могут располагаться как снаружи, так и внутри конструкции. Лучшим материалом для изготовления нагревательного модуля является медь, но в более дешевых моделях может быть использована нержавеющая сталь или алюминий.

Кроме модуля для нагрева воды в состав прибора входят различные дополнительные устройства. Датчик потока воды необходим для определения минимального напора воды, при котором можно эксплуатировать водонагреватель. Температурный датчик, регулятор температуры (термостат) предназначены для управления режимами работы. Тепловой предохранитель отключает систему при превышении максимально возможных температурах потока воды. На нижеприведенной картинке показана классическая схема электрического проточного водонагревателя в разрезе.

Как работает проточный водонагреватель? Этот процесс будет понятен даже школьнику! Из представленной схемы понятно, что холодная вода попадает в прибор через патрубок, а доступ в нагревательный модуль ей открывает реле давления. При низком давлении водонагреватель функционировать не будет. Регулятор температуры управляет процессом нагрева. Вода, нагретая до необходимой температуры, выводится наружу и подается в смеситель для использования потребителем. К достоинствам проточных электрических водонагревателей можно отнести невысокую стоимость и мгновенный нагрев воды, а к недостаткам высокое электропотребление и особые условия к электропроводке.

Обзор рынка электрических водонагревателей

В настоящее время на российском рынке электрического водонагревательного оборудования присутствует большее количество производителей как отечественных, так и иностранных. Конечно в основном доминируют иностранные производители такие как MTS и Lorenzi Vasco, но называть их продукцию чистым импортом нельзя. Большинство компаний открывает в России собственные производственные мощности полного цикла, с изготовлением основных комплектующих изделий. Это позволяет снизить себестоимость продукции и сделать ее доступной широкому кругу покупателей. Одной из таких компаний является итальянская корпорация Thermex, продукция которой уже практически стала российским брендом.

Более двадцати лет компания «Термекс» успешно работает в России, открывает собственные заводы и обеспечивает наш рынок электрическими водонагревателями высокого качества. Модельный ряд от этого производителя включает все типы электрического оборудования для нагрева воды. Популярность водонагревателя Термекс среди потребителей очень высока за счет инновационных идей, используемых при его изготовлении. Принцип работы водонагревателя Термекс, независимо от типа устройства, не отличается от аналогичных изделий других производителей. Но сразу следует сказать, что продукция компании завоевала доверие российского покупателя своими техническими характеристиками и доступной ценой.

Чем же так хороши водонагреватели от корпорации «Термекс»? Все очень просто! Модельный ряд продукции очень широк и позволяет практически любому потребителю подобрать оборудование для нагрева воды под свои нужды. Электрические накопительные водонагреватели Термекс выпускаются в широком диапазоне внутренних объемов от 10 до 300 литров. Проточные нагреватели различной мощности позволяют практически мгновенно нагреть проточную холодную воду до необходимой температуры.

К другим преимуществам электрических водонагревателей Термекс можно отнести следующие технологические и конструктивные особенности:

  • модельный ряд накопительных водонагревателей состоит как из круглых, так и плоских моделей различного объема с лаконичным дизайном;
  • качественная теплоизоляция изделий и автоматический контроль режимов работы позволяют значительно экономить электроэнергию;
  • в различных моделях используется как электронное, так и механическое управление, что позволяет оптимизировать весь процесс нагрева воды;
  • баки накопительных водонагревателей изготавливаются из специальной нержавеющей стали с высокой антикоррозионной стойкостью;
  • в проточных водонагревателях нагревательный модуль полностью производится из меди, что повышает его надежность и долговечность;
  • в некоторых моделях накопительных водонагревателей внутренняя поверхность баков покрывается биостеклофарфором, который полностью исключает коррозию емкости.

Кроме этого, в модельный ряд продукции от компании «Термекс» входят электрические водонагреватели с комбинированной системой нагрева воды.

Заключительная часть

Выбор типа оборудования для нагрева вода зависит от условий использования данной техники и финансовых возможностей потребителя. Если вам необходима основательная система с большими объема, то следует отдать предпочтение накопительным приборам, невзирая на затраты. Для тех кому горячая вода необходима здесь и сейчас в небольших объемах отлично подойдут проточные водонагреватели.

Видео по теме

При отсутствии в квартире горячего водоснабжения на помощь приходят бытовые накопительные водонагреватели (или бойлеры, это одно и тоже). Существует множество моделей отличающихся мощностью, емкостью бака, типом нагрева. Самыми востребованными считаются бойлеры накопительного типа, работающие от электричества или газа.

Устройство и общий принцип работы накопительного водонагревателя

Общее устройство водонагревателя накопительного типа одинаково для любых моделей. Бойлер состоит из емкости для воды, которая заключается в декоративный кожух, а между ними проложен утеплитель. Получается подобие термоса. Основное различие накопительных бойлеров в том, какой у них стоит нагреватель: электрический ТЭН или газовая горелка.

Существуют накопительные водонагреватели косвенного нагрева, где подогревателем служит змеевик, подключенный к системе отопления. Такие бойлеры оказались практически не востребованы. Отопление работает не круглый год, а, значит, человек не имеет возможности летом пользоваться горячей водой.

Различаются нагреватели накопительные по типу монтажа. Вертикальные бойлеры занимают много места, из-за чего их ставят в просторном помещении. Для маленькой комнаты больше подходит горизонтальный водонагреватель. Последний вариант неудобен в плане пользования. У горизонтального бойлера происходит быстрое смешивание горячего и холодного слоя воды. В итоге при открывании крана идет кипяток, а примерно через минуту начинает течь более прохладная вода.

Общее устройство бойлера

Давайте рассмотрим, как выглядит схема обычного водонагревателя накопительного типа:

  • Основой бойлера служит бак. В бытовых моделях его емкость ограничивается 300 л. Производят бак из нержавейки или стали. Чтобы металл не ржавел, в качестве внутреннего покрытия применяют стеклоэмаль, стеклофарфор или титановое напыление.
  • Бак для воды заключен во внешний декоративный корпус. Он бывает из нержавейки, обычной стали с эмалированным покрытием или пластика.
  • Между накопительным баком и наружным корпусом пространство заполнено теплоизоляционным материалом – пенополиуретаном.
  • Лицевая область наружного корпуса водонагревателя оснащена термометром.
  • Сердцем накопительного бойлера служит нагреватель. Электрический водонагреватель работает от встроенного элемента – ТЭНа (трубчатый электронагреватель). Газовые накопительные водонагреватели комплектуются горелкой и дымоходом.
  • В нижней части накопительного бойлера выходят патрубки горячей и холодной воды. На патрубке холодной воды устанавливают предохранительный, а также обратный клапан. Первый – открывается от превышения давления воды внутри бака. Второй – не дает уйти воде из бака при отсутствии давления в водопроводе. Патрубок горячей воды соединен с трубкой забора.
  • Электронный блок предназначен для управления работой накопительного водонагревателя. Он получает сигнал от термостата, датчики которого установлены внутри бака.
  • Магниевый анод защищает стальной бак бойлера от электрохимической коррозии, отдавая ионы.

Монтаж и эксплуатация любого накопительного водонагревателя не вызывает затруднения у пользователя. Прибор кронштейнами крепят к стене. Подающий трубопровод может быть подключен только к водопроводу с холодной водой. В этом и заключается принцип работы бойлера, так как в нем нагревается именно холодная вода. Если вход накопительного водонагревателя подключить к централизованному ГВС квартиры, то корректное достижение температуры после подачи в бак горячей воды станет невозможным.

Принцип работы

Основной принцип работы накопительного водонагревателя заключается на послойном разделении жидкостей разных температур. По закону физики теплая вода находится вверху, а холодная снизу. Для полного представления, как работает бойлер, рассмотрим по порядку все действия:

  • При открывании водопроводного крана начинается расход воды. Верхние слои горячей жидкости из бака бойлера через трубку забора направляются в трубопровод.
  • Давление внутри бака водонагревателя становится меньше, чем в подающем водопроводе. Обратный клапан открывается и начинается подпитка холодной воды. Когда давление водопровода и внутри бака сравняется, обратный клапан закрывается. Во время подпитки холодная вода не смешивается с горячей благодаря рассекателю, установленному на конце подающего патрубка.
  • О поступлении внутрь бака водонагревателя холодной воды сигнализирует датчик. Он дает команду блоку управления включить подогрев.
  • На ТЭН подается электроэнергия, и вода греется до заданной температуры. У газового водонагревателя вместо электричества на горелку подается газ. Когда вода нагреется до нужной температуры, термостат отключает нагревательный элемент.

В работе накопительного водонагревателя происходит непрерывный цикл. Забранную горячую жидкость постоянно замещает холодная вода. Теплоизоляция под кожухом предотвращает быстрое остывание. Вода остается теплой в течение 2–3 суток.

Бойлер нужно правильно подобрать по мощности и объему. При большом разборе воды маломощная модель не справится с прогревом. На выходе жидкость не будет соответствовать заданной температуре.

Устройство и принцип работы электрического бойлера

Электрические водонагреватели считаются самыми востребованными у жильцов квартир и частных домов. Популярность обусловлена простотой монтажа и эксплуатации. На схеме в разрезе показано устройство накопительного водонагревателя. Давайте рассмотрим, как выглядит электрический бойлер изнутри:

  • Рассматривать устройство накопительного электрического водонагревателя начнем с бака. Он бывает круглой или овальной формы. Заключен бак в декоративный кожух. Внутреннее пространство между двумя емкостями заполнено пенополиуретаном.
  • Особенностью устройства электрического водонагревателя является наличие ТЭНа. Элемент установлен снизу бака бойлера на фланцевом соединении.
  • Включением и выключением ТЭНа управляет термостат. Любой водонагреватель накопительный работает без превышения максимально допустимой температуры. У электрических бойлеров этот показатель равен 75 о С.
  • Водонагреватель имеет защиту. В случае выхода из строя термостата ТЭН будет обесточен при достижении критической температуры воды 85 о С.
  • Забор горячей воды осуществляется через трубку, конец которой выведен к верхней части бака бойлера. Для подпитки холодной воды снизу бака вмонтирован патрубок.
  • Магниевый анод защищает корпус бака от коррозии. По истечении 2–3 лет элемент разрушается и его нужно менять.
  • О работе водонагревателя сигнализирует индикаторная лампочка.

Зная, как устроен бойлер, можно разобраться с его работой. Холодная вода поступает внутрь бака бойлера через патрубок. Датчик посылает сигнал блоку управления, который с помощью термостата подает напряжение на ТЭН. Вода нагревается до заданной температуры. Датчик подает новый сигнал, и термостат прерывает подачу напряжения. После забора горячей воды цикл повторяется.

Разновидности ТЭНов

По принципу действия ТЭНы одинаковы. Нагревательным элементом выступает спираль. А вот по исполнению ТЭНы отличаются и делятся на два вида:

    Мокрый ТЭН состоит из спирали, герметично запаянной внутри медной трубки. В качестве наполнителя используют кварцевый песок. Он играет роль изолятора и предотвращает прикасание спирали к внутренним стенкам медной трубки. Достоинство мокрого ТЭНа в низкой стоимости. Недостаток – большой размер и низкий показатель электробезопасности. При повреждении медной трубки или прикосновения к ней спирали возникает пробой. В результате человек, пользующийся горячей водой, получает удар током.

Накопительный водонагреватель с сухим ТЭНом стоит дороже, но он безопаснее и отличается длительным сроком эксплуатации. Компактные размеры позволяют вмонтировать в бойлер два нагревателя. Самым надежным считается сухой ТЭН, наборной корпус которого сделан из стеатита.

Устройство и принцип работы газового прибора для нагрева воды

По устройству и принципу работы газовый бойлер немного отличается от своего электрического собрата. Газовому водонагревателю присущ все тот же бак, заключенный в кожух с утеплителем из пенополиуретана. Защитой служит анод. Подача холодной и забор горячей воды происходит через вмонтированные в бак трубки. Включением и выключением подогрева управляет термостат. На этом все сходства заканчиваются. Руководствуясь схемой, более подробно рассмотрим устройство бойлера, чтобы выявить основные отличия газового прибора:

  • Основным отличием от электрического бойлера является наличие газового устройства для нагрева воды – горелки.
  • Подключение к газовой магистрали осуществляется через блок. Внутри него установлен редуктор, который соединен трубкой с форсункой горелки.
  • Конструкция бака накопительного водонагревателя существенно отличается от электрического аналога наличием дымохода. Он состоит из стальной трубы, вертикально вваренной через весь бак. Сверху дымоход соединен с вытяжным колпаком. По нему осуществляется отвод продуктов сгорания на улицу.
  • Внутри дымохода вмонтирован рассекатель. Его пластины забирают тепло отводящихся газов и отдают воде. Получается двойной обогрев: от горелки и рассекателя.
  • Из-за разницы температур холодной воды и пламени горелки в дымоходе образуется конденсат. Для его сбора под горелкой установлено кольцо.

Работает газовый водонагреватель по аналогичному принципу, что и электрический бойлер. Отличие только в том, что электронный блок с термостатом управляют работой горелки. При понижении температуры на форсунку подается газ и происходит розжиг. Когда температура воды достигнет заданных параметров, происходит отключение горелки.

Газовые водонагреватели пользуются малым спросом из-за сложности установки. Потребуется составлять проект, а монтаж разрешен только специалистам газовой службы. Однако неоспоримым плюсом является экономия из-за более низкой цены на газ.

Из двух рассмотренных вариантов первое место отдают электрическим накопительным водонагревателям. Прибор можно самостоятельно установить в любом месте. Главное, обеспечить бесперебойную подачу холодной воды под давлением.

5 факторов — как выбрать хороший накопительный водонагреватель. ТЭН, бак, объем,анод, управление.

Какой оптимальный вариант выбора водонагревателя для дома или квартиры, этот вопрос встает перед каждым из нас при ремонте или въезде в новое жилище.

В магазинах весьма богатый выбор моделей и производителей — Thermex, Ariston, Gorenje, Electrolux. Как не ошибиться в таком разнообразии, которое запросто может привести к трате лишних денег, а затем и к повторному походу за другой покупкой.

Накопительный или проточный

Фактически выбор не столь уж и велик. Существуют два основных типа водонагревателей:

  • проточный водонагреватель
  • накопительный бойлер

В проточном, вода нагревается очень быстро, достаточно ей пройти через греющий элемент. Кажется, что еще нужно?

Однако такой прогрев подразумевает резкое уменьшение максимально возможного напора.

Если вы хотите получить более мощный поток, в этом случае придется использовать и более мощный нагревательный элемент от 8кВт до 30кВт!

Что во многих квартирах и домах практически невозможно.

В накопительных водонагревателях изменение напора практически не происходит. Что на входе, то и на выходе.

Благодаря этому, данным типом можно одновременно обеспечить несколько точек в доме горячим водоснабжением. Но это при использовании водонагревателя соответствующего объема (100-150-200л).

А выбор объема у них довольно обширный – от 5 до 300 литров.

Литраж, объем и форма

Прежде всего запомните, что бойлер можно вешать только на несущую стену, чтобы иметь возможность его надежно закрепить.

Даже пустые, небольшие по объему модели весят 15-20кг. А если заполненная кипятком емкость сорвется с креплений, последствия будут печальными.

Как же правильно подобрать литраж и какого объема покупать бойлер, в зависимости от количества проживающих в доме членов семьи? Вот главные рекомендации:

  • от 30 до 50 литров для одного человека
Также такой вариант приемлем для пенсионеров или когда вы намерены пользоваться водонагревателем только на кухне.
  • от 50 до 80 литров для двоих
Этого вполне хватит, чтобы по очереди принять душ или один раз набрать ванную.
  • до 100-120 литров для троих с ребенком

Вообще при наличии маленьких детей в семье, оптимальный объем это не менее 100 литров. Никогда не берите меньше.

При этом, крайне желательно для очистки воды перед бойлером установить фильтр.

Рассчитаны они обычно на очистку 15000 литров воды.

То есть, если объем бойлера 80-100 литров, то сменный картридж нужно будет менять 2 раза в год.

  • 100-200 литров для семьи из четырех и более человек
При таком объеме, прежде всего задумайтесь о качественном крепеже и несущей способности стены. В загородном доме для 200л и более, лучше выбирать модели напольного исполнения с ножками.

Многие не догадываются, но форма бака также сильно влияет на условия работы бойлера. С одной стороны плоские, так называемые Slim модели, занимают меньше места и имеют больше вариантов дизайна.

Однако у них большие теплопотери, чем у цилиндрических баков. К тому же, нагреваются они медленнее.

Поэтому если для вас форма не так важна, лучше выбирайте цилиндрический. Правда при этом не забывайте, что он будет выпирать на 40-50 см от стены.

Еще одной из отличительных особенностей накопительных водонагревателей является бак. Он может быть изготовлен из 3-х основных видов материала:

  • нержавеющая сталь
  • металл, покрытый эмалью или стеклоэмалью

Основное преимущество пластиковых баков – никакого химического взаимодействия с водой. А значит не должно происходить окисления и разъедания стенок.

Главный недостаток – хрупкость. В большинстве случаев такой бойлер не подходит для навешивания на стену. Его лучше устанавливать в какую-либо нишу.

Если бак будет из высококачественной нержавеющей стали, с большим содержанием хрома (более 30%), и при этом толщина стенок будет такой же, как и у бака с эмалью, стоимость его будет запредельной.

К тому же имейте в виду, что у эмали и стали разные характеристики расширения при высоких температурах. Вследствие чего, эмаль может отслаиваться в самых уязвимых местах уже через пару лет эксплуатации.

Некоторые производители используют высокоуглеродную сталь холодной прокатки и покрывают ее эмалью. Холодная прокатка, в отличие от горячей, имеет два больших преимущества:

  • она позволяет создавать листы металла необходимой толщины с точность до нескольких микрон
  • такая продукция будет более высокого качества по всем показателям: точность размеров, отделка поверхности, физико-механические свойства

При технологии влажной эмалировки покрывается вся внутренняя поверхность бака. Сырьем для эмали является фритта – молотое стекло с добавлением кварца.

Бак обливается суспензией. Затем высушивается и запекается в печи при температуре 850 градусов. 

Таким образом стекло спекается на поверхности металла, образуя цельный слой, устойчивый к коррозии.

Средняя толщина эмали должна быть не менее 500 микрон.

Нагревательным элементом в бойлере служат обычные ТЭНы. Они могут быть двух видов:

  • погружные или мокрые
  • сухие

Оптимально, если погружной ТЭН выполнен из меди. Она очень устойчива к коррозии.

И при своевременном уходе и правильной эксплуатации, срок службы такого тэна может достигать срока службы самого водонагревателя – не менее 7-10 лет!

Мощность тэна достигает 2,0-2,5кВт. Преимущество погружного тэна в том, что он непосредственно соприкасается с водой, за счет чего быстрее прогревает ее.

Чтобы подогреть бак объемом 80-100л для трубчатого тэна понадобится более 2-х часов. Однако в некоторых случаях, такие нагревательные элементы менее практичны.

Если вода у вас жесткая и имеет дополнительные примеси, это приводит к образованию накипи. Что в конечном итоге и выводит бойлер из строя.

Сухие тэны выполнены в виде трубок из металла, покрытого высококачественной эмалью, в которые установлены сами нагревательные элементы.

Преимущества сухих моделей в том, что они не соприкасаются с водой и на них не оседает накипи. Это позволяет более длительно эксплуатировать прибор.

Кроме того, он не шумит при нагреве воды. Старайтесь всегда выбирать модели, где два и более нагревательных элемента разной мощности. Например 1 и 1,5кВт.

Как показывает практика, если и происходит выход из строя, то как правило всего одного тэна. При этом второй, продолжает работать и позволит и дальше пользоваться бойлером.

Замена сухих тэнов не требует слива воды, в отличие от погружных моделей.

Магниевый анод

Если выбираете модель с погружными, то обращайте внимание, чтобы они имели в своей конструкции магниевый анод.

Без его применения, образование накипи происходит в разы быстрее. А это в свою очередь:

  • увеличивает время нагрева
  • уменьшает КПД
  • вызывает больший расход эл.энергии

Оптимально, если магниевый анод будет расположен в верхней части водонагревателя. Это обеспечит более качественную защиту бака от коррозии.

Также, такое расположение позволяет комфортно контролировать расход и своевременно менять анод, не сливая воду.

Всегда внимательно читайте условия гарантии.

Красивыми большими буквами на баке может быть написано – ГАРАНТИЯ 5-7 ЛЕТ! А мелким шрифтом в инструкции добавлено – только при условии регулярной, в течении двух лет, замены анода.

Купите бойлер, через 2,5 года он у вас проржавеет и потечет, а по гарантии заменить его откажутся.

Так как не было своевременной замены анода в сервисном центре.

Что касается вариантов управления, то они подразделяются на два вида:

  • механическое
  • электронное

Механическое управление простое, интуитивно понятное, однако менее функциональное.

В таких бойлерах можно реализовать 3 режима:

  • защита от замерзания – подразумевается поддержание температуры 10 градусов
  • экономичный режим – температура 55-60 градусов
  • максимальный режим – 75 С
В моделях с электронным управлением больше возможностей.
  • установка температуры с точность до 1 градуса
  • контроль состояния магниевого анода
  • автоматическая индикация возможных неисправностей

Некоторые модели могут даже идти с пультом дистанционного управления.

Это удобно, если точки водоразбора находятся далеко друг от друга. Или когда бойлер подвешен высоко под потолком.

Отдельные модели помогают здорово экономить расход электроэнергии. Принцип их действия заключается в следующем.

В течение 7 дней водонагреватель сам запоминает, в какое время суток расходуется большее количество воды. При этом он фиксирует как температуру, так и объем (функция Smart).

На основе собранных данных, бойлер подстраивает свою работу под ваши потребности. Больше он не будет работать круглосуточно, нагревая воду 24 часа в сутки.

Дополнительные особенности и функции

  • эффективная насадка распределителя холодной воды

Желательно, чтобы холодная вода поступала в водонагреватель через насадку грибовидной формы.

Она должна обеспечить равномерное распределение холодной воды в баке, а также предотвратить смешивание слоев холодной и горячей воды между собой.

  • трубка забора горячей воды из полипропилена

В этом случае она не подвергается коррозии, не вступает в электрохимические реакции, не влияет на эмалирование, рассчитана на весь срок службы водонагревателя.

  • застаивание воды

В некоторых бойлерах, для борьбы с бактерией легионеллой, образующейся после длительного застаивания воды, предусмотрена специальная функция.

Если вода в баке в течение 14 дней не нагревалась выше 60 градусов, водонагреватель автоматически включит тэны и подогреет воду до 70С, тем самым уничтожив болезнетворную заразу.

Статьи по теме

как быстро спустить через сливной кран

Водонагревательные электрические приборы устанавливаются в частных домах, где нет газа или в квартирах, где не предусмотрено обеспечение горячей водой в летний период.

Чаще всего бак бойлера подвешивают на стену или устанавливают на подпорки.

Иногда возникает такая необходимость, как слить воду с водонагревателя, в связи с поломкой или для обслуживания оборудования.

Как устроен и работает электрический водонагреватель

Принцип работы всех устройств одинаковый: вода в баке нагревается электрическими тэнами и поднимается вверх, вытесняя холодный водный слой, и поступает по шлангу в систему отопления и горячего водоснабжения. От обратного хода жидкости предохраняет клапан. Рассекающее устройство в баке предотвращает смешивание и регулирует равномерное распределение слоев горячей и холодной воды. Заполнение бака происходит автоматически, из водопроводной системы. Отличия заключаются в количестве тэнов, которые предусмотрены в баке и их мощности, от этого зависит время нагрева воды.

Выход горячей воды происходит с одновременным заполнением бака новой холодной водой.

Устройство электрического водонагревателя:

  • Корпус. Состоит из стального бака с внутренним теплоизоляционным слоем для сохранения тепла, который изготавливается объемом от 15 до 150 литров.
  • Нагревательные тэны. В зависимости от объема бака, их может быть от одного до четырех.
  • Блок управления. Где с помощью ручной регулировки или на сенсорном экране устанавливается минимальная и максимальная температура нагрева воды.
  • Термостат. Регулирует нагрев воды в зависимости от заданных параметров.
  • Система безопасности. От скачков напряжения в электросети, система автоматически отключает питание и прекращает нагрев.
  • Предохранительные клапаны и патрубки подачи воды. Клапаны фиксируют подачу жидкости только в одну сторону, а по патрубкам подается горячая или холодная вода.

Водонагреватель прост в управлении, не требует постоянного контроля и при необходимости, детали, вышедшие из строя, легко меняются.

Почему может понадобиться слить воду с бойлера

Задаваясь вопросом, как слить воду из накопительного водонагревателя, необходимо рассмотреть причины, по которым возникает такая необходимость и стоит ли вообще это делать.

Несколько основных причин, при которых возникает необходимость слива воды:

  • Минусовая температура воздуха. При авариях или оставлении бойлера в не отапливаемом помещении в зимний период. Процедура слива обязательна, вода при замерзании будет расширяться и разорвет накопительный бак и шланги.

Электрический бойлер, обеспечивающий горячее водоснабжение (ГВС) квартиры либо частного дома, иногда приходится опорожнять.

  • Замена нагревательного элемента. Основная причина холодной воды в баке – это выход тэна из строя.

При загрязненном нагревательном элементе расход электроэнергии увеличивается на 25— 50%.

  • Чистка водонагревателя. Очищение от отложений и накипи внутри необходимо проводить раз в 3-4 года.

Чем дольше не чистится водонагреватель, тем более толстым изолирующим слоем он покрывается. Из-за этого прибор со временем греет больше себя, чем обрабатывает воду.

Если нет необходимости в этих трех процедурах, бак лучше держать наполненным водой, тогда процессы окисления и ржавчины замедляются.

Как правильно полностью спустить воду с накопительного бака

Прежде чем сливать воду, ознакомьтесь с инструкцией по эксплуатации, производители предлагают оптимальный вариант для оборудования. Но если возникла ситуация, что предлагаемый способ недоступен, можно воспользоваться другими методами.

Важно, если оборудование новое и находится на гарантии, не проводите процедуру самостоятельно, это должны делать специалисты из сервисного центра, иначе гарантия может аннулироваться.

Перед сливом необходимо отключить бойлер от электричества, закрыть краны на шлангах подачи воды и дать остыть баку.

Даже если накопительный водонагреватель – бойлер – используется круглый год, его все равно необходимо периодически чистить.

Пошаговая инструкция разных способов опустошения титана:

1. Сливаем через предохранительный клапан.

1.1.Подготовьте необходимые емкости для слива, для удобства можно подсоединить отводной шланг на клапан.

1.2.Клапан находится на шланге с холодной водой, у входа в бойлер и специально предназначен для спуска жидкости в аварийных ситуациях.

1.3.Вода при открытии краника на клапане должна появиться через несколько секунд.

1.4.Если слива не происходит, то нужно воспользоваться другим способом опустошения бака, а клапан необходимо прочистить или заменить.

Правильная установка водонагревателя предполагает наличие спускного предохранительного клапана.

2. Как сливать через вход для холодной воды.

2.1.Перекройте оба крана подачи воды.

2.2.Установите емкость подходящего объема под отверстие с холодной водой.

2.3.С помощью разводного ключа открутите гайку, сразу вода не пойдет.

2.4.Немного откройте кран с горячей водой, жидкость начнет сливаться, напор регулируйте краном.

Это способ является более сложным и потребует готовности взять в руки разводной ключ для откручивания некоторых гаек в системе подключения бойлера.

3. Слив через входящие и выходящие шланги.

3.1.Регулировать напор слива при данном способе невозможно, поэтому необходимо позаботится о ванне для жидкости в равном объеме с водонагревателем.

3.2.Разводным гаечным ключом, откручиваем гайку крепления шланга с холодной водой.

3.3.Откручиваем гайку на горячую воду.

3.4.Жидкость самопроизвольно выливается.

Этот метод слива воды из бойлера является самым бесконтрольным. Регулировать поток воды во время слива, остановить его или ослабить в случае необходимости будет невозможно.

Объем сливаемой жидкости напрямую зависит от бака водонагревателя.

Главное, чтобы не залить пол и соседей снизу, заранее позаботьтесь о емкости под воду, независимо каким способом вы это делаете.

4. Устранение остатков влаги из водонагревателя.

Конструкция бака не позволяет полностью слить жидкость, часть воды остается на дне, поэтому необходимо разобрать оборудование.

4.1.Снимите нижнюю защитную крышку с водонагревателя.

4.2.Отсоедините шнуры питания и провода от сигнальной лампы.

4.3.Против часовой стрелки, ослабьте фланцевое соединение и гайки крепления тэнов.

4.4.При ослаблении соединительных креплений, вода выйдет в образовавшуюся щель.

4.5.Выкрутите крепежные элементы полностью, и аккуратно достаньте тэны из бака.

Для того чтобы полностью слить всё до последней капли, необходимо разобрать накопительный бак.

После всех процедур, можно приступать к устранению причины, из-за которой понадобился слив жидкости.

Эти методы не займут много времени и не требуют специальных навыков, но если вы не уверены в своих силах, лучше вызвать специалиста.

Сложные нагревательные устройства не стоит самостоятельно разбирать для полного слива воды, чтобы не вывести из строя некорректными действиями.

Как снять бойлер

Когда возникает необходимость снять оборудование для перемещения в другое место или полной замене бака. Проведите полную процедуру по сливу жидкости и приступайте к демонтажу. Водонагреватель на стене закрепляется с помощью кронштейнов, достаточно немного приподнять бак, и он легко снимется с креплений.

Из-за большого веса некоторых баков, снятие рекомендуется проводить вдвоем, иначе при падении вы сломаете дорогостоящее оборудование.

Правила очистки нагревательных элементов и бойлера

После проведения сливной процедуры, независимо по какой причине, рекомендуется очистить внутренние стенки и дно водонагревателя от накипи и отложений.

Чтобы избавиться от запаха застоявшейся воды, следует промыть бойлер.

Основные правила по очистке бойлера и нагревательных элементов:

  • Снимите прокладку между фланцевым соединением и баком, вычистите и промойте проточной водой.
  • Большие отложения, вычистите со дна бойлера, просунув руку в отверстие.
  • Подсоедините шланг подачи холодной воды к выходу горячей и включите подачу из системы.
  • Напора в системе достаточно, чтобы смыть мусор и небольшие отложения с внутренних стенок бака.
  • Для устранения неприятного запаха из водонагревателя, залейте стакан столового уксуса в пульверизатор, нанесите на внутренние стенки и дайте высохнуть.
  • Тэны лучше сначала аккуратно очистить деревянным скребком от больших отложений и замочить в растворе лимонной кислоты, для удаления остатков, на 24 часа.

Приготовление раствора для замачивания: на один литр воды необходимо 200 гр лимонной кислоты.

Перед сборкой, убедитесь, что резиновая прокладка между фланцем и баком целая и не подлежит замене.

Внимательно осматривают ТЭН и магниевый анод, если есть хоть малейшее подозрение, что они повреждены — лучше их заменить.

После очистки внутренних поверхностей и тэнов, конструкцию водонагревателя собирают в обратном порядке. При подаче холодной воды из системы для заполнения бака, проверьте места соединений на герметичность. Налейте немного воды и откройте краны.

Собирают бойлер в обратном порядке и запускают воду.

При подаче холодной воды, необходимо открыть кран на подачу горячей, для вытеснения воздуха из бака. Когда жидкость полностью вытеснит воздух, вода потечет струйкой, значит бак полный.

Когда емкость наполнится, вода через заборную трубку пойдет в систему ГВС, потом потечет из смесителя.

После полного заполнения бака, можно включать водонагреватель в электросеть.

Прежде чем включить прибор в электросеть, его проверяют на отсутствие протечек.

Полезные рекомендации от профессионалов

Рекомендации специалистов помогут исключить типичные ошибки, которые помогут предотвратить поломку оборудования:

  • Установкой, подключением и первым заполнением водой должен заниматься сертифицированный специалист магазина, с обязательной отметкой в гарантийном талоне. Это гарантирует вам замену оборудования при выявлении неисправности.

Для бойлера, который установлен в отапливаемом помещении, слив воды во время отъезда хозяев необязателен.

  • При обратном присоединении проводов, сверьтесь со схемой подключения, которая прилагается к инструкции по эксплуатации.

Разные модели имеют свои особенности в подключении.

  • Все соединительные резиновые и пластиковые прокладки при сливе жидкости лучше заменить. Расходные материалы продаются в специализированных и хозяйственных магазинах.

Чтобы исключить ошибку при покупке, возьмите прокладку с собой и покажите продавцу.

  • Регулярное обслуживание производителями рекомендуется проводить один раз в несколько лет. Но регулярность во многом зависит от качества воды в вашем доме.

Если вода в водонагреватель поступает из централизованного водопровода, она содержит обеззараживающие компоненты (хлорку).

  • В водонагревателях устанавливаются фильтры, которые необходимо регулярно чистить или менять, так нагревательные элементы будут служить гораздо дольше.

Время замены фильтра зависит от производителя водонагревателя и его рекомендаций.

Придерживаясь рекомендаций и инструкций, вопрос, как спустить воду с водонагревателя, стоять перед вами уже не будет. А оборудование будет служить всей семье долгое время.

Как и любое устройство, которое имеет контакт с водой, электрический водонагреватель требует особого ухода.

ВИДЕО: Как слить воду с водонагревателя, бойлера.

Из чего состоит водонагреватель накопительный. Устройство электрического водонагревателя накопительного и проточного. Какой лучше выбрать

Проблема отсутствия горячего водоснабжения имеет достаточно широкое распространение в большинстве наших городов. Даже там, где оно в принципе есть, случаются периоды, когда горячая вода в кране попросту отсутствует. Накопительный водонагреватель – это приемлемое решение данной проблемы. Существуют и другие типы водогрейного оборудования, но в данной статье мы рассмотрим именно водонагреватели накопительные: принцип работы этих устройств, особенности эксплуатации, обслуживания и ремонта. Эти устройства могут работать от сжигания газа, от электричества и даже от солнечной энергии, главное, чтобы они соответствовали, предъявляемым к данному типу бытовых приборов требованиям.

Требования к накопительному водонагревателю

Чтобы убедиться, в том, что накопительный водонагреватель является именно тем прибором, который вам необходим, нужно рассмотреть его главные отличительные особенности. Собственно, это:

  • Способность обеспечить снабжение квартиры или дома достаточно большим объемом (от 10 до 1000 литров) горячей воды, но не мгновенно, так как на ее нагревание до требуемой температуры требуется определенное время, чаще всего от 20 минут и выше.
  • Способность бесперебойно подавать горячую воду сразу в несколько точек. Например, кран с горячей водой можно одновременно открыть на кухне и в ванной, что не повлияет на работоспособность прибора. В случае проточного водонагревателя это никак невозможно. Вместе с тем стоимость накопительных устройств несколько выше, чем проточных.
  • Принцип работы водонагревателя накопительного типа таков, что он способен нагревать большой объем воды до достаточно высоких (около 55-80 градусов) температур. В процессе работы, вначале происходит разогрев воды до нужной температуры, после чего осуществляется ее поддержание путем постоянного подогрева. На эти цели тратится определенное количество энергии тоже.
  • Может быть подключен к электрической сети без каких-либо условий, в связи с тем, что не имеет особых требований ни к мощности напряжения, ни к надежности электропроводки. Может быть подключен к водопроводной магистрали, при этом не требуя наличия высокого давления внутри нее. Если в качестве источника энергии для нагрева воды используется природный газ, то к источникам газоснабжения такой нагреватель способен подключаться обычной гибкой подводкой для газа.
  • При всем при этом водонагреватели накопительного типа могут нуждаться в частом техническом обслуживании, а иногда и в ремонте.
  • Накопительный водонагреватель, как правило, занимает достаточно большой полезный объем, что особенно характерно для моделей с большим баком.
  • Нельзя использовать в пищу воду из накопительного водонагревателя, в отличие от проточного.

Каково устройство водонагревателя

Итак, как мы установили, принцип работы водонагревателя накопительного типа заключается в том, что воде сначала передается тепловая энергия, которая приводит к ее разогреванию, а в дальнейшем тепловой поток снижается и остается на уровне, достаточном для поддержания требуемой температуры. В проточном же устройстве вода нагревается при прохождении через нагревательные элементы. Поэтому на выходе она имеет значительно меньшую температуры, чем у накопительного, хотя, нагрев до нее происходит очень быстро.

Накопительные водонагреватели имеют следующее устройство:

  • Емкость, которая наполняется водой из водопроводной системы под давлением. Ее размер бывает различным от 10 до 100 л.
  • Внешний корпус, под которым имеется толстый слой теплоизоляции.
  • Электрический нагревательный элемент (ТЭН) либо магниевый анод. В случае газового варианта — дымоходные трубы и газовая горелка. Это «сердце» устройства, которое собственно и обеспечивает нагревание воды в баке.
  • Патрубок для подачи холодной воды из системы и патрубок для выхода горячей воды из прибора. Он часто снабжен предохранительным клапаном, которые открывается при превышении давления в водонагревателе.
  • Электронный блок управления, который получает сигналы от термодатчиков и регулирует работу всего прибора. На нем же имеются кнопки для ручного выставления параметров нагрева, среди которых максимальная температура и скорость разогрева воды.

Принцип действия накопительного водонагревателя основан на особенностях термоса. Большой бак с нагретой до высокой температуры водой заключен в кокон из теплоизоляционного материала, который обеспечивает минимальную потерю калорий. В результате остывание происходит очень медленно. Полный бак может остыть до комнатной температуры после выключения прибора только через 2 – 3 суток. Это позволяет пользоваться горячей водой даже при выключении электроэнергии.

При остывании воды до определенной температуры, ТЭНы включаются, и она вновь нагревается. Чтобы горячая вода не смешивалась с холодной, и температура не понижалась быстро, в водонагревателе накопительного типа всегда предусмотрено следующее: холодная вода, поступающая в бак снизу, вытесняет горячую воду. Ее забор из емкости происходит напротив сверху. Таким образом гарантируется однородность температуры воды, которая поступает в кран из водонагревателя.

Правила эксплуатации водонагревателя

Поскольку электрические водонагревающие устройства распространены гораздо шире, мы рассмотрим именно их более подробно. Понятно, что любое оборудование нуждается в бережном отношении. Не исключение и накопительные водонагреватели. Принцип работы этого устройства таков, что не стоит заставлять его работать постоянно на полную мощность. Это может привести к достаточно быстрому выходу из строя ТЭНов, либо срабатывании защитного реле, для включения которого придется вызывать мастера. Оптимальная достаточная температура – это 60 градусов. Для ее достижения нужно пользоваться всеми ТЭНами. Это не сильно повышает расход электроэнергии, зато делает их износ более равномерным.

Большинство моделей отключаются автоматически при нагреве до 85%, а включение произойдет только после ее некоторого остывания, если не сработает защита. По ночам действует льготный тариф на пользование электроэнергией, что позволяет экономить средства при оптимальном выборе режима нагрева. Ведь днем прибор можно отключать. Все равно вода в нем не остынет до самого вечера. Осуществляемый в ночное время нагрев воды будет стоить уже в два раза дешевле. Некоторые современные модели уже снабжены функцией экономичного нагрева. Ее суть в том, что вода греется ночью, а днем только происходит поддержание ее температуры на минимально допустимом уровне – т.е. 55 градусов.

Чтобы работа прибора была полностью безопасной, необходимо несколько простых элементов: во-первых, обычное заземление. Во-вторых, защитный редуктор, который нужен для компенсации повышенного давления в водопроводной сети. В-третьих, предохранительный клапан, защищающий водонагреватель от слишком высокого давления внутри. Он при необходимости просто сливает воду. В-четвертых, обратный клапан, блокирующий выход воды из бака если ее подача вдруг прекращается – это нужно для того, чтобы не вышли из строя ТЭНы. Три последних перечисленных элемента называются производителем «группой безопасности» и они не обязательно идут в комплекте с основным устройством. Часто их нужно приобретать отдельно. Бывает, что некоторые производители собирают все три компонента в один блок, что позволяет осуществлять более удобный монтаж. Скорость нагрева воды в устройстве напрямую зависит от мощности самого прибора, как и уровень потребления электрической энергии.

Если вы используете воду из накопительного водонагревателя, то учтите следующие важные моменты:

  • Если вода в баке застаивается, для пищи ее использовать ни в коем случае нельзя. Это особенно опасно, когда температуры воды падала до такого уровня, когда в ней могли зародиться и начать размножение различные болезнетворные бактерии.
  • Если ваше накопительное водонагревательное устройство установлено за городом, и вы используете обычную воду из скважины, то хотя бы раз в месяц, нужно нагревать воду до максимальной температуры в целях дезинфекции и профилактики.
  • Очень важно состояние внутренней поверхности бака. При наличии достаточных финансов лучше выбрать модель, имеющую специальное покрытие, например, из стеклофарфора. Оно обеспечит чистоту воды в баке, независимо от времени ее нахождения там.
  • Если вы на долго уезжаете, и водонагреватель накопительного типа какое-то время не будет эксплуатироваться, воду обязательно надо слить. Тем более это важно, если вы уезжаете на всю зиму. Ведь замерзание воды внутри бака ни к чему хорошему не приведет. Это просто выведет прибор из строя полностью и ремонту он уже подлежать не будет.

Особенности ремонта накопительного водонагревателя

Ремонт накопительного водонагревателя не очень трудоемок, так как в нем отсутствуют движущиеся части. Однако и его можно успешно избежать, если обеспечить водонагревателю регулярное и качественное техническое обслуживание. Благодаря этому видится возможным значительным образом увеличить срок жизни самого бака и ТЭНов. Магниевый анод требуется менять ежегодно. Обеспечением технического обслуживания должен заниматься официальный технический центр от той фирмы-производителя, водонагреватель которой вы приобрели. Важный момент: при выполнении всех регламентных и ремонтных работ по поддержанию исправного функционирования устройства, в его паспорте требуется ставить штамп. Иначе, вам могут внезапно отказать в замене бака, в случае его протечки. При покупке того или иного водонагревателя необходимо достоверно убедиться, что вы будете иметь полное право на обслуживание в сертифицированном сервисном центре и на его доступность в вашем городе. В противном случае стоит выбрать другую модель и производителя устройства.

Таким образом, приобретение накопительного водонагревателя более предпочтительно, чем проточного, если горячее водопотребление в домовладении достаточно высокое. Запасы горячей воды в нем позволят не только помыть посуду, но и помыться всей семье в воде с комфортной температурой.

Бесперебойный доступ к горячей воде обеспечивает человеку комфорт в жилых, производственных и офисных помещениях. Наличие возможности подключения к централизованным сетям горячего водоснабжения не гарантирует постоянную подачу подогретой воды в связи с профилактическими работами и аварийными ситуациями. Для загородных домов, дач и других строений, где нет магистральных тепловых сетей эта проблема многократно усиливается. Есть ли выход из этой ситуации? Конечно, есть! Необходимо просто установить водонагреватель и доступ к горячей воде будет обеспечен практически круглогодично.

Современное водонагревательное оборудование использует в своей работе различные виды энергоносителей: электроэнергию, природный газ, жидкое и твердое топливо. Одним из самых распространенных видов водонагревателей являются электрические приборы в разнообразных исполнениях. В этой статье мы рассмотрим основные типы такого электротермического оборудования, принцип работы водонагревателей, а также их конструктивные и технологические особенности. В заключение будут приставлены наиболее популярные модели бойлеров и водонагревателей на российском рынке такой техники.

Типы электрических водонагревателей

Наиболее экономичный способ нагрева холодной воды — это использование газовой колонки, но в большинстве случаев этот нагревательный прибор просто невозможно установить. В многоэтажных домах чаще всего отсутствуют специальные системы отвода отходов горения природного газа, а многие частные дома и дачи не газифицированы. Поэтому в этом случае монтаж электрических приборов для получения горячей воды не имеет альтернативы. Все электрические водонагреватели делятся всего на два типа: накопительные (бойлеры) и проточные. Ниже мы кратко рассмотрим принцип действия каждого типа по отдельности.

  1. Электрический накопительный водонагреватель (бойлер). Этот прибор чаще всего называют бойлером. Устройство представляет собой простой бак для воды с установленными нагревательными элементами (ТЭНами) и электронными или механическими системами управления. Сама емкость имеет термоизоляцию от внешней среды, что позволяет существенно экономить электроэнергию. Принцип работы накопительного водонагревателя статический. Бак заполняется холодной водой и она нагревается с помощью ТЭНов. Весь процесс нагрева и поддержания необходимой температуры происходит под управлением блока автоматики.

  1. Проточный электрический водонагревательный прибор. Принцип работы проточного водонагревателя динамический. В этом устройстве нет накопительной емкости для холодной воды. Процесс нагрева воды ТЭНами происходит в специальных трубах и змеевиках при постоянном потоке водной среды через эти элементы. Как и в накопительных системах, в проточных водонагревателях реализован принцип механического или автоматического управления с помощью электронного блока. Для быстрого нагрева сильного потока воды до необходимой температуры проточный электронагреватель должен иметь достаточную мощность, что является определенным недостатком.

Эти два типа электрических водонагревателей могут иметь различное исполнение. Существуют приборы с косвенным нагревом, где тепловая энергия передается воде через дополнительный теплоноситель в теплообменном модуле. В этом случае нагревательные элементы подогревают специальную жидкость, которая, в свою очередь, передает тепло холодной воде в теплообменнике. Кроме того, в качестве элементов нагрева могут использоваться не только ТЭНы, но и другие устройства, например, инфракрасные источники.

Но все эти устройства намного дороже, поэтому в основном используются проточные и накопительные водонагреватели с прямым подогревом воды нагревательными элементами сопротивления, то есть ТЭНами. Ниже мы более подробно рассмотрим устройство, принцип работы, преимущества и недостатки обеих типов электрического водонагревательного оборудования. Это позволит вам сделать правильный выбор устройства для бесперебойного обеспечения горячей водой своего жилья, офиса или хозяйственного помещения.

Накопительный водонагреватель

Устройство накопительного водонагревателя довольно простое. Главным элементом прибора является емкость для воды, изготовленная из нержавеющей стали или алюминия. Если бак изготовлен из простой стали, то его внутренняя поверхность бака покрывается специальными материалами, улучшающими его эксплуатационные характеристики коррозионную стойкость. В накопительном баке устанавливается нагревательный модуль, состоящий из одного или нескольких ТЭНов. ТЭНы могут быть «мокрыми» или «сухими». В первом случае нагревательный элемент контактирует непосредственно с водой, а во втором он помещается в трубку, которая и нагревает воду.

Вся эта конструкция помещается во внешний кожух и изолируется от него специальным термоизоляционным материалом. В баке устанавливается термостат и другие необходимые датчики, подключенные к системе автоматики и информационным модулям. На внешней оболочке прибора монтируется система управления, механическая или электронная. Ниже представлена классическая схема накопительного водонагревателя в разрезе с минимально-необходимым набором элементов.

Как работает накопительный водонагреватель? Все довольно просто! Принцип действия бойлера построен на свойствах воды с разной температурой. Как мы знаем из школьного курса физики теплая жидкость стремится вверх, а холодная вниз. Именно на этом физическом явлении и построена работа всех накопительных водонагревателей. Снизу прибора подается холодная вода и нагревается ТЭНом. Поднимаясь она удаляется из бака через высокий патрубок забора горячей воды. Сам процесс простой, но для надежного функционирования всей системы требуется установка дополнительных элементов и систем как внутри бака, так и на защитном кожухе.

Внутри накопительной емкости устанавливается магниевый анод, который необходим для уменьшения количества свободных ионов в воде. Этот элемент позволяет заметно уменьшить коррозию внутренних частей бойлера. А также в баке устанавливается термостат, позволяющий регулировать температуру воды и отключать ТЭНы при достижении необходимого температурного режима. Весь процесс нагрева и отбора горячей воды в бойлере представлен на следующем рисунке.

В большинстве электрических накопительных водонагревателей устанавливаются датчики температуры, с выводом показаний на электронный дисплей или механический термометр. Подача холодной воды осуществляется через кран с обратным предохранительным клапаном. Управление режимами работы бойлера осуществляется как электронными модулями, так и механическими регуляторами в более простых моделях. К достоинствам накопительных электрических водонагревателей можно отнести возможность нагрева больших масс воды и низкое энергопотребление, а к недостаткам высокую стоимость.

Проточный водонагреватель

Устройство проточного водонагревателя полностью отличается от схемы принципа действия накопительного оборудования. Этот прибор не имеет емкости для накопления воды, а ее нагрев происходит при постоянном потоке жидкости через нагревательный модуль. В качестве такого модуля используется конструкция из труб с ТЭНами, которые могут располагаться как снаружи, так и внутри конструкции. Лучшим материалом для изготовления нагревательного модуля является медь, но в более дешевых моделях может быть использована нержавеющая сталь или алюминий.

Кроме модуля для нагрева воды в состав прибора входят различные дополнительные устройства. Датчик потока воды необходим для определения минимального напора воды, при котором можно эксплуатировать водонагреватель. Температурный датчик, регулятор температуры (термостат) предназначены для управления режимами работы. Тепловой предохранитель отключает систему при превышении максимально возможных температурах потока воды. На нижеприведенной картинке показана классическая схема электрического проточного водонагревателя в разрезе.

Как работает проточный водонагреватель? Этот процесс будет понятен даже школьнику! Из представленной схемы понятно, что холодная вода попадает в прибор через патрубок, а доступ в нагревательный модуль ей открывает реле давления. При низком давлении водонагреватель функционировать не будет. Регулятор температуры управляет процессом нагрева. Вода, нагретая до необходимой температуры, выводится наружу и подается в смеситель для использования потребителем. К достоинствам проточных электрических водонагревателей можно отнести невысокую стоимость и мгновенный нагрев воды, а к недостаткам высокое электропотребление и особые условия к электропроводке.

Обзор рынка электрических водонагревателей

В настоящее время на российском рынке электрического водонагревательного оборудования присутствует большее количество производителей как отечественных, так и иностранных. Конечно в основном доминируют иностранные производители такие как MTS и Lorenzi Vasco, но называть их продукцию чистым импортом нельзя. Большинство компаний открывает в России собственные производственные мощности полного цикла, с изготовлением основных комплектующих изделий. Это позволяет снизить себестоимость продукции и сделать ее доступной широкому кругу покупателей. Одной из таких компаний является итальянская корпорация Thermex, продукция которой уже практически стала российским брендом.

Более двадцати лет компания «Термекс» успешно работает в России, открывает собственные заводы и обеспечивает наш рынок электрическими водонагревателями высокого качества. Модельный ряд от этого производителя включает все типы электрического оборудования для нагрева воды. Популярность водонагревателя Термекс среди потребителей очень высока за счет инновационных идей, используемых при его изготовлении. Принцип работы водонагревателя Термекс, независимо от типа устройства, не отличается от аналогичных изделий других производителей. Но сразу следует сказать, что продукция компании завоевала доверие российского покупателя своими техническими характеристиками и доступной ценой.

Чем же так хороши водонагреватели от корпорации «Термекс»? Все очень просто! Модельный ряд продукции очень широк и позволяет практически любому потребителю подобрать оборудование для нагрева воды под свои нужды. Электрические накопительные водонагреватели Термекс выпускаются в широком диапазоне внутренних объемов от 10 до 300 литров. Проточные нагреватели различной мощности позволяют практически мгновенно нагреть проточную холодную воду до необходимой температуры.

К другим преимуществам электрических водонагревателей Термекс можно отнести следующие технологические и конструктивные особенности:

  • модельный ряд накопительных водонагревателей состоит как из круглых, так и плоских моделей различного объема с лаконичным дизайном;
  • качественная теплоизоляция изделий и автоматический контроль режимов работы позволяют значительно экономить электроэнергию;
  • в различных моделях используется как электронное, так и механическое управление, что позволяет оптимизировать весь процесс нагрева воды;
  • баки накопительных водонагревателей изготавливаются из специальной нержавеющей стали с высокой антикоррозионной стойкостью;
  • в проточных водонагревателях нагревательный модуль полностью производится из меди, что повышает его надежность и долговечность;
  • в некоторых моделях накопительных водонагревателей внутренняя поверхность баков покрывается биостеклофарфором, который полностью исключает коррозию емкости.

Кроме этого, в модельный ряд продукции от компании «Термекс» входят электрические водонагреватели с комбинированной системой нагрева воды.

Заключительная часть

Выбор типа оборудования для нагрева вода зависит от условий использования данной техники и финансовых возможностей потребителя. Если вам необходима основательная система с большими объема, то следует отдать предпочтение накопительным приборам, невзирая на затраты. Для тех кому горячая вода необходима здесь и сейчас в небольших объемах отлично подойдут проточные водонагреватели.

Видео по теме

Чтобы правильно подобрать технику для своего дома или квартиры, нужно понимать устройство водонагревателя, а также разобраться в принципе работы. В статье мы подробно ответим на главные вопросы: из чего состоит бойлер, как он нагревает воду, как выбрать подходящий объем бака.

Накопительные модели призваны греть воду и поддерживать заданную температуру как можно дольше. Для этого предусмотрен бак с двойными стенками. Между ними находится слой теплоизоляции, чаще всего из полиуретана. Чем он плотнее, тем меньше энергии затрачивается для нагрева.

У большинства моделей внешний бак выполняется из металла, а внутренняя колба может быть из титана, меди, стеклофарфора.

Остальные составляющие:

  • ТЭН. В некоторых моделях размещают два нагревателя. Это удобно, поскольку можно экономить электроэнергию, отключая один из них. Если ТЭН сломается, то второй продолжит работу.
  • Магниевый анод. Устанавливается для защиты нагревателя от накипи и коррозии. Магний предупреждает окисление железа, поэтому со временем постепенно оседает на дно. Также он притягивает накипь, поэтому ТЭН остается чистым. Рекомендуется . Как только деталь разрушается, начинает ржаветь бак.
  • Патрубок для подачи холодной воды.
  • Трубка горячей воды располагается так, что забор происходит из верхней части бака.
  • Предохранительный клапан. Регулирует давление внутри бака.
  • Термометр. Его показания видны на внешней части корпуса. С его помощью можно регулировать температуру.
  • Термостат. Служит для измерения нагрева воды. Как только отметка достигает заданных значений, он подает сигнал для отключения нагревателя. Внешняя часть находится снаружи (термореле) и позволяет включать и отключать нагрев.
  • Индикатор имеет связь с термостатом. Когда он загорается, это значит, что нагрев включен, тухнет — выключен.
  • Защитная крышка закрывает ТЭН от контакта с пользователем.
  • Специальные кронштейны позволяют крепить бойлер к стене.

Самые популярные марки: «Аристон» и «Термекс». Конструкции приборов практически не различаются.

Принцип работы накопительного водонагревателя

Как работает электрический бойлер? По специальному патрубку холодная вода набирается и накапливается в баке до определенного уровня. После чего начинается нагрев — в основном до 70-75 градусов.

Слишком высокие температуры способствуют выделению солей на ТЭНе и стенках бака.

Поворот термореле включает термостат, который в свою очередь запускает ТЭН. После того как температура воды достигает установленной, термостат отключает нагрев. Слой теплоизоляции и периодическое включение нагрева позволяют поддерживать показатели на заданном уровне. Может наблюдаться понижение лишь на 5-6 градусов.

После нагрева вода поступает по верхней трубке в накопительную емкость, а в нижний резервуар снова заливается холодная вода. Во время залива предохранительный клапан регулирует давление. Если оно достигает критической отметки, клапан открывается и снижает давление.

Устройство газового накопительного бойлера

Нагреватель может работать не только от электричества, но и от газа. Причем такое устройство позволяет сэкономить больше времени. Мощность работы газовых — 4-6 кВт, тогда как электрические выдают только 1,5-3 кВт.

Преимущества:

  • Благодаря накопительному баку теплой водой можно пользоваться в нескольких местам: ванная, кухня.
  • При желании можно дополнить прибор веткой рециркуляции. Тогда вода не сливается в канализацию, а используется повторно.
  • Газ является более доступным топливом.

Есть и минусы:

  • Высокая стоимость техники.
  • Сложная установка и подключение.
  • Установка дымохода.

Строение бака такое же, как у электрического бойлера, а внутренне наполнение:

  • Газовая горелка.
  • Дымоход.
  • Отверстие для забора холодной воды.
  • Труба, по которой отбирается горячая вода.

Схема работы идентична электрической технике, разница лишь в способах нагрева. Несмотря на высокую стоимость подключения, газовый прибор оправдывает себя низкой себестоимостью подогрева воды.

Объем бака

Важно правильно подобрать технику в соответствии с расходом вашей семьи. Если объем бака слишком большой, это приводит к неудобству при установке, не в каждом помещении его получится разместить. Чтобы не ошибиться, нужно рассчитать затраты:

  • Кухня. Для мойки посуды потребуется 6-18 литров.
  • Ванна. Набирая полную ванну, нужно учитывать, что горячая вода смешивается с холодной. Поэтому 60-120 литров.
  • Душ — 15-25 литров.
  • Раковина — 5-10 литров.

Если исходить из количества человек:

  • Один — 50-80 литров.
  • Два-три — 80-100 литров.
  • Четыре — 150-200 литров.

Жить без горячей воды плохо. Поэтому если дом не обеспечивается централизованно горячим водоснабжением, приходится устанавливать водонагреватель. Если жилье не оборудовано отоплением от котельной, ТЭЦ или подключение к сетям аппарата для подогрева воды невозможно по различным причинам используют бойлеры электрические (хотя такое название не вполне корректно оно уже прижилось, по правилам это просто водонагреватели). Рассмотрим подробнее принципы работы бойлеров, и их разновидности.

Как работает электрический бойлер для нагрева воды?

При прохождении тока через проводник обладающий сопротивлением, согласно закону Джоуля – Ленца он нагревается (вот формула определяющая соотношение параметров значений тепловой энергии и электрического тока согласно ему — Q=R*I 2 , здесь Q — тепловая энергия, R – сопротивление, I – ток). Располагая проводник в воде, выделяющееся тепло передается ей.

Хотя, надо отметить, на сегодня анонсированы водонагреватели, которые работают по принципу прямой передачи энергии (через микроволновое излучение) молекулам воды, но пройдет время пока они широко распространяться.

Следует отметить, все электрические бойлеры оборудуются системами контроля над температурой, они могут быть собраны как по простейшей схеме с помощью биметаллических выключателей, или быть более сложными вплоть до применения микропроцессоров.

Также почти все нагреватели, а особенно накопительные имеют системы защиты от чрезмерного давления, чаще всего это предохранительные клапана.

Классификация

Различают две разновидности электрических бойлеров для нагрева воды:


  1. Прямоточный бойлер, вода нагревается, проходя через теплообменники, обладающие большой площадью. Такие аппараты более компактны и подают тепло сразу после включения в сеть. Однако они имеют большую удельную электрическую мощность и во многих случаях требовательны к подходящей к ним проводке и защитным устройствам.
  2. Накопительный — здесь используются нагреватели меньшей мощности (следовательно, потребляющие меньший ток). Нагрев воды происходит не в проходящем потоке, а в емкости (которая обязательно снабжается теплоизоляцией). Преимущество такого устройства не только в меньшем токе который проходит через электронагреватели, но и в том что они легко справляются с пиковыми (например утром когда вся семья принимает душ и умывается) расходами воды. Также при широко внедряющейся дифференцированной оплате за электроэнергию (в ночные часы киловатт стоит меньше), использование их оправдано по экономическим причинам — вода может нагреваться, когда электросчетчик считает по минимальному тарифу (в ночное время). К минусам можно отнести их значительные габариты. Если вам нужен такой нагреватель, обязательно разберитесь с логикой работы его систем управления. От этого, а также от качества тепловой изоляции его корпуса зависит — сколько потребляет электроэнергии бойлер.

Что такое ТЭНы

Для того чтобы окончательно понять, принцип работы электрического бойлера нужно понять, как устроен ТЭН (это более правильная аббревиатура, хотя часто используется более подходящая для произношения в славянских языках ТЕН).

Расшифровка сокращения ТЭН — трубчатый электрический нагреватель. Он представляет собой трубу (металлическую, фарфоровую, стеклянную и т.п.) в которой расположен нагревательный элемент окруженный слоем термостойкого диэлектрика.

Их геометрические размеры и форма могут быть самой разнообразной — прямые, «U» — образные, согнутые в спираль. Разъемы или резьба для подключения электрического тока могут располагаться тоже по-разному либо на одном конце трубы либо на обоих. Стоит отметить, что этот прибор был изобретен и запатентован еще в середине позапрошлого века.

Принцип работы

Кроме того, что мы рассмотрели общий принцип работы электрических бойлеров, рассмотрим их отдельные разновидности. Причем оговоримся, различие это относится не столько к типу электронагревателей, классификацию которых мы уже разобрали, а больше к особенностям конструкции. Поэтому рассмотрим, отдельные особые виды электрических бойлеров, и то, как они работают, уделим каждому небольшой абзац. Хотя эти нагреватели от стандартных типов отличаются и не сильно, для того чтобы владеть ситуацией, с ними обязательно нужно ознакомиться.

Бойлеры электрические с сухим ТЭНом

Обычно ТЕН находится непосредственно в воде, а его соединение с корпусом отделяется герметизирующими прокладками. Однако есть разновидность называемая , в них нагревательные элементы находятся в полостях и изолированы от контакта с водой. Эти нагреватели более безопасны (есть двойная защита от проникновения потенциала, опасного для жизни в воду, которая все-таки является проводником) и в них могут применяться более дешевые тепловыделяющие элементы.

Еще один плюс таких аппаратов — простая замена самих греющих элементов, не требуются дополнительные прокладки можно просто снять вышедший из строя ТЭН и установить новый. Причем, нет разности какая это разновидность, такие водонагреватели гораздо проще в обслуживании.

Бойлер двухконтурный электрический

Этот аппарат предназначен для нагревания воды, как с помощью электрического тока, так и с помощью систем теплоснабжения. Главная особенность которую имеет, бойлер двухконтурный электрический — это то, что в нем кроме ТЭНов располагаются еще и теплообменники для горячего водоснабжения, работающие от отопления. Такой подход позволяет обеспечить жилье горячей водой, даже в период, когда не работают котельные или теплоэлектроцентрали.

Преимущество данной системы еще и в том, что нагрев воды электричеством всегда более дорог, чем использование тепловых сетей.
Чаще всего эти устройства снабжаются системой автоматики, которая позволяет не только переключать нагревательные элементы, но и при необходимости. Причем это может быть как бойлер , так и аппарат, работающий по накопительному принципу. Даже из-за того, что требуются для размещения двух типов большие размеры устройства, двухконтурные бойлеры чаще бывают накопительными.

Вкратце это все что можно рассказать о бойлерах греющих воду с помощью электроэнергии в небольшой статье. Хотя чтобы иметь исчерпывающую информацию об этой теме нужно постоянно следить за новинками, как в теплотехнике, так и в последних разработках электротехнических компаний. Но это уже тема для книги, а не статьи.

Видео: как правильно выбрать бойлер

Централизованное горячее водоснабжение в России требует обязательных ежегодных профилактических работ. Единственный способ сохранить горячую воду в период отключения — установка водонагревателя. Многие квартиры и загородные дома не обеспечены подачей горячей воды.

Для их владельцев наличие устройства для нагрева воды является обязательным. Информация о типах нагревателей и разновидностях устройства бойлеров поможет выбрать оптимальную модель.

    Показать всё

    Разновидности водонагревателей

    Все устройства нагрева воды можно разделить на две группы: проточные и накопительные. Проточные разновидности позволяют только временно решить проблему горячего водоснабжения. Использование их сопряжено с сокращением потребления воды.

    Принцип действия основан на скоростном нагреве жидкости, проходящей через нагревательный элемент. С помощью таких моделей не удастся нагреть воду выше шестидесяти градусов. Потребление электроэнергии чрезвычайно высокое.

    Накопительные водонагреватели не имеют подобных недостатков, но требуют наличия свободного места, достаточного для размещения крупногабаритной емкости.

    Они удобны в эксплуатации и позволяют пользоваться горячей водой с максимальным комфортом. В быту накопительный водонагреватель часто называют бойлером.

    Устройство накопительных электрических водонагревателей

    Бойлер косвенного нагрева устройство, принцип работы и схемы подключения

    Преимущества и недостатки бойлеров

    Именно накопительные водонагреватели используют при отсутствии централизованной системы подачи горячей воды. Пользоваться ими настолько удобно, что нередко их устанавливают даже для кратковременной эксплуатации в периоды отключения горячего водоснабжения. Этому способствует значительное количество преимуществ:

    Разумеется, как и любые другие устройства, бойлеры для нагрева воды имеют свои недостатки. Однако к особенностям эксплуатации таких приборов легко привыкнуть. Среди минусов можно выделить следующие:

    Способы нагрева

    Метод нагрева выбирается в зависимости от наличия определенного топлива и условий эксплуатации. Важную роль играет и удобство эксплуатации устройства. По источнику нагрева бойлеры делятся на четыре группы:

    Теоретически возможно применение жидкого топлива. Однако ввиду сложности конструкции этот метод не используется в серийно производимых агрегатах.

    Как работают водонагреватели накопительные электрические

    Особенности конструкций

    Принципиальная схема бойлера довольно проста. В зависимости от источника нагрева и дополнительных функций в составе устройства могут присутствовать те или иные элементы. Однако любая модель имеет три основные составляющие:

    Устройство бойлеров для нагрева воды любых конструкций предполагает автоматический контроль температуры. Современные модели позволяют произвольно задавать желаемую температуру с высокой точностью.

    Механизм работы

    Имеет смысл рассмотреть отдельно принцип работы электрического бойлера и газового водонагревателя. Механизм нагрева имеет общие черты, но тип энергоносителя влияет на некоторые особенности. Газовые агрегаты работают по следующей схеме:

    Электрические бойлеры работают по схожему алгоритму. Вместо подачи газа используется подключение ТЭНа к электрической сети. Регистрация температуры жидкости в баке осуществляется при помощи термопары. В случае снижения температуры на установленную величину автоматически включается подача электроэнергии к нагревателю. При хорошей теплоизоляции бака вода может долго сохранять температуру, что обеспечивает существенную экономию.

    Объем бака

    Важный параметр конструкции бойлера — объем бака для воды. Бытовые модели имеют емкость от 5 до 150 литров. Загородный дом позволяет без затруднений использовать довольно габаритные устройства. В ванных комнатах многоквартирных домов площадь часто ограничена. Поэтому выбору оптимального объема бака следует уделить особое внимание.

    Обычно средние и компактные модели бойлеров вполне способны удовлетворить большинство потребностей в личной гигиене, стирке и уборке дома. Выбор объема бака на основе визуального осмотра не обладает достаточной точностью. Современные дизайнерские решения дали возможность выглядеть компактно даже бакам существенной вместимости.

    Для правильного выбора модели стоит произвести расчет расхода воды и учесть индивидуальные особенности ее потребления. Упростить эту задачу поможет следующий алгоритм:

    Не следует забывать и о мощности нагрева. Если потребность в горячей воде велика, а площадь помещения не позволяет использовать бак большого объема, имеет смысл приобретать водонагреватель увеличенной мощности. Это позволит в максимально короткий срок провести нагрев холодной воды до требуемой температуры.

    Техника безопасности

    Водонагреватель любой конструкции требует тщательного соблюдения правил пожарной и электрической безопасности. Газовые модели представляют повышенную опасность вследствие возможного взрыва в результате утечки бытового газа. Для предотвращения опасных ситуаций следует неукоснительно соблюдать рекомендации по подключению и обслуживанию агрегата.

    Эксплуатация в условиях повышенной влажности и непосредственный контакт с водой — основные факторы риска при использовании электрических моделей. Бойлер устроен так, что большинство аварийных ситуаций предотвращается защитными системами. Однако действия автоматики не отменяют необходимость соблюдения элементарных требований электробезопасности.

    Все современные модели электрических бойлеров снабжены устройством защитного отключения. Эти узлы не просто предотвращают короткое замыкание, а прекращают подачу напряжения на агрегат в случае утечки тока на корпус прибора. Подобная система обеспечивает наилучшую защиту от поражения электрическим током.

    Заземление является обязательным условием эксплуатации электрического водонагревателя. Водопроводная вода — хороший проводник электричества, а человек непосредственно контактирует с водой, поступающей из включенного в сеть устройства. Риск поражения электрическим током при неправильном подключении агрегата чрезвычайно велик.

    Бойлер любой конструкции может стать отличной заменой централизованному горячему водоснабжению. Наиболее популярны газовые и электрические модели. Использование природного газа экономически выгодно в газифицированных домах.

    Эксплуатация электрических водонагревателей отличается максимальным удобством. Современные агрегаты характеризуются привлекательным внешним видом, удобным контролем температуры нагрева, эффективностью работы и наличием всех необходимых систем безопасности.

Как функционируют бойлеры накопительного типа? Принцип работы

При отсутствии системы централизованного горячего водоснабжения или во время проведения работ по ее профилактическому обслуживанию, выходом из ситуации может стать бытовой водонагреватель. Благодаря конструктивной простоте, удобству монтажа и использования, наибольшее распространение получили электрические бойлеры накопительного типа. Их модели отличаются формой, емкостью, мощностью нагревательного элемента (ТЭНа) и порядком подключения. Особой популярностью на отечественном рынке пользуется продукция брендов Термекс и Аристон.

Оглавление:

  1. Устройство и функционирование водонагревателя
  2. Нюансы безопасной эксплуатации
  3. Основы самостоятельного монтажа, советы специалистов

Принцип функционирования и свойства

Обычный электрический водонагреватель накопительного типа представляет собой классический термос. Он состоит из внутренней колбы, ТЭНа и внешнего корпуса из металла или прочного пластика. Так как принцип работы накопительного водонагревателя заключается в максимально быстром подъеме температуры и длительной поддержке ее на нужном уровне, свободное пространство между его наружной и внутренней частью заполняется теплоизолирующим материалом, чаще всего плотным пенополиуретаном. Чем толще его слой, тем эффективнее работа и меньше энергозатраты.

Традиционный бойлер оснащается устройствами контроля и управления нагревом, а некоторые модели — переключателями мощности. Термостаты, используемые компанией Термекс, позволяют гибко регулировать температуру в диапазоне от +7 до +75 ºС, а водонагреватель Аристон имеет увеличенный верхний порог до +85 ºС. В момент достижения установленного значения, ТЭНы отключаются от электрической сети, а при остывании жидкости в накопителе — вновь включаются в работу. Практически каждый бойлер премиального уровня имеет встроенную систему защиты от замерзания. Принцип работы прибора напорного типа прост: при открытии крана смесителя, горячая вода из верхней части накопительной колбы выталкивается наружу напором холодной, поступающей снизу. Чтобы не допустить смешивания слоев с разной температурой, над подающим патрубком располагается защитный козырек.

Линейка водонагревателей Термекс предлагает расширенный выбор накопительных емкостей, объемом от 10 до 300 литров, а в модельном ряду Аристон предел — 100 литров. Чтобы воспрепятствовать развитию коррозии, производители используют различные технологии защиты внутренней колбы. В водонагреватель Аристон внедряют термостойкие эмалевые составы, а в Термекс — элементы из нержавеющей стали. Последние дополнительно покрывают биостойким стеклофарфором. Самым уязвимым местом любых накопительных баков, даже нержавеющих, являются сварные швы. К тому же, применение особо стойких сортов стали делает бойлер слишком дорогим, а производители предпочитают экономить.

Комплект безопасности

В связи с тем, что принцип работы водонагревателя связан с неблагоприятными внутренними электрохимическими процессами, для их нейтрализации используют специальный магниевый анод. Обладая более низким электрическим потенциалом (по сравнению со сталью накопителя и медью ТЭНа), он играет роль элемента, постепенно разрушающегося вместо них. В зависимости от химического состава жидкости и концентрации солей, рекомендуется менять его каждые 1–2 года. Это достаточно трудоемкая работа: необходимо отключить водонагреватель от сети, опустошить бак и демонтировать фланец, поэтому чаще всего она выполняется мастером из сервиса. Так как магниевые аноды отличаются физическими размерами и диаметром шпильки, лучше их приобретать в фирменном магазине производителя.

Для правильного функционирования накопительный электрический водонагреватель требует установки на канал подачи холодной воды группы безопасности, включающей в себя обратный и предохранительный клапаны. Работа первого — блокирование слива водонагревателя при прекращении подачи жидкости из центральной магистрали, что может привести к перегреву и выходу из строя ТЭНа. Второй выравнивает внутреннее давление в накопительной колбе, вызванное тепловым расширением. Обычно обратный и предохранительный клапаны конструктивно объединяются в единое устройство, входящее в комплект поставки.

Тонкости самостоятельной установки

Схема монтажа, а также технические условия, при которых водонагреватель накопительного типа включается в работу, указаны в сопроводительной документации производителя. Их невыполнение приводит к потере права на бесплатное гарантированное обслуживание в случае выхода системы из строя. В первую очередь надо выбрать место, где будет установлен бойлер. Главный принцип — это удобство доступа для проведения профилактического обслуживания и ремонта.

Штатная работа накопительного водонагревателя вызывает рост внутри него избыточного давления пара, который затем конденсируется и удаляется из сливного отверстия предохранительного клапана в виде капель. Ввиду этого, к нему необходимо подсоединить дренажную трубку, а ее свободный конец вывести в канализацию. Рекомендуется также установить на входе водонагревателя (накопительного) фильтр грубой или тонкой механической очистки жидкости от взвеси и мусора. При избыточной концентрации солей поможет специальный фильтр умягчения. Стандартная схема монтажа коммуникаций предполагает использование жестких полипропиленовых (диаметр 20 или 25 мм) или металлопластиковых труб (16 или 22 мм).

Не желательно выбирать гибкие резиновые шланги в металлической оплетке из-за их узкого сечения и недолговечности. Обычный бытовой водонагреватель накопительного типа, объемом до 100 л, потребляет от 1,2 до 2 кВт мощности. Если он не оборудован штатным проводом, то для подсоединения к сети рекомендуется трехжильный кабель, сечением не менее 1,5 мм2. Так как работа накопительного электрического водонагревателя связана с потенциальной опасностью поражения током, то схема его подключения подразумевает проведение отдельной силовой линии от щитка питания и оборудование ее дифференциальным автоматом или УЗО.

 

% PDF-1.7 % 715 0 объект > эндобдж xref 715 161 0000000016 00000 н. 0000004835 00000 н. 0000005104 00000 п. 0000005131 00000 п. 0000005180 00000 н. 0000005309 00000 н. 0000005367 00000 н. 0000005809 00000 н. 0000005926 00000 н. 0000006043 00000 н. 0000006160 00000 п. 0000006277 00000 н. 0000006394 00000 н. 0000006511 00000 н. 0000006655 00000 н. 0000006799 00000 н. 0000006947 00000 н. 0000007095 00000 н. 0000007244 00000 н. 0000007388 00000 н. 0000007539 00000 н. 0000007619 00000 н. 0000007699 00000 н. 0000007779 00000 п. 0000007859 00000 п. 0000007940 00000 п. 0000008020 00000 н. 0000008100 00000 н. 0000008179 00000 н. 0000008259 00000 н. 0000008338 00000 п. 0000008418 00000 н. 0000008499 00000 н. 0000008580 00000 н. 0000008660 00000 н. 0000008740 00000 н. 0000008819 00000 н. 0000008899 00000 н. 0000008978 00000 н. 0000009058 00000 н. 0000009137 00000 п. 0000009217 00000 п. 0000009296 00000 н. 0000009376 00000 п. 0000009457 00000 н. 0000009536 00000 н. 0000009616 00000 н. 0000009695 00000 н. 0000009775 00000 н. 0000009856 00000 н. 0000009935 00000 н. 0000010015 00000 п. 0000010094 00000 п. 0000010174 00000 п. 0000010255 00000 п. 0000010334 00000 п. 0000010415 00000 п. 0000010495 00000 п. 0000010575 00000 п. 0000010654 00000 п. 0000010735 00000 п. 0000010815 00000 п. 0000010896 00000 п. 0000010976 00000 п. 0000011057 00000 п. 0000011137 00000 п. 0000011218 00000 п. 0000011298 00000 п. 0000011378 00000 п. 0000011457 00000 п. 0000011536 00000 п. 0000011616 00000 п. 0000011694 00000 п. 0000011773 00000 п. 0000011852 00000 п. 0000011930 00000 п. 0000012010 00000 п. 0000012090 00000 н. 0000012170 00000 п. 0000012250 00000 п. 0000012330 00000 п. 0000012410 00000 п. 0000012490 00000 п. 0000012571 00000 п. 0000012651 00000 п. 0000012731 00000 п. 0000012811 00000 п. 0000012891 00000 п. 0000012971 00000 п. 0000013217 00000 п. 0000013777 00000 п. 0000014089 00000 п. 0000014586 00000 п. 0000014746 00000 п. 0000014980 00000 п. 0000021548 00000 н. 0000022092 00000 п. 0000022466 00000 п. 0000022881 00000 п. 0000027986 00000 п. 0000028384 00000 п. 0000028780 00000 п. 0000029062 00000 н. 0000029140 00000 п. 0000029359 00000 н. 0000030330 00000 п. 0000031392 00000 п. 0000031896 00000 п. 0000037007 00000 п. 0000037401 00000 п. 0000037788 00000 п. 0000038057 00000 п. 0000039029 00000 н. 0000039647 00000 п. 0000040241 00000 п. 0000041360 00000 п. 0000041715 00000 п. 0000042397 00000 п. 0000042694 00000 п. 0000042780 00000 п. 0000043299 00000 н. 0000043537 00000 п. 0000044640 00000 п. 0000045522 00000 п. 0000045844 00000 п. 0000068838 00000 п. 0000085336 00000 п. 0000085882 00000 п. 0000086094 00000 п. 0000086389 00000 п. 0000086457 00000 п. 0000087689 00000 н. 0000087928 00000 п. 0000088263 00000 п. 0000088359 00000 п. 0000089920 00000 н. 00000 00000 п. 00000

00000 п. 00000

00000 п. 00000 00000 п. 00000 00000 п. 00000 00000 п. 0000091376 00000 п. 0000091465 00000 п. 0000091556 00000 п. 0000091660 00000 п. 0000091760 00000 п. 0000091931 00000 п. 0000092048 00000 п. 0000092163 00000 п. 0000092332 00000 п. 0000092441 00000 п. 0000092539 00000 п. 0000092675 00000 п. 0000092805 00000 п. 0000092931 00000 п. 0000093069 00000 п. 0000093217 00000 п. 0000093339 00000 п. 0000004663 00000 н. 0000003589 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 875 0 объект > поток x ڬ U] L [UKKi + ecel & N} d) jpiP_NRhh + [* E \,%} fC% & fH \ LL | EÓ48

Патент США на патент на интегральный ингибитор извести (Патент №5,341,770, выдан 30 августа 1994 г.)

Уровень техники

Данное изобретение относится к водонагревателю, имеющему встроенную систему предотвращения образования извести, которая предотвращает накопление отложений на внутренних поверхностях водонагревателя.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Накопление отложений представляет собой серьезную проблему, которая беспокоит владельцев и производителей как газовых, так и электрических водонагревателей. Нагревание воды способствует выпадению осадка. Горячие точки могут существовать вдоль дымохода (в газовом водонагревателе) и рядом с камерой сгорания газового водонагревателя. Накопившийся осадок имеет тенденцию затвердевать, образуя накипь на различных поверхностях резервуара, что снижает эффективность водонагревателя и, во многих случаях, приводит к поломке.Хотя некоторое количество накопившегося осадка можно частично удалить с помощью обычной промывки, это редко выполняется с какой-либо регулярностью.

Соответственно, важной задачей настоящего изобретения является минимизация или предотвращение накопления осадка в баках водонагревателя.

Хотя были предложены устройства для предотвращения накопления отложений, каждое из этих устройств показало неадекватную работу или столкнулось с другими существенными недостатками. Тот, который раскрыт в патенте США No. № 3,762,395, адресованный Тейлору, требует особой ориентации, прежде чем она сможет помочь в уменьшении накопления наносов.При неправильной установке такие устройства не дадут желаемого эффекта и могут даже преувеличить накопление осадка.

Некоторые производители водонагревателей пытались использовать устройства кольцевой формы, такие как устройство, раскрытое в патенте США No. № 4 157 077 на имя Lindahl. Они имеют сложную конструкцию, дороги в производстве и сложны в установке. Более того, их сложные и извилистые манипуляции с потоком воды ограничивают поток воды, когда она поступает в резервуар для хранения воды.

Другие устройства предшествующего уровня техники, такие как устройство, раскрытое Куком в патенте США No. В US 4257355 используется входная труба для холодной воды, имеющая обращенные наружу сопла на трубе и закрытый конец, чтобы направлять поток воды на нижнюю поверхность резервуара для хранения воды. Эти устройства полагаются на силу потока воды для «взрыва» внутренних поверхностей резервуаров для хранения воды.

Наконец, модифицированные погружные трубки, такие как раскрытая в патенте США No. № 4898150 перенаправляет входящий поток воды, пытаясь создать водоворот на дне водонагревателя.Однако такие устройства ограничивают поток воды в резервуар для хранения воды и фактически направляют поток воды от дна резервуара.

Другие недостатки связаны с устройствами предшествующего уровня техники, предназначенными для уменьшения накопления осадка в резервуарах для хранения воды.

Соответственно, существует большой и пока неудовлетворенный спрос на систему, которая предотвращает накопление отложений на внутренних поверхностях резервуаров для хранения воды без чрезмерного увеличения производственных затрат, или требует специальной ориентации внутри резервуара для хранения воды, или ограничения потока воды. в резервуар для воды.

ОБЪЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является создание встроенной системы ингибирования извести для водонагревателей, способной ограничивать или предотвращать накопление отложений на внутренних поверхностях резервуаров для хранения воды.

Другой целью изобретения является создание недорогой и стандартизированной интегрированной системы ингибирования извести для водонагревателей.

Еще одной целью изобретения является создание встроенной системы ингибирования извести для водонагревателей, способной подавать воду в резервуары для хранения воды без существенного ограничения потока воды.

Еще одной целью изобретения является создание устройства для предотвращения образования извести для водонагревателей, которое может быть установлено горизонтально, вертикально или в любой другой ориентации внутри резервуаров для хранения воды.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание интегрированной системы предотвращения образования извести для водонагревателей, которая обеспечивает улучшенную подачу горячей воды за счет выполнения функции смешивания воды в резервуаре для хранения воды.

Еще одна цель этого изобретения — предоставить интегрированную систему ингибирования извести для водонагревателей, которая действует для минимизации требований к техническому обслуживанию водонагревателя, уменьшения потребности в энергии для повторного нагрева воды для замены забираемой горячей воды и продления срока службы водонагревателя. накопительный бак водонагревателя.

Еще одной целью этого изобретения является создание интегрированной системы ингибирования извести для водонагревателей, которая обеспечивает по существу равномерное распределение тепла по резервуару для хранения воды и снижает образование штабелей.

Другие цели и преимущества настоящего изобретения станут очевидны специалистам в данной области техники из прилагаемых чертежей, из которых:

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 представляет собой вид сбоку в разрезе газового водонагревателя, имеющего встроенную систему ингибирования извести, воплощающую признаки этого изобретения,

РИС.2 представляет собой вид сбоку встроенного устройства для предотвращения образования извести, включая впускной канал для воды с выемками в форме улыбки,

РИС. 3 — вид сверху встроенного устройства для предотвращения образования извести, показанного на фиг. 2,

РИС. 4 — вид сбоку встроенной системы ингибирования извести, показанной на фиг. 2,

РИС. 5 представляет собой вид сбоку другого варианта реализации интегрированной системы ингибирования извести, имеющей бороздчатые выемки,

РИС. 6 — вид сверху встроенного устройства для предотвращения образования извести, показанного на фиг.5,

РИС. 7 — вид сбоку в разрезе встроенного устройства для предотвращения образования извести, показанного на фиг. 5,

РИС. 8 представляет собой вид сбоку наилучшего варианта воплощения интегрированной системы ингибирования извести, включающей комбинированные выемки в форме улыбки и хмурого взгляда,

РИС. 9 — вид сверху встроенного устройства для предотвращения образования извести, показанного на фиг. 8,

РИС. 10 — вид спереди детали выемки в форме улыбки во встроенном устройстве для предотвращения образования извести, показанном на фиг.8 обозначена деталью «А»,

РИС. 11 — вид сбоку в разрезе выемки в форме улыбки, показанной на фиг. 10, определенный разделом «AA»,

РИС. 12 — вид спереди бороздчатой ​​выемки во встроенном устройстве для предотвращения образования извести, показанном на фиг. 8, как обозначено деталью «B» на фиг. 8,

РИС. 13 — вид сбоку в разрезе выемки в форме бугорка, показанной на фиг. 12 согласно определению Раздела «BB»,

РИС. 14 — вид сбоку в разрезе выемки в форме улыбки, иллюстрирующий структуры потока воды, вызванные выемкой, и

РИС.15 — вид сбоку в поперечном разрезе выемки в форме бугорка, иллюстрирующий поток воды, создаваемый этой выемкой.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение относится к системе подачи воды для водонагревателей, содержащей впускную трубу для холодной воды, имеющую дефлекторы потока или смесительные элементы, сформированные в стенке впускной трубы для холодной воды для преобразования ламинарного и переходного потока в турбулентный поток. Эти дефлекторы потока уменьшают толщину пограничного слоя вдоль стенки входной трубы для холодной воды почти до нуля, вызывая турбулентный поток в трубе и увеличивая число Рейнольдса потока воды, когда он входит в резервуар для хранения воды.Этот турбулентный поток нарушает осажденный осадок и задерживает осадок в воде, так что его можно удалить горячей водой, забираемой из водонагревателя при нормальном потреблении, тем самым снижая требования к техническому обслуживанию, чрезмерное потребление энергии и продлевая срок службы водонагревателя.

Дефлекторы потока также создают турбулентный поток и способствуют циркуляции воды в резервуаре для хранения воды. Повышенная циркуляция воды неожиданно снижает нежелательное «скопление», которое происходит, когда частые небольшие затяжки создают температурные слои и повышенные температуры в верхней части водонагревателя.Новая система также неожиданно увеличивает тепловую мощность водонагревателя.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Нижеследующее описание предназначено для ссылки на конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированные на чертежах. Хотя для иллюстрации на чертежах был выбран газовый водонагреватель, турбулирование поступающей воды очень эффективно в электрических и других водонагревателях. Это описание не предназначено для определения или ограничения объема изобретения, который определяется отдельно в следующей формуле изобретения.

Ссылаясь на фиг. 1 газовый водонагреватель 10 имеет резервуар для воды 11 с головкой 12 резервуара и дном 13 резервуара. Резервуар 11 для воды окружен изолирующим слоем 14 и внешней рубашкой 15. Головка 12 резервуара покрыта изолирующим слоем. 16, который заключен в верхнюю часть рубашки 17. Выпускное отверстие 18 для слива воды позволяет сливать воду из резервуара 11 для воды, а анод 19 жертвует собой, чтобы защитить резервуар для воды 11.

Газовая горелка 20 в камере 21 сгорания принимает газообразный продукт сгорания из линии 22 подачи газа.Источник воспламенения 23 вместе с линией 22 подачи газа проходит от средства управления 24, имеющего погружной стержень 25. Дымовая труба 26, имеющая перегородку 27, позволяет отводить выбросы горения из камеры 21 сгорания. Впускное отверстие 28 для воды и выпускное отверстие 29 для горячей воды продолжаются от головки 12 бака, изолирующего слоя 16 и верхней части 17 рубашки. Впускное отверстие 28 для холодной воды может необязательно иметь ниппель и / или тепловую ловушку.

Впускная труба 30 для холодной воды прикреплена к впускному отверстию 28 для холодной воды.Впускная труба 30 для холодной воды имеет специальную конфигурацию в соответствии с настоящим изобретением и имеет дефлекторы или турбулизаторы потока воды 34 и / или 44, которые будут описаны более подробно.

Ссылаясь на фиг. 2, входная трубка 30 для холодной воды имеет дальний конец 32, стенку 33, длину а и внутренний диаметр b. Дефлекторы потока в соответствии с настоящим изобретением показаны в виде выемок 34 в форме улыбки, образованных в стенке 33 встроенного устройства 30 для предотвращения образования извести и образованных с интервалами d, начиная с точки c от дальнего конца трубки 30.Выемки 34 в форме улыбки сформированы в стенке 33 трубки 30 (и сквозь нее) и заканчиваются на расстоянии e от дальнего конца трубки 30.

Ссылаясь на фиг. 2 и 3, трубка 30 имеет толщину стенки f и выемки 34 в форме улыбки, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга под углом & alpha;. В этом варианте осуществления группа из трех выемок 34 в форме улыбки имеет общие плоскости, разделенные в осевом направлении расстоянием d между насечки 34; три выемки 34 в форме улыбки в каждой плоскости разделены углом.альфа. то есть примерно 120 °.

Как показано на фиг. 4 каждая выемка 34 в форме улыбки имеет верхнюю кромку 35 и нижнюю кромку 36 в стенке 33 с отверстиями 34 (a), полностью проходящими через стенку 33. Нижняя кромка 36 проходит дальше к центральной линии трубки 30, чем верхняя кромка. губа 35.

Ссылаясь на фиг. 5 проиллюстрированный вариант осуществления снабжен бороздчатыми выемками 44, сформированными в стенке 33 трубки 40, образованными на расстоянии c от дальнего конца и разделенными в осевом направлении расстоянием d, причем последний из них находится на расстоянии e от дальнего конца. конец трубки 40.

Ссылаясь на фиг. 6, стенка 33 имеет толщину f, а выемки 44 в форме бугорка расположены на равном расстоянии под углом & alpha;. В соответствии с этим вариантом осуществления три паза 44 в форме бугорка разделяют каждую плоскость и разделены углом & alpha; . приблизительно 120 °.

Ссылаясь на фиг. 7, каждая выемка 44 в форме бугорка включает верхнюю кромку 45 и нижнюю кромку 46, сформированные в стенке 33 с отверстиями 44 (а), полностью проходящими через стенку. В отличие от вырезов 34 в форме улыбки, показанных на фиг.4, верхняя кромка 45 проходит дальше к центральной линии устройства 40, чем нижняя кромка 46.

Трубки 30 и 40 могут быть из различных материалов и размеров, но для многих применений предпочтительно образовывать полипропиленовые трубки, имеющие внешний диаметр b ‘примерно 0,750 дюйма и толщину стенки f примерно 0,050 дюйма. Устройства 30 и 40 для предотвращения образования извести предпочтительно имеют открытый конец на их дальнем конце. Кроме того, расстояние d между выемками 34 или 44 может меняться, становясь меньше по направлению к дальнему концу трубки 30 или 40.Расстояние d между пазами 34 и 44 предпочтительно связано с внешним диаметром b трубки 30 или 40.

Например, трубка 30 может иметь около 10 групп из трех выемок 34 в форме улыбки на расстоянии c 7,5 дюйма в дистальном конце 32. Десятая, девятая и восьмая группы выемок 34 в форме улыбки, сформированные в Самая верхняя часть дистальной концевой части 32 может быть предпочтительно разделена расстоянием d приблизительно 1,5 дюйма, что примерно в два раза больше предпочтительного наружного диаметра b трубки 30.Восьмая, седьмая, шестая, пятая и четвертая группы предпочтительно могут быть разделены расстоянием d, соответствующим внешнему диаметру b, или приблизительно 0,750 дюйма. Четвертая, третья, вторая и первая группы выемок 34 в форме улыбки расположены ближайший к низу дистальной концевой части 32 может быть предпочтительно разделен расстоянием d, соответствующим половине внешнего диаметра b трубки 30, или приблизительно 0,375 дюйма. Соответственно, расстояние е между первой группой прорезей 34 в форме улыбки и дальним концом трубки 30 предпочтительно может составлять приблизительно 0.375 «.

Точно так же трубка 40 предпочтительно имеет любое количество, например 10 групп по три бугорчатых выемки 44 на расстоянии с 8 дюймов в дистальной концевой части 32 трубки 40. Десятая, девятая и восьмая группы нахмуренных губ — фасонные выемки 44, сформированные в самой верхней части участка 32 дистального конца, предпочтительно разделены расстоянием d приблизительно 1,5 дюйма, что соответствует удвоенному предпочтительному внешнему диаметру b. Восьмая, седьмая, шестая, пятая и четвертая группы предпочтительно разделены расстоянием d, соответствующим внешнему диаметру b или приблизительно 0.750 дюймов. Четвертая, третья, вторая и первая группы бороздок 44 предпочтительно разделены расстоянием d, соответствующим половине наружного диаметра b трубки 40, или приблизительно 0,375 дюйма. Соответственно, расстояние е между первой группой бороздок 44 и дальним концом 40 предпочтительно составляет приблизительно 0,875 дюйма. Конечно, можно использовать различные другие соотношения и интервалы.

Наилучший режим этого изобретения будет описан со ссылкой на фиг. 8-15 и обозначен цифрой 50.Трубка 50 имеет как выемки 34 в форме улыбки, так и выемки 44 в форме бугорка, разделенные расстояниями D 1, D 2 и D 3 друг от друга и отделенные от дальнего конца трубки. 50 на расстояние e. Расстояния D 1, D 2 и D 3 приблизительно пропорциональны внутреннему диаметру b трубки 50. Предпочтительно, чтобы D 1 равнялось 1,5 дюйма, D. 2 равно 1 дюйм, а D 3 равно 0,5 дюйма. Расстояние е от дальнего конца трубки 50 предпочтительно составляет 0,75 дюйма. В предпочтительном варианте осуществления трубка 50 имеет десять групп выемок, шесть групп выемок 34 в форме улыбки и четыре группы выемок 44 в форме бугорка.Вырезы 34 или 44 внутри каждой группы разделены углом α. которая предпочтительно составляет 120 °, а выемки 34 или 44 соседних групп образуют линию вдоль стенки трубки 50. В этом предпочтительном варианте осуществления трубка 50 предпочтительно имеет внутренний диаметр b приблизительно 0,625 дюйма и внешний диаметр b ‘примерно 0,75 дюйма.

Ссылаясь на фиг. 10, выемка 34 в форме улыбки имеет отверстие 34 (a), верхнюю губу 35 и нижнюю губу 36. Вырез 34 в форме улыбки имеет ширину w, определяемую как расстояние от нижней части нижней губы 36. до нижней части верхней губы 35, примерно на 0.075 дюймов. Паз 34 в форме улыбки также имеет расстояние g, измеренное от нижней части верхней губы 35 до самых верхних краев отверстия 34 (а), составляющее приблизительно 0,053 дюйма. Длина 1 выемки 34 в форме улыбки составляет приблизительно 0,380 дюйма, а радиусы R 1, R 2 и R 3 составляют 0,250 дюйма, 0,219 дюйма и 0,027 дюйма соответственно.

Ссылаясь на фиг. 11, в трубке 50 в лучшем варианте исполнения имеется отверстие 34 (a), имеющее высоту h приблизительно 0,035 дюйма. Нижняя кромка 36 выемки 34 в форме улыбки проходит в трубку 50 и по направлению к центральной линии CL на расстояние я примерно 0.135 дюймов. Кривизна нижней кромки 36 имеет радиус R 4 приблизительно 0,188 дюйма. Верхняя кромка 35 выемки 34 в форме улыбки остается по существу плоской по отношению к стенке 33 трубки 50.

Ссылаясь на фиг. 12, бороздчатые выемки 44 в трубке 50 имеют отверстия 44 (a), верхнюю кромку 45 и нижнюю кромку 46. Ширина w между самым верхним краем нижней кромки 46 и самым верхним краем верхняя кромка 45 составляет приблизительно 0,075 дюйма. Расстояние g между самой нижней кромкой отверстия 44 (а) и самой верхней кромкой нижней кромки 46 составляет примерно 0.053 «. Радиусы R 1, R 2 и R 3 предпочтительно составляют 0,250», 0,219 «и 0,027» соответственно. Длина 1 бороздки 44 составляет приблизительно 0,380 дюйма.

Ссылаясь на фиг. 13, верхняя кромка 45 бороздчатой ​​выемки 44 проходит в трубку 50 и по направлению к центральной линии CL на расстояние i примерно 0,135 дюйма, а радиус R 4 верхней кромки 45 составляет примерно 0,188 дюйма. Отверстие 44 (a), закрытое выемкой 44 в форме бугорка, имеет высоту h приблизительно 0.035 дюймов, а нижняя кромка 46 бороздчатой ​​выемки 44 остается по существу плоской по отношению к стенке 33 трубки 50.

Снова обратимся к фиг. 1 и 8 будет описана работа устройства для предотвращения образования извести согласно настоящему изобретению применительно к газонагревателю. Осадок имеет тенденцию образовываться на внутренних поверхностях резервуара 11 для воды, особенно вдоль нижней поверхности дымоходной трубы 26 и на поверхности дна 13 резервуара, прилегающей к камере сгорания.В обычных водонагревателях необходимо было периодически сливать воду из бака 11 через выпускное отверстие 18, пытаясь удалить вместе с водой хотя бы некоторый осадок. Эта процедура требовала режима периодического обслуживания, а также прерывания использования водонагревателя и ненужной траты энергии.

Благодаря встроенному устройству 50 для предотвращения образования извести, установленному на впускном отверстии 28 для холодной воды газового водонагревателя 10, вместо воды с ламинарным потоком используется турбулентная вода для уменьшения или устранения проблемы образования накипи.Более конкретно, когда вода проходит через встроенное устройство 50 для предотвращения образования извести, выемки 34 в форме улыбки и выемки 44 в форме бугорка перенаправляют поток воды. Это вызывает турбулентный поток в широком диапазоне скоростей потока. Увеличенное число Рейнольдса воды настолько велико, что преобразовывает ламинарный и переходный поток в турбулентный поток.

РИС. 14 иллюстрирует структуру потока воды, вызванную выемкой 34 в форме улыбки. Поток воды A выходит через отверстие 34 (a) в выемке 34 в форме улыбки, тем самым позволяя уменьшить ламинарный поток пограничного слоя за счет выхода из устройства, препятствующего образованию извести. 50.Поток воды B отклоняется выемкой 34 в форме улыбки, чтобы вызвать внутреннее вращательное действие, которое создает переходный поток внутри устройства 50 для предотвращения образования извести. Поток воды C представляет собой переходный период от ламинарного к турбулентному потоку в результате уменьшения ламинарного потока A в пограничном слое и взаимодействие с потоком воды Б.

РИС. 15 иллюстрирует структуру потока воды, создаваемую выемкой 44 в форме бугорка. Поток A ‘воды направлен в выемку 44 в форме бугорка, что создает увеличение импульса внутреннего вращательного действия, вызываемого верхней губой 45.Водяной поток B ‘отклоняется бороздкой 44 для создания турбулентного потока воды за счет расширения противовращательного действия внутри устройства 50 для предотвращения образования извести. Водяной поток C’ представляет турбулентный поток, возникающий в результате взаимодействия между водяными потоками A ‘и B’ . Также предполагается, что вода может попасть в устройство 50 для предотвращения образования извести через отверстие 44 (a) в бороздчатой ​​выемке 44.

Введение турбулентной воды в резервуар для воды 11 дает несколько существенных преимуществ.Он создает турбулентность внутри резервуара, чтобы нарушить осаждение и осаждение прикрепленного и рыхлого осадка и приостановить его в циркулирующей воде. В свою очередь, частицы взвешенного осадка удаляются из резервуара для воды с горячей водой, когда горячая вода набирается. Это повышает эффективность и увеличивает срок службы резервуара. Эта функция также недорого и резко снижает потребность в периодическом обслуживании.

Это изобретение неожиданно увеличивает мощность водонагревателя, которая, согласно U.S. Министерство энергетики, обычно измеряется в терминах «рейтинга первого часа», который определяется частично тестированием и частично расчетом. В тесте прямого сравнения между стандартной погружной трубкой и встроенной трубкой, предотвращающей извлечение извести, согласно настоящему изобретению, с помощью этого изобретения было достигнуто значительное улучшение рейтинга первого часа, как показано в следующем примере.

ПРИМЕР 1

Сертифицированная погружная трубка с открытым концом была испытана в водонагревателе, имеющем расстояние 36 дюймов от основания резервуара для воды до дна штуцера.Сертифицированный узел погружной трубки имел длину 26,25 дюйма и заканчивался на расстоянии 11,75 дюйма от дна резервуара для воды. После двух прогонов первого часа рейтингового теста в соответствии с процедурой Министерства энергетики средний рейтинг первого часа для сертифицированной погружной трубки с открытым концом был рассчитан и составил 56,1 галлона.

Те же испытания были проведены также в резервуаре для воды, имеющем расстояние 36 дюймов от его основания до дна штуцера, со встроенным устройством для предотвращения образования извести по настоящему изобретению, заменяющим сертифицированную погружную трубку с открытым концом.Интегральное устройство для предотвращения образования извести было изготовлено согласно фиг. 2 и имел 10 групп по 3 выемки в форме улыбки, разделенных на 120 °. Десятая, девятая и восьмая группы выемок в форме улыбки были разделены расстоянием d 1,5 дюйма. Восьмая, седьмая, шестая, пятая и четвертая группы выемок в форме улыбки были разделены расстоянием d 0,75 дюйма. Четвертая, третья, вторая и первая группы выемок в форме улыбки были разделены расстоянием d 0,375 дюйма, а первая группа выемок была расположена на расстоянии е, равном 0.375 дюймов от дистального конца встроенного устройства для предотвращения образования извести. Дистальный конец встроенного устройства для предотвращения образования извести заканчивается на расстоянии 4 дюйма от дна резервуара для воды. После проведения двух первых часовых рейтинговых испытаний в соответствии с процедурой Министерства энергетики была рассчитана средняя оценка за первый час в 59,2 галлона. Эти результаты представляют собой улучшение примерно на 5% в течение первого часа по сравнению с сертифицированными погружными трубками с открытым концом.

Эти первые часовые рейтинговые испытания были повторены с использованием варианта воплощения встроенного устройства для предотвращения образования извести, показанного на фиг.8-13, имеющий размеры, соответствующие описанному выше варианту наилучшего режима. Эти испытания показали увеличение первого часа работы примерно на 7% по сравнению с сертифицированными погружными трубками с открытым концом.

Значительное увеличение первого часа работы, продемонстрированное новой встроенной системой ингибирования извести, представляет собой повышение эффективности водонагревателя. Это позволяет сократить время нагрева, тем самым уменьшая выбросы NOx газовых водонагревателей, уменьшая образование отложений (чему способствует нагрев) и обеспечивая значительную экономию энергии.

Увеличение циркуляции турбулентной воды также снижает поверхностное кипение в горячих точках внутри резервуара для воды. Например, как показано на фиг. 1, поверхностное кипение может происходить в газовом водонагревателе вдоль поверхности дымовой трубы 26 и вдоль дна резервуара 13. Поверхностное кипение ускоряет осаждение и затвердевание отложений, а увеличение циркуляции воды снижает дополнительное осаждение и отверждение отложений, связанное с этим. с поверхностным кипением.

Кроме того, турбулентный поток, достигаемый с помощью этого изобретения, уменьшает «накопление», когда горячая вода периодически забирается из системы водонагревателя в небольших количествах.Когда горячая вода хранится в изолированном резервуаре с течением времени, появляются полосы или слои, образуя слои с самым горячим слоем вверху и самым холодным слоем внизу. Повторяющиеся небольшие затяжки вызывают повторные циклы нагрева, каждый из которых имеет тенденцию к увеличению температуры воды в верхнем слое, особенно в газовых водонагревателях, имеющих дымоходные трубы, проходящие через хранимую горячую воду, иногда достигая температуры значительно выше заданной заданной заданной температуры. на термостате.Поскольку повышенные температуры часто ускоряют осаждение и затвердевание отложений, эффект накопления также имеет тенденцию усугублять проблему скопления отложений.

Так называемый «эффект штабелирования» регулируется с точки зрения «пределов температуры нагревателя хранения». Процедура тестирования эффекта суммирования изложена в разделе 2.13.1 стандарта ANSI Z21.10.1. Эта процедура резюмируется следующим образом.

Водонагреватель оснащен термостатом, откалиброванным между 155 и 160 F, а средства регулировки температуры на термостатах с регулируемыми функциями установлены напротив верхнего упора.Водонагреватель заполнен водой при температуре 65 ± 5 ° F, а на выходном патрубке накопительной емкости установлен быстродействующий клапан. Устройство ограничения потока, отрегулированное или сконструированное таким образом, чтобы поддерживать скорость потока 3 галлона в минуту во время периодов пробного отбора, подключено к выпускному отверстию клапана. Ртутный термометр или термопара помещается в поток выходящего потока, а термопара также находится в резервуаре для хранения на уровне термостата. Регулятор давления воды помещается между впускным патрубком емкости для хранения и линией подачи воды и регулируется так, чтобы при постоянной скорости потока 3 галлона в минуту давление на впускном патрубке составляло 40 фунтов на квадратный дюйм.Во время испытания температура воды на входе поддерживается на уровне 65 ± 5 ° F.

Водонагреватель работает при нормальном контрольном давлении на входе до тех пор, пока термостат не снизит подачу газа к горелке (горелкам) до минимума. Затем вода сразу же набирается с указанной скоростью до тех пор, пока термостат не сработает, а максимальная температура на выходе записывается как максимальная начальная температура. Эта операция повторяется до тех пор, пока не будет достигнута постоянная температура воды на выходе. По достижении этого условия регистрируется максимальная температура воды на выходе.Температура воды на выходе не должна превышать максимальную начальную температуру более чем на 30 F и не должна превышать 190 ° C. F.

ПРИМЕР 2

Было проведено прямое сравнение между встроенным устройством для ингибирования извести по настоящему изобретению и сертифицированной погружной трубкой с открытым концом, описанной выше, в отношении рейтингового испытания в первый час. Стандартная погружная трубка создавала температурный градиент 28 ° С. F. Используя ту же процедуру, интегральная система ингибирования извести, показанная на фиг.5-7 и имеющий размеры, указанные для дефлектора 40. Результаты испытаний показали примерно 17% -ное снижение «эффекта суммирования».

Эффект турбулирования также эффективен для уменьшения или устранения так называемых «горячих точек» и предотвращения поверхностного кипения в резервуаре для хранения воды, оба из которых, как известно, увеличивают осаждение и затвердевание осадка.

Это дополнительно увеличивает эффективную подачу горячей воды водонагревателя и, в конечном итоге, повышает его эффективность.В свою очередь, эта повышенная эффективность сокращает время нагрева водонагревателя, тем самым сводя к минимуму затраты на электроэнергию и выбросы NOx в случае газовых нагревателей, а также уменьшает осаждение и отверждение твердых частиц отложений.

В водонагревателях с входными трубками с ламинарным потоком важно подбирать длину трубки в соответствии с длиной резервуара для воды. Функция турбулирования в соответствии с настоящим изобретением существенно сокращает длину впускной трубы для холодной воды. Соответственно, одна трубка стандартного размера может использоваться в водонагревателях различного размера и мощности.Это обеспечивает экономию средств, включая снижение затрат на инвентаризацию, экономию за счет масштаба и других сопутствующих затрат.

Впускная труба для холодной воды в соответствии с настоящим изобретением может быть установлена ​​вертикально в форме погружной трубы, горизонтально или в любой другой желаемой ориентации, все еще создавая турбулентный поток. Впускной патрубок холодной воды можно использовать с энергосберегающими устройствами, такими как тепловые ловушки.

В новом встроенном устройстве для предотвращения образования извести также используется труба с открытым концом, которая не ограничивает чрезмерно поток воды в резервуар для хранения воды, как это делают трубы с закрытым концом.

При желании можно сделать множество изменений и модификаций, не выходя за рамки сущности и объема данного изобретения. Сам водонагреватель может различаться по размеру, конструкции и функциям, количеству дымоходов, расположению входных отверстий для холодной воды и т. Д.

Хотя встроенное устройство для предотвращения образования извести было описано в связи с газовыми водонагревателями, оно также используется в электрических и других водонагревателях.

Впускная трубка может быть изготовлена ​​из различных подходящих материалов, предпочтительно из полипропилена, или также из других полимерных материалов, трубок или трубок, металлических или других подходящих материалов.Вырезы в стенке встроенного устройства для предотвращения образования извести могут иметь любую форму, способную вызывать турбулентный поток воды, и не ограничиваются только выемками в форме улыбки или хмурого взгляда. Эти выемки могут быть сформированы в стенке встроенного устройства для предотвращения образования извести любым известным способом, включая штамповку, формование или любой другой процесс формирования. Выемки не обязательно должны проходить через стенку трубки, но желательно сделать это. Деформации в виде улыбки и хмурого взгляда могут быть расположены в различных смесях и комбинациях; они не обязательно должны находиться в упорядоченных группах, если они эффективно преобразуют ламинарный поток в турбулентный поток.

Расстояние d между разделенными в осевом направлении группами дефлекторов потока может быть постоянным или изменяться. Если используются выемки, количество выемок и угол между выемками в каждой плоскости, разделенной в осевом направлении, может варьироваться, хотя использование трех выемок, разнесенных приблизительно на 120 °. иногда предпочтительнее. Хотя предпочтительно, чтобы нижняя кромка 36 выемки 34 в форме улыбки проходила дальше в устройство 30 для предотвращения образования накипи, чем верхняя кромка 35, верхняя кромка 35 может проходить дальше в поток воды.Аналогичные модификации применимы к другим формам и формам дефлекторов потока, таким как бороздки в дефлекторе 40.

В некоторых случаях предпочтительно, чтобы аксиально разделенные выемки были сформированы в одну линию, как показано на фиг. 2 и 5. Однако соседние группы выемок или дефлекторов другой формы также могут быть расположены в шахматном порядке, так что выемки расположены нелинейно вдоль стенки трубы.

Хотя это изобретение было описано со ссылкой на конкретные формы, выбранные для иллюстрации на чертежах, и со ссылкой на многие их вариации, будет понятно, что многие другие вариации могут быть сделаны без отступления от важной особенности преобразования ламинарного потока в активно турбулентный поток поступающей воды.Все такие варианты, включая замену эквивалентными элементами тех, которые конкретно показаны и описаны, находятся в пределах сущности и объема изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.

Гибридный электрический водонагреватель

Rheem — самый эффективный водонагреватель из имеющихся — Rheem Water Heaters

1 Скидки зависят от региона. 2 На основе сравнения с расчетными годовыми эксплуатационными расходами стандартного электрического водонагревателя такой же мощности, изготовленного до 2015 года в рамках NAECA II, который, вероятно, будет заменен. 3 Относится только к ProTerra Hybrid с моделями LeakGuard. Источник: данные обнаружения утечек Rheem; испытание под вакуумным затвором с использованием резервуара емкостью 50 галлонов, без расширительного бака, среднее давление в резервуаре 40 фунтов на квадратный дюйм, при условии, что не открыты дополнительные краны. 4 Требуется широкополосное Wi-Fi подключение к Интернету и приложение EcoNet; Уведомления зависят от внешних факторов, не зависящих от Рима. 5 На основе сравнения годовых эксплуатационных расходов модели Rheem® ProTerra Hybrid на 40 и 50 галлонов, предполагающей, что устройство постоянно работает в течение года, с энергией, необходимой для питания одной 100-ваттной лампы накаливания. постоянно в течение одного года. 6 На основе внутреннего тестирования и стоимости SMUD для расценок в пиковый / непиковый период и разницы в сезонах. Зависит от штата. 7 Относится к Применяется только к ProTerra Hybrid с моделями LeakGuard. Данные обнаружения утечек Rheem; испытание под вакуумным затвором с использованием бака на 50 галлонов, без расширительного бака, среднего давления в баке 40 фунтов на квадратный дюйм, при условии, что не открыты дополнительные краны. 8 На основе сравнения 50-галлонного Rheem Hybrid и стандартного электрического бака с минимальной эффективностью. 9 На основании обзора имеющихся водонагревателей. 10 Требуется широкополосное соединение Wi-Fi и приложение Rheem Contractor; связь между водонагревателем и приложением зависит от внешних факторов, не зависящих от Рима. 11 На основе закупочной цены и экономии затрат на электроэнергию гибридного электрического водонагревателя на 50 галлонов с UEF (3,50 EF) на 3,55 л по сравнению со стандартным электрическим водонагревателем на 50 галлонов с UEF (0,95 EF) на 50 галлонов.

Солнечный водонагреватель — мероприятие

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 9 (9-11)

Требуемое время: 4 часа

Четыре 60-минутных периода в течение четырех дней

Расходные материалы на группу: 10 долларов США.00

Размер группы: 3

Зависимость действий: Нет

Тематические области: Алгебра, Физические науки, Физика, Решение задач

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Резюме

Студенческие команды проектируют и создают солнечные водонагревательные устройства, имитирующие те, которые используются в жилых домах, для улавливания энергии в виде солнечного излучения и преобразования ее в тепловую энергию.Затем эта тепловая энергия передается воде (для использования в качестве горячей воды) в виде тепла. При этом учащиеся лучше понимают три различных типа теплопередачи, каждый из которых играет роль в конструкции солнечного водонагревателя. После создания модельных устройств учащиеся выполняют расчеты эффективности и сравнивают конструкции. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Многие из сегодняшних инженеров сосредотачивают свои усилия на том, как включить альтернативные формы энергии в наши дома и здания в качестве замены сжиганию ископаемого топлива, которое оказывает вредное воздействие на окружающую среду.Один из способов — использовать излучение нашего солнца, преобразовывая его в тепловую энергию для выработки электричества, нагрева воды и приготовления пищи.

Цели обучения

После этого занятия студенты должны уметь:

  • Укажите места в солнечном водонагревателе, в которых используется каждый тип теплопередачи.
  • Объясните, почему солнечная энергия является хорошей альтернативой сжиганию природного газа.
  • Объясните, как инженерные концепции этого дизайн-проекта могут быть применены для решения реальных проблем.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными предметами K-12, образовательные стандарты технологии, инженерии или математики (STEM).

Все 100 000+ стандартов K-12 STEM, охватываемые TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например — естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука
Ожидаемые характеристики NGSS

HS-PS3-3.Спроектируйте, создайте и доработайте устройство, которое работает с заданными ограничениями для преобразования одной формы энергии в другую. (9–12 классы)

Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов.
В этом упражнении основное внимание уделяется следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика Основные дисциплинарные идеи Общие концепции
Разработайте, оцените и / или доработайте решение сложной реальной проблемы, основываясь на научных знаниях, источниках доказательств, созданных студентами, критериях приоритета и компромиссных решениях.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

В макроскопическом масштабе энергия проявляется множеством способов, таких как движение, звук, свет и тепловая энергия.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Хотя энергия не может быть уничтожена, ее можно преобразовать в менее полезные формы — например, в тепловую энергию в окружающей среде.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Критерии и ограничения также включают выполнение любых требований, установленных обществом, таких как учет вопросов снижения риска, и они должны быть количественно определены, насколько это возможно, и сформулированы таким образом, чтобы можно было определить, соответствует ли им данный проект.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Энергия не может быть создана или уничтожена — она ​​только перемещается между одним местом и другим местом, между объектами и / или полями или между системами.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Современная цивилизация зависит от основных технологических систем. Инженеры постоянно модифицируют эти технологические системы, применяя научные знания и методы инженерного проектирования для увеличения выгод при одновременном снижении затрат и рисков.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Общие основные государственные стандарты — математика
  • Используйте единицы как способ понять проблемы и направить решение многоэтапных проблем; последовательно выбирать и интерпретировать единицы в формулах; выбрать и интерпретировать масштаб и начало координат на графиках и дисплеях данных.(Оценки 9 — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Решите линейные уравнения и неравенства с одной переменной, включая уравнения с коэффициентами, представленными буквами.(Оценки 9 — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология
  • Студенты разовьют понимание атрибутов дизайна.(Оценки К — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Согласование технологических процессов с естественными процессами максимизирует производительность и снижает негативное воздействие на окружающую среду.(Оценки 9 — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Прототип — это рабочая модель, используемая для проверки концепции проекта путем проведения реальных наблюдений и необходимых корректировок.(Оценки 9 — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ
Колорадо — математика
  • Решите линейные уравнения и неравенства с одной переменной, включая уравнения с коэффициентами, представленными буквами.(Оценки 9 — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Используйте единицы как способ понять проблемы и направить решение многоэтапных проблем.(Оценки 9 — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Колорадо — наука
  • Сбор, анализ и интерпретация данных о химических и физических свойствах элементов, таких как плотность, точка плавления, точка кипения и проводимость. (Оценки 9 — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Оценить эффективность преобразования энергии при различных преобразованиях энергии. (Оценки 9 — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Список материалов

Каждой группе необходимы следующие предметы для изготовления резервуара для хранения нагретой воды:

  • Емкость для воды, вмещающая не менее 1 литра (.22 галлона), например, пластиковый контейнер (легче разрезать) или банка для кофе
  • Картонная коробка такого размера, что она примерно на 2,5 см больше емкости для воды со всех сторон
  • Изоляционный материал (например, пенопласт, хлопок или мятые газеты)
  • 2 фута (61 см) пластиковой трубки (внутренний диаметр 3/8 дюйма, внешний диаметр ½ дюйма)

Каждой группе необходимы следующие предметы для изготовления солнечного коллектора:

  • Картонная коробка с прозрачной крышкой (коробка глубиной 4 дюйма, ~ 12 x 12 дюймов или 30 x 30 см) с прозрачной крышкой (размер которой соответствует размеру площади коробки) из жесткого прозрачного пластика, саранской пленки или другой тонкой и прозрачный пластиковый материал) или одноразовый противень, 9 дюймов x 13 дюймов x 2 дюйма глубиной (23 x 33 x 5 см), который поставляется с установленной прозрачной пластиковой крышкой
  • Изоляционный материал (например, пенопласт, хлопок или мятые газеты)
  • Кусок картона такого же размера, как площадь пола картонной коробки или противня
  • Трубка из мягкой меди 3 фута (91 см) (внешний диаметр 3/8 дюйма; продается в хозяйственных магазинах)

Каждой группе необходимо:

  • Секундомер (или часы или таймер для отслеживания времени до 20 минут)
  • 4 стакана из пенополистирола (любого размера, но подходящего размера, поэтому его легко удвоить для изоляции)
  • Рабочий лист проектирования и анализа солнечного водонагревателя, по одному на команду

На долю всего класса:

  • Ножницы для резки пластика и картона
  • Упаковка или клейкая лента и степлер для изготовления / модификации картонных коробок
  • Сверло (по желанию), чтобы проделать отверстие в металлическом контейнере; сверло размером с отверстие для пластиковой трубки
  • Водостойкий клей, например эпоксидный клей или клей гориллы
  • Алюминиевая фольга для облицовки внутренних стен и основания солнечного коллектора
  • Черная аэрозольная краска
  • Нить или шпагат, чтобы прикрепить лентой к гибкой медной трубе для облегчения измерения
  • Инструмент для гибки медных труб (см. Рисунок 4; если он недоступен, попросите учащихся использовать жесткую цилиндрическую поверхность для сгибания трубки)
  • Нож для медных труб (см. Рисунок 4; недорогой и продается в хозяйственных магазинах) или ножовка (разрезы не такие чистые)
  • Молоток (опция), чтобы выбить перегибы в медных трубках
  • Кувшин для выноса воды за пределы
  • мерный стакан 1 л

Рабочие листы и приложения

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/cub_housing_lesson01_activity1], чтобы распечатать или загрузить.

Больше подобной программы

Пассивная солнечная конструкция

Студенты знакомятся с пассивным солнечным дизайном для зданий — подходом, который использует солнечную энергию и окружающий климат для обеспечения естественного обогрева и охлаждения. Они узнают о некоторых недостатках традиционных систем отопления и охлаждения и о том, как инженеры внедряют пассивные солнечные батареи…

Не в сети

Студенты изучают и обсуждают преимущества и недостатки возобновляемых и невозобновляемых источников энергии. Они также узнают об электросети нашей страны и о том, что значит быть «вне сети» для жилого дома.

Да светит солнце!

Учащиеся узнают, как солнце можно использовать для получения энергии.Они узнают о пассивном солнечном обогреве, освещении и приготовлении пищи, а также о технологиях активной солнечной инженерии (таких как фотоэлектрические батареи и концентрирующие зеркала), которые генерируют электричество.

Солнечная энергия: когда и где лучше?

Учащиеся рассчитывают количество солнечной энергии, доступной в определенном месте и в определенное время суток на Земле.Они узнают о важности определения поступающей солнечной энергии для солнечных устройств.

Предварительные знания

Учащиеся должны иметь базовое представление о трех типах теплопередачи (теплопроводность, конвекция, излучение), которые обсуждаются в соответствующем уроке. Студенты должны одновременно изучать Алгебру 1, чтобы выполнить расчеты рабочего листа.

Введение / Мотивация

Когда вы запрыгиваете в горячий душ, вы, вероятно, не думаете о процессе, через который прошла вода до того, как вышла из душевой лейки. Точно так же вы можете не учитывать газ или электричество, которые использовались для приготовления ужина. Сегодня в домах большинство методов, используемых для нагрева воды, обогрева или охлаждения вашей гостиной или приготовления пищи, включают сжигание ископаемого топлива (обычно природного газа или нефти), что не только стоит денег, но и ограничено в своих возможностях. поставки, но способствует выбросу парниковых газов в нашу атмосферу.Итак, как нам решить эту проблему или, по крайней мере, улучшить ее? Ответ прямо над нами — солнце. Фактически, уже более 10 000 домов в США используют только энергию, генерируемую солнечным излучением.

Как мы можем использовать энергию солнца для замены энергии, которую мы обычно получаем при сжигании ископаемого топлива? Один из способов — использовать так называемый фотоэлектрический элемент (который находится в солнечных батареях) для выработки электричества из тепловой энергии солнца. Этот метод становится все более популярным, поскольку становится все более доступным.Другой способ — использовать солнечное устройство для нагрева воды, которое преобразует солнечное излучение в тепловую энергию, которая передается воде. Этот метод часто работает в сочетании с обычным водонагревателем дома, чтобы минимизировать затраты на нагрев воды и уменьшить воздействие на окружающую среду. Хотя солнечные водонагревательные устройства могут быть чрезвычайно дорогими, их базовая конструкция достаточно проста, чтобы их можно было изготовить из обычных материалов, которые можно найти в строительных магазинах. По мере того, как наши запасы энергии на ископаемом топливе сокращаются и становятся более дорогостоящими, все больше домов полагаются на солнечные водонагреватели как способ перехода к использованию более чистых источников энергии.Это один из способов создания более энергоэффективного жилья.

Если вы хотите создать экологически чистый дом, будет разумной идеей создать устройство, которое может извлекать солнечную энергию из солнца и преобразовывать ее в тепловую энергию для нагрева воды для использования по всему дому. Поскольку до 25% счета за электроэнергию типичного дома идет на нагрев воды, домовладельцы могут ежегодно экономить деньги, используя солнечный свет, а не электричество или природный газ. Фактически, даже система, установка которой стоит 7000 долларов, окупится менее чем за пять лет! Подумайте о последствиях, если бы устройства солнечной энергии были встроены в большее количество домов в нашем мире.

Процедура

Фон

Как работают солнечные водонагревательные системы : Солнечные водонагреватели работают за счет комбинации двух частей — накопительного бака и коллектора. Резервуар для хранения представляет собой хорошо изолированный контейнер, в котором хранится циркулирующая вода. Вода поступает в солнечный коллектор, который обычно находится на крыше. Коллектор состоит либо из длинной спиральной медной трубы, по которой течет вода (Пример A), либо из ряда параллельных труб, по которым течет вода (перпендикулярно) (Пример B). Излучение солнечной энергии поглощается коллектором и проходит через трубу по проводимости . После того, как вода прошла через коллектор и поглотила тепло, она возвращается в резервуар для хранения и повышает температуру оставшейся воды за счет конвекции . Этот процесс повторяется до тех пор, пока вода в баке не станет достаточно горячей, чтобы ее можно было использовать в качестве горячей воды для бытового потребления (для душа и ванны). Солнечные водонагреватели обычно работают вместе с электрической или газовой системой нагрева воды, которая срабатывает, если только солнечный водонагреватель не может удовлетворить спрос.

Причины использования определенных материалов: Медная труба и дно коллектора окрашены в черный цвет для улучшения их способности поглощать тепловую энергию. Черный отражает наименьшее количество излучения (около 3%) любого цвета и, следовательно, поглощает почти всю энергию излучения, которому он подвергается.

Из-за высокой теплопроводности в коллекторе выгодно использовать медь. Помимо того, что медь относительно недорога и легкодоступна, она является одним из лучших проводников тепла, поэтому она быстрее и эффективнее передает тепло воде.

Солнечный коллектор закрыт стеклянной или защитной прозрачной крышкой для улавливания излучаемого тепла внутри, что способствует максимальному нагреву проходящей воды. Фольга по бокам отражает больше лучистой энергии в поглощающие компоненты коллектора.

Практичность солнечного нагрева воды: Метод солнечного нагрева воды не работает эффективно ночью или когда солнечный свет заблокирован. Из-за этого для системы водонагревателя по-прежнему требуется дополнительный обогреватель в доме.Кроме того, солнечные водонагреватели наиболее эффективно работают в климате с обильным солнечным светом круглый год и чистым небом. Хотя солнечный водонагреватель не устраняет необходимость во вспомогательном водонагревателе, он значительно снижает затраты на коммунальные услуги за счет прямого сокращения потребления электроэнергии или газа. Самые распространенные водонагреватели в домах сегодня работают на электричестве и природном газе. Обратите внимание: хотя может показаться, что использование электричества не наносит вреда окружающей среде, в первую очередь необходимо учитывать метод, используемый для выработки электроэнергии (обычно путем сжигания угля или других ископаемых видов топлива на электростанции).

Удельная теплоемкость воды: Удельная теплоемкость воды — это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 грамма (1 мл) воды на один градус Цельсия. Для воды это значение:

.

Теплопередача в системе : мы можем измерить солнечную энергию, поглощаемую системой, путем измерения притока тепла воды. Мы связываем эти два слова:

, где Q получил относится к теплу, полученному водой, а Q потерял относится к количеству тепла, потерянному в окружающую среду (равному солнечной энергии, поглощаемой системой от солнца).

Для расчета количества тепла, выделяемого водой, воспользуемся уравнением:

Где m — масса воды в граммах, C w — удельная теплоемкость воды (указанная ранее), а ∆T — изменение температуры воды в o C или K.

Пример: Учитывая массу воды в 1 кг, циркулирующую через теплообменник, начальную температуру 23 o C и конечную температуру 25,5 o C, рассчитайте теплопередачу от теплообменника к воде.Предположим адиабатическую систему.

График работы : Студенческие команды проектируют, создают и тестируют свои собственные солнечные водонагреватели в соответствии со следующими этапами деятельности.

  • День 1 (60 минут) проектирование и создание резервуаров (резервуаров) для воды
  • Дни 2 и 3: (120 минут) проектирование и создание солнечных коллекторов и прикрепление их к резервуарам для воды
  • День 4 (60 минут) Тестирование и оценка солнечных водонагревателей на улице в солнечный день

До начала деятельности

  • Попросите учащихся принести любые принадлежности, которые можно легко получить из дома (например, пластиковые или металлические емкости для воды, картонные коробки, изоляционные материалы, пластиковые крышки, сарановую пленку, алюминиевую фольгу, часы, чашки из пенополистирола и т. Д.).
  • Соберите материалы.
  • Приготовьте образцы солнечных водонагревателей для демонстрации учащимся. Это могут быть фотографии, или солнечный водонагреватель, сделанный заранее учителем, или старые ученические образцы, или настоящий солнечный водонагреватель в разобранном виде.
  • Сделайте копии рабочего листа по проектированию и анализу солнечного водонагревателя, по одному на группу.

День 1: Проектирование / изготовление контейнеров для воды (60 минут)

Выполните следующие действия в течение дня 1:

  1. Разделите класс на группы по два-три ученика в каждой.
  2. Раздайте каждой группе копию четырехстраничного рабочего листа по проектированию и анализу солнечного водонагревателя.
  3. Объясните, как может работать готовый продукт, и покажите примеры.
  4. Поручите студенческим командам спроектировать свой водонагреватель с учетом ограничений предоставленных материалов (см. Часть 1 на рабочем листе). По мере того, как они проходят этот этап, при необходимости предоставляйте им рекомендации и предложения, которые помогут им.
  5. Попросите учащихся собрать материалы.
  6. Попросите учащихся создать свой резервуар для хранения воды (резервуар) в соответствии с процедурой части 1, описанной ниже.

Часть 1: Конструкция емкости для хранения воды

  1. 1. Используйте картон, ножницы и прочную ленту, чтобы сделать коробку для емкости с водой, или используйте / модифицируйте существующую коробку нужного / аналогичного размера. Оставьте не менее 2,5 см с каждой стороны для изоляции (см. Рисунок 1).

Рис. 1. Создайте коробку вокруг резервуара для воды, оставив место для изоляционных материалов. Авторское право

Авторские права © Лэндон Б. Геннеттен, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере.

  1. Вырежьте или просверлите отверстие, которое соответствует диаметру ½-дюймовой пластиковой трубки у дна емкости для воды.
  2. Вставьте емкость в коробку и прорежьте в ней отверстие того же диаметра, что и пластиковая трубка, в том месте, где совпадает отверстие емкости для воды.
  3. Вставьте пластиковую трубку в отверстие в коробке и емкости для воды (см. Рисунок 2). Закройте все зазоры вокруг трубки водостойким клеем, чтобы предотвратить утечку.

Рисунок 2.(слева) Вырежьте отверстие возле дна резервуара для воды, чтобы разместить пластиковую трубку, и протяните трубку через отверстие в коробке на той же высоте. (справа) Заполните зазор между резервуаром для воды и стенками коробки изоляционными материалами. Авторское право

Copyright © Лэндон Б. Геннеттен, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере.

  1. Заполните пространство между коробкой и емкостью для воды изоляционным материалом (см. Рисунок 2).

День 2 и 3: Проектирование / строительство солнечных коллекторов (120 минут)

Выполните следующие действия в течение 2-го и 3-го дней:

  1. Попросите студенческие команды спроектировать и построить солнечный коллектор, как описано в процедуре части 2 ниже.
  2. Предложите им использовать одну из двух предоставленных конструкций медных трубок (описанных в Примере A и Примере B) или создать свою собственную. Создание коллектора с длинной спиральной медной трубой, по которой течет вода (Пример A), работает в коллекторе из картонной коробки. Для создания коллектора с рядом параллельных труб, по которым вода течет перпендикулярно (пример B), требуется водонепроницаемый контейнер, такой как одноразовый противень с установленной прозрачной крышкой.
  3. В процессе проектирования предложите учащимся найти способ согнуть медные трубки (вокруг чего-то круглого) и объяснить, почему использование только рук не работает (описано ниже).
  4. Окончательная сборка. Попросите учащихся прикрепить емкости для хранения воды к коллекторам в соответствии с процедурой части 3, описанной ниже.

Часть 2: Конструкция коллектора

  1. Используйте картон, чтобы создать коробку (или использовать / изменить существующую коробку) глубиной около 4 дюймов, которая соответствует размеру вашего прозрачного пластикового защитного листа. При таком подходе вода течет по медным трубкам, поэтому нет необходимости в водонепроницаемом коллекторе (подойдет картонная коробка).
  2. Выровняйте внутренние стенки коробки алюминиевой фольгой блестящей стороной наружу (см. Рисунок 3).

Рис. 3. (слева) Выровняйте внутренние стенки коробки солнечного коллектора алюминиевой фольгой блестящей стороной наружу. (справа) Подготовьте основание ящика для коллектора с помощью куска картона, покрытого фольгой и покрашенного в черный цвет, и поместите поверх нижнего слоя изоляции внутри коллектора. Авторское право

Copyright © Landon B. Gennetten, Программа ITL, Инженерный колледж, Колорадский университет в Боулдере.

  1. Выложите на дно коробки примерно 2,5 см изоляционного материала.
  2. Отрежьте кусок картона по размеру внутреннего дна коробки. Накройте его алюминиевой фольгой и покрасьте в черный цвет, затем поместите на изолированный пол коробки (см. Рисунок 3).
  3. Поручите студенческим командам определить конструкцию катушки. Два примера, A и B, описаны ниже: медь изогнута кривыми, а медь — прямыми. Или студенческие команды могут создавать свои собственные проекты.
  4. Направляйте учеников, как они измеряют, сгибают и разрезают мягкие медные трубки, предназначенные для их команды. Поделитесь следующими советами, которые помогут им в работе с медью:
  • Измерение медных трубок : Медные трубки обычно входят в змеевик (см. Рисунок 4). Чтобы точно измерить его длину, используйте отрезанный отрезок веревки (например, 12 дюймов) в качестве гибкой линейки. Обмотайте его лентой вдоль гибкой трубы, как показано на Рисунке 4.
  • Сгибание медной трубки : Чтобы согнуть трубку, используйте медный гибочный инструмент (см. Рисунок 4) или жесткую изогнутую поверхность с желаемым радиусом.Чтобы сделать прямые части, используйте гибочный станок, чтобы удалить небольшой изгиб спиральной меди. Примечание: медь нельзя согнуть, просто используя силу руки, потому что вы не получите желаемого радиуса и, вероятно, изогнете трубку. Если труба перекручена, вы можете частично исправить ее, придав ей форму.
  • Обрезка медных трубок : Используйте резак для медных труб (показан на Рисунке 4) или ножовку.

Рис. 4. Измерение, гибка и резка медных труб.авторское право

Copyright © Лэндон Б. Геннеттен, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере.

Конструкция змеевика — Пример A:

  1. Для одного подхода к проектированию согните медную трубку в непрерывную S-образную форму. На рисунке 5 представлен пример с размерами; измените размеры и форму в соответствии с предпочтениями команды разработчиков.
  2. Используйте аэрозольную краску, чтобы покрасить медную трубку в черный цвет.
  3. Вырежьте в коробке два отверстия, совместимых с точками выхода медных трубок.
  4. Вставьте медную трубку в коробку и закрепите ее клеем (см. Рисунок 5).

Рис. 5. (слева) На примере чертежа показаны габаритные характеристики компоновки изогнутых медных трубок для примера конструкции A. (справа) Вставьте изогнутую и окрашенную медную трубку в коллектор так, чтобы трубки выходили из отверстий по обе стороны от коллектора. box.copyright

Авторские права © Лэндон Б. Геннеттен, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере.

  1. Закройте коробку крышкой из пластикового листа и закройте края.

Конструкция змеевика — пример B

  1. Для другого подхода к дизайну отрежьте три или четыре 8-дюймовых (20,3 см) куска выпрямленных медных трубок и приклейте их к дну одноразовой формы для выпечки. Покрасьте всю нижнюю часть в черный цвет (см. Рисунок 6). При таком подходе вода течет по трубкам, поэтому коллектор должен быть водонепроницаемым.
  2. Вырежьте отверстия на обеих более коротких сторонах формы для выпечки (см. Рисунок 6). Диаметр отверстий должен совпадать с диаметром медной трубки.
  3. Вставьте две короткие прямые медные трубки (длиной от ½ дюйма до 1 дюйма или от 2,5 до 5 см), выходящие из каждого отверстия в поддоне (см. Рисунок 6).
  4. Закройте и закрепите коробку прозрачной крышкой.

Рис. 6. (слева) Вырежьте отверстия на боковой стороне формы для выпечки, размер которых соответствует медной трубке. (в центре) Приклейте окрашенные в черный цвет куски выпрямленных медных трубок к дну формы для выпечки. (справа) Чтобы соединить форму для выпечки с резервуаром, используйте короткие отрезки медных трубок, вставленные в отверстия сбоку формы для выпечки.авторское право

Copyright © Лэндон Б. Геннеттен, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере.

Часть 3: Сборка системы

Присоедините пластиковую трубку к концу медной трубки. Закройте соединение водостойким клеем (готовый продукт см. На рис. 7).

Рисунки 7. Готовы к тестированию! Две конструкции готовых солнечных водонагревателей с подключенными баком и солнечными коллекторами, примеры A (слева) и B (справа).авторское право

Copyright © Лэндон Б. Геннеттен, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере.

День 4: Проверка солнечных водонагревателей (60 минут)

Выполните следующие действия в течение дня 4:

  1. В солнечный день (это нормально, если холодно, но должно быть солнечно) выведите класс на улицу, чтобы протестировать их модели солнечных водонагревателей. Принесите таймеры, рабочие листы, кувшин с водой, мерный стаканчик и чашки из пенопласта.
  2. Попросите учащихся организовать свои команды и распределить роли (циркуляция воды в системе [сбор и выливание], таймер, измерение температуры, запись измерений и т. Д.).
  3. Попросите учащихся выполнить шаги экспериментальной процедуры тестирования, описанные в рабочем листе.
  4. После того, как все группы записали свои данные, верните класс внутрь.
  5. Попросите учащихся выполнить этапы расчетов и оценки рабочего листа. Поощряйте их работать в команде и обсуждать каждый вопрос, прежде чем согласовать свой ответ.
  6. После того, как учащиеся заполнили все четыре страницы рабочего листа, проведите обсуждение в классе, чтобы проанализировать свои выводы и изучить идеи изменения дизайна (улучшения).Для получения дополнительной информации см. Оценку после активности в разделе «Оценка».

Словарь / Определения

адиабатический: происходит без увеличения или уменьшения тепла, например, процесс, в котором тепло не передается между системой и ее окружением.

горение: процесс преобразования топлива в тепло.

проводимость: передача тепла через вещество путем прямого контакта атомов или молекул.

конвекция: передача тепла путем циркуляции газа (например, воздуха) или жидкости (например, воды).

ископаемое топливо: источники энергии на основе углерода, такие как уголь, нефть и природный газ. Это не возобновляемые источники энергии.

теплопередача: поток тепла от одного вещества к другому. Тепло всегда переходит от более высокой температуры к более низкой температуре.

Изоляция: материал с низкой теплопроводностью, используемый для уменьшения потерь тепла.

модель: (существительное) Стандарт или образец для имитации, сравнения или анализа. (глагол) Смоделировать, создать или сконструировать что-то, чтобы помочь визуализировать или узнать о чем-то еще (как о продукте, процессе или системе), что нельзя напрямую наблюдать или экспериментировать, часто в меньшем масштабе.

излучение: тепло излучается в виде лучей или волн (например, солнечных лучей).

возобновляемая энергия: энергия, вырабатываемая из неограниченных, быстро восполняемых или возобновляемых естественным образом ресурсов, таких как энергия ветра или солнца.

солнечная энергия: энергия, полученная от солнца в форме солнечного излучения.

Удельная теплоемкость: количество тепла, которое должно быть добавлено или удалено из единицы массы этого вещества, чтобы изменить его температуру на один градус.

теплопроводность: мера способности твердого или жидкого тела передавать тепло.

тепловая энергия: кинетическая энергия, обусловленная движением частиц и атомов в веществе.

Оценка

Оценка перед началом деятельности

Вопрос / ответ : Напишите на доске следующую информацию. Спросите студентов и обсудите в классе:

авторское право

Авторское право © Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере.

  • Глядя на эту таблицу значений электропроводности для определенных металлов, в чем причина выбора медных трубок для нагревательного устройства? (Ответ: он имеет самое высокое значение проводимости и поэтому быстрее всего передает тепло.)
  • Какова цель изоляции резервуара для воды? (Ответ: Чтобы предотвратить передачу тепла из резервуара обратно в атмосферу [повысить эффективность, добиться оптимизации].)
  • Какой смысл красить медную трубку в нагревательном устройстве в черный цвет? (Ответ: Черный цвет поглощает больше солнечной энергии, чем любой другой цвет, отражая только 3% падающего на него солнечного света. Используя черный цвет, мы помогаем воде поглощать больше тепла.)

Обсуждение: перед началом занятия проведите в классе обсуждение критериев, которые могут быть важны при проектировании солнечного водонагревателя, и научите учащихся расставить приоритеты по ограничениям.

Встроенная оценка деятельности

Рабочий лист : Попросите студенческие группы использовать и заполнить рабочий лист; просмотрите их ответы, чтобы оценить их уровень владения предметом.

Оценка пост-активности

Групповое обсуждение : Спросите студентов и обсудите их в классе и / или в командах:

  • Могут ли быть соблюдены все три типа теплопередачи в готовом продукте? Если да, то где? (Ответ: Да, система поглощает тепло за счет излучения солнца, затем тепло передается по медным трубам в воду, а теплая вода передает свое тепло более холодной воде в резервуаре за счет конвекции.)
  • Каковы плюсы и минусы использования этого типа системы отопления для нагрева воды в вашем доме? (Возможные ответы: Плюсы — использование возобновляемых источников энергии, сокращение использования энергии из источников ископаемого топлива, сокращение выбросов вредных химических побочных продуктов в окружающую среду и снижение стоимости вашего счета за коммунальные услуги. Минусы — невозможно собрать солнечную энергию во время ночью и в периоды, когда облачный покров закрывает солнце, что в некоторых местах бывает большую часть года; требует предварительной оплаты для установки системы; не может полностью заменить другой тип системы.)

Вопросы по инженерному изменению дизайна : Предложите учащимся подумать о конструкции своего водонагревателя. Что сработало? Что не сработало? Что послужило причиной того, как вы построили свой водонагреватель? Не могли бы вы построить его лучше? Что, если бы у вас было неограниченное количество материалов или другие временные ограничения? Попросите учащихся подумать о компромиссах, связанных с их дизайном. Если позволяет время или для домашнего задания, попросите учащихся сделать наброски или написать описание изменений дизайна, которые они хотели бы внести, и почему.

Советы по поиску и устранению неисправностей

Если у вас возникли проблемы с изгибом медной трубки, попробуйте использовать жесткую направляющую с большим радиусом, например, прочную цилиндрическую трубу или другой подходящий предмет, найденный вокруг школы. Иногда полезно иметь дополнительную трубку, которая служит более длинным рычагом, за который нужно тянуть при сгибании меди (для увеличения прилагаемого крутящего момента).

Если ваша медная трубка перекручена, вытолкните ее молотком о твердую поверхность, а затем снова распрямите.

Расширения деятельности

Попросите учащихся придумать несколько способов повышения общей эффективности их устройств на основе их наблюдений и отсутствия ограничений по материалам.

Попросите учащихся улучшить свой дизайн, изменив его, используя новый материал или заменив материал (если возможно).

Масштабирование активности

  • Для младших школьников, вместо того, чтобы строить водонагреватель, принесите какой-нибудь теплообменник и позвольте им измерить его теплопередачу.
  • Для более продвинутых учеников включите в водонагреватель простую насосную систему (например, небольшой аквариумный насос), чтобы вода могла циркулировать сама по себе, как в крупномасштабной системе водяного отопления.

Рекомендации

Куртус, Рон. Способы передачи тепла — успех в физике. Отредактировано 26 мая 2006 г. ООО «Школа чемпионов». www.school-for-champions.com/science/heat_transfer.htm (6 февраля 2008 г.).

Список теплопроводностей. Википедия. Обновлено 2 февраля 2008 г. en.wikipedia.org/wiki/Thermal_conductivity#List_of_thermal_conductivities По состоянию на 6 февраля 2008 г.

Солнечная энергия. Округ Монтгомери, Мэриленд, Департамент охраны окружающей среды. www.montgomerycountymd.gov/dectmpl.asp?url=/content/dep/energy/CleanEnergySolar.asp По состоянию на 5 февраля 2008 г.

Солнечная горячая вода. Википедия. Последнее изменение 5 февраля 2008 г.www.wikipedia.org По состоянию на 6 февраля 2008 г.

Другая сопутствующая информация

Это мероприятие было выбрано для включения в обзор и аннотирование коллекции цифровой библиотеки Сети по климатической грамотности и энергетике (CLEAN). CLEAN, путь Национальной научной цифровой библиотеки (NSDL) NSF, ищет образцовые цифровые ресурсы, которые относятся к ключевым концепциям климата и энергетики, являются научно надежными и актуальными и легко доступны в Интернете.Основное внимание уделяется активной учебной деятельности с прочной педагогической опорой для 6–16 классов. Этот ресурс прошел тщательную экспертную оценку в рамках отбора для включения в сборник в апреле 2011 года. Полный обзор см. На сайте cleanet.org/resources/41891.html

Авторские права

© 2007 Регенты Университета Колорадо.

Авторы

Лэндон Б.Геннеттен; Лорен Купер; Малинда Шефер Зарске; Дениз В. Карлсон

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано в рамках гранта Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), Министерства образования США и Национального научного фонда GK-12, грант No.0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 23 января 2021 г.

IAPMO

Если у вас есть вопросы или комментарии, присоединяйтесь к обсуждению на нашем форуме LinkedIn.

Из иллюстрированного учебного пособия UPC 2018

608.3 Расширительные баки и комбинированные клапаны сброса температуры и давления.
Водная система, снабженная обратным клапаном, устройством предотвращения обратного слива или другим нормально закрытым устройством, которое предотвращает отвод давления из здания обратно в водопровод, независимо от типа используемого водонагревателя, должна быть снабжена утвержденным, перечисленным и расширительный бак соответствующего размера или другое одобренное устройство, имеющее аналогичную функцию для контроля теплового расширения. Такой расширительный бак или другое одобренное устройство должно быть установлено на стороне здания обратного клапана, предохранителя обратного потока или другого устройства, и его размеры должны быть установлены в соответствии с инструкциями производителя по установке.

Водяная система, содержащая водонагревательное оборудование, должна быть снабжена одобренным, внесенным в перечень, комбинированным клапаном температуры и сброса давления соответствующего размера, за исключением перечисленных проточных нагревателей без накопителя, имеющих внутренний диаметр не более 3 дюймов (80 мм). Каждый такой одобренный комбинированный клапан температуры и сброса давления должен быть установлен на водонагревательном устройстве в утвержденном месте в соответствии с его листинговыми требованиями и инструкциями производителя по установке.Каждый такой комбинированный клапан температуры и сброса давления должен быть снабжен сливом в соответствии с Разделом 608.5.

Вода для всех практических целей является несжимаемой жидкостью. Поскольку она несжимаема, вода, помещенная в закрытый контейнер, может создавать высокое давление при нагревании, даже при нагревании от 40 ° F до комнатной температуры. Это тепловое расширение.

Система распределения воды в здании, имеющая обратный клапан, регулятор давления, предохранитель обратного потока или другое устройство, которое предотвращает возврат повышенного давления в здании в источник или водопровод, независимо от типа используемого водонагревателя, должна быть оснащен расширительным баком или другими средствами для контроля давления теплового расширения.Расширительный бак поглотит избыточное давление внутри бака (см. Рисунок 608.3a). Клапан сброса давления сбрасывает избыточное давление путем нагнетания до тех пор, пока давление не упадет ниже установленного значения (см. Рисунок 608.3b).

Когда водная система оборудована накопительным водонагревателем, давление повышается еще больше из-за повышения температуры и большого объема воды, содержащейся в баке.Все водонагреватели должны быть оборудованы комбинированным клапаном сброса температуры и давления (клапан T&P). Обратите внимание на рис. 608.3b, комбинированный клапан T&P имеет трубку для измерения температуры. Клапан сброса давления — нет.

Накопительные водонагреватели должны изготавливаться в соответствии со стандартами серии ANSI Z21.10. Эти водонагреватели имеют трехступенчатую защиту. Первичная ступень — термостат. В случае выхода из строя термостата вторичная ступень или переключатель верхнего предела отключат источник энергии для нагревателя.При выходе из строя концевого выключателя верхнего предела открывается комбинированный клапан T&P, чтобы предотвратить катастрофический отказ водонагревателя. Проточные водонагреватели, имеющие внутреннюю размерную ширину три дюйма или меньше, освобождаются от необходимости соответствовать требованиям для клапана T&P. Примером этого освобождения является небольшой обогреватель для одной точки использования для раковины. Типичные размеры этих блоков составляют 11 дюймов x 5 дюймов x 2,8 дюйма, и у них нет другой емкости, кроме самой трубы, чтобы вызвать повышение температуры и давления.Когда потребность в горячей воде удовлетворена, проточный водонагреватель отключается. Если в подаче воды к этому небольшому водонагревателю будет установлен предохранитель противотока, должен быть предусмотрен расширительный бак соответствующего размера (см. Рисунок 608.3d), даже если клапан T&P не требуется.

При установке клапана T&P очень важно, чтобы установщик проверил паспортную табличку на комбинированном клапане T&P перед установкой, чтобы убедиться, что номинальная входная мощность Btu водонагревателя не превышает максимального номинала Btu клапана.Использование комбинированного клапана T&P меньшего размера может привести к катастрофическому отказу водонагревателя в случае выхода из строя термостата водонагревателя и реле верхнего предела водонагревателя. В случаях, когда на пластине клапана указаны два отдельных значения Btu, для определения используется меньшее из двух. Для получения дополнительной информации см. Главу 5.

Производители клапанов T&P требуют, чтобы клапан устанавливался так, чтобы его термочувствительный элемент был погружен в верхние 6 дюймов резервуара, поскольку именно здесь находится самая горячая вода в резервуаре (см. Рисунок 608.3в).

Производители рекомендуют открывать их вручную не реже одного раза в год, чтобы убедиться в их исправности. В местах с высоким содержанием минеральных веществ в воде вокруг седла клапана может образоваться накипь, что приведет к неработоспособности клапана. В таких местах может потребоваться вручную открывать клапан каждые три месяца или реже. Водонагреватель — это потенциальная бомба, взрыв которой предотвращают три отдельных предохранительных устройства.Комбинированный клапан T&P — это спасательный круг, и к нему обращаются соответствующим образом.

Необходимо подчеркнуть, что водонагреватели, работающие при давлении выше 150 фунтов на квадратный дюйм, относятся к котлам. Фактически, водонагреватели, которые имеют объем хранения более 120 галлонов, имеют входную мощность более 200000 британских тепловых единиц или работают при температурах выше 210 ° F, также классифицируются как бойлеры и производятся в соответствии со стандартом ASME для сосудов под давлением . .


Иллюстрированное учебное пособие по унифицированному сантехническому оборудованию 2018 можно приобрести здесь.

© Международная ассоциация работников слесарного и механического оборудования, 2018 г.

Солнечное водонагревание | WBDG

Введение

На этой странице

ЭТА СТРАНИЦА ПОДДЕРЖИВАЕТСЯ

На водяное отопление приходится значительная часть энергии, потребляемой многими жилыми, коммерческими, институциональными и федеральными объектами. По стране примерно 18% энергии, потребляемой в жилых домах и 4% в коммерческих зданиях, приходится на нагрев воды.Солнечные водонагревательные системы, в которых для нагрева воды используется энергия солнца, а не электричество или газ, могут эффективно обслуживать до 80% потребностей в горячей воде без затрат на топливо или загрязнения окружающей среды и с минимальными затратами на эксплуатацию и техническое обслуживание (O&M). Солнечное водонагревание в настоящее время составляет менее 1% потенциального рынка водонагревания (около 1% жилых зданий имеют солнечное водонагревание, что обеспечивает около двух третей потребностей каждого здания в подогреве воды).

Солнечные водонагревательные системы могут эффективно использоваться на всей территории Соединенных Штатов на объектах, которые имеют подходящую крышу, ориентированную почти на юг, или близлежащие незатененные участки для установки коллектора.В различных типах зданий могут использоваться солнечные системы нагрева воды, включая бассейны, жилые дома, отели, прачечные, больницы, тюрьмы и кухни. Солнечные водонагревательные системы наиболее рентабельны для объектов со следующими характеристиками:

  • Нагрузка на отопление водой постоянна в течение года (летом не работает)
  • Нагрузка на водонагреватель постоянна в течение недели (используйте солнечное тепло каждый день)
  • Стоимость топлива, используемого для нагрева воды, высока (примеры включают электричество, которое составляет 46% рынка водяного отопления, и пропан, который составляет 2% рынка в удаленных местах)
  • Солнечный климат (полезно, но не обязательно — в 2003 году тремя крупнейшими рынками были Флорида, Калифорния и Нью-Джерси).

Этот обзор предназначен для предоставления конкретных сведений для федеральных агентств, рассматривающих солнечные технологии нагрева воды как часть нового строительного проекта или капитального ремонта.

Описание

Солнечная система водяного отопления состоит из нескольких основных компонентов, в том числе:

  • Солнечные коллекторы
  • Тепловой накопитель
  • Системные элементы управления / контроллер
  • Резервный водонагреватель обычный.

Солнечный водонагреватель — это надежная технология с использованием возобновляемых источников энергии, используемая для нагрева воды.Солнечный свет падает и нагревает поверхность поглотителя в солнечном коллекторе или собственно резервуаре для хранения. Либо теплоноситель, либо реальная питьевая вода, которая будет использоваться, протекает по трубам, прикрепленным к абсорберу, и забирает тепло от него (системы с отдельным контуром теплоносителя включают теплообменник, который затем нагревает питьевую воду. ) Нагретая вода хранится в отдельном баке для предварительного подогрева или в обычном баке водонагревателя до тех пор, пока не понадобится. Если необходимо дополнительное тепло, оно вырабатывается электричеством или ископаемым топливом с помощью традиционной системы водяного отопления.

Накопление тепла обычно требуется для того, чтобы связать синхронизацию прерывистого солнечного ресурса с синхронизацией нагрузки горячей водой. Как правило, достаточно от 1 до 2 галлонов воды для хранения на квадратный фут площади коллектора. Если используется теплообменник на стороне нагрузки, для хранения может использоваться питьевая вода или непитьевая вода. Для небольших систем хранилище чаще всего осуществляется в виде стальных резервуаров, облицованных стеклом.

Активные системы имеют регулятор «дельта-Т» (разность температур) для запуска и остановки насосов.Если температура на выходе из солнечного коллектора превышает температуру на дне накопительного бака на заданную величину, например, на 6 ° C или 42,8 ° F, контроллер запускает насос. Когда эта разница температур падает ниже другого установленного значения, например, 2 ° C или 35,6 ° F, контроллер останавливает насосы. Контроллер также будет иметь функцию верхнего предела для отключения насосов, если температура в резервуаре для хранения превышает третье значение, например, 90 ° C или 194 ° F. Из-за простоты и невысокой стоимости контроллера дельта-Т целесообразно сохранять средства управления независимыми от какой-либо системы управления энергопотреблением всей установки, хотя желательно включать некоторые показатели производительности системы, такие как выходной сигнал измерителя Btu или предварительный нагрев. датчик температуры бака в системе управления зданием.

Солнечные водонагреватели экономят энергию за счет предварительного нагрева воды до обычного водонагревателя. Солнечные системы горячего водоснабжения обычно рассчитаны на от 40% до 70% нагрузки по нагреву воды. Резервный обычный нагреватель по-прежнему необходим для удовлетворения 100% пикового спроса на горячую воду в целом, особенно в пасмурные дни или когда солнечная система не работает.

Виды технологий и стоимость технологий

Типы коллекторов

Хотя все солнечные водонагревательные системы используют один и тот же основной метод улавливания и передачи солнечной энергии, они делают это с помощью трех специальных технологий, которые различают разные коллекторы и системы.Различия важны, потому что разные потребности в нагреве воды в разных местах лучше всего удовлетворяются с помощью определенных типов коллекторов и систем.

Материалы и компоненты, используемые в солнечных водонагревательных системах, различаются в зависимости от ожидаемого диапазона рабочих температур.

Низкотемпературные системы (неглазурованные) обычно работают при низкой температуре, до 18 ° F (10 ° C) выше температуры окружающей среды, и чаще всего используются для обогрева плавательных бассейнов. Часто вода в бассейне холоднее воздуха, и изоляция коллектора была бы контрпродуктивной.Низкотемпературные коллекторы изготавливаются из полипропилена или других полимеров со стабилизаторами ультрафиолета. Проходные каналы для воды в бассейне отформованы непосредственно в пластине абсорбера, а вода в бассейне циркулирует через коллекторы с помощью циркуляционного насоса фильтра бассейна. По состоянию на 2004 год обогреватели для бассейнов стоили от 10 до 40 долларов за квадратный фут.

Небольшой образец неглазурованного низкотемпературного солнечного коллектора, показывающий проточные каналы и коллекторную трубу.

Небольшой образец среднетемпературного плоского пластинчатого коллектора, показывающий покровное стекло, изоляцию, медную пластину-поглотитель и проточные каналы.

Среднетемпературные системы производят воду на 18–129 ° F (на 10–50 ° C) выше наружной температуры и чаще всего используются для нагрева воды для бытового потребления. Однако также можно использовать солнечные водонагревательные коллекторы средней температуры для отопления помещений в сочетании с конвекционными змеевиками с принудительной вентиляцией или лучистыми полами.

Среднетемпературные коллекторы обычно представляют собой плоские пластины, изолированные покровным стеклом с низким содержанием железа и изоляцией из стекловолокна или полиизоцианурата. Отражение и поглощение солнечного света в покровном стекле снижает эффективность при низких перепадах температур, но требуется, чтобы стекло сохраняло тепло при более высоких температурах.Используется медная пластина поглотителя с приваренными к ребрам медными трубками. Чтобы уменьшить потери на излучение коллектора, пластина поглотителя часто обрабатывается селективной поверхностью из черного никеля, которая имеет высокую поглощающую способность в коротковолновом солнечном спектре, но низкую излучательную способность в длинноволновом тепловом спектре. По состоянию на 2004 год среднетемпературные системы стоили от 90 до 120 долларов за квадратный фут площади коллектора.

Крупным планом — вакуумированная стеклянная трубка с черной медной абсорбирующей пластиной внутри.

В высокотемпературных системах используются вакуумные трубки вокруг приемной трубки для обеспечения высокого уровня изоляции и часто используются фокусирующие изогнутые зеркала для концентрации солнечного света.Высокотемпературные системы требуются для абсорбционного охлаждения или выработки электроэнергии, но они также используются для среднетемпературных применений, таких как коммерческое или общественное водяное отопление. Из-за механизма слежения, необходимого для удержания фокусирующих зеркал обращенными к солнцу, высокотемпературные системы обычно очень большие и устанавливаются на земле рядом с объектом. Сами вакуумные трубчатые коллекторы стоят около 75 долларов за фут², но использование изогнутых зеркал и экономия на масштабе позволяют снизить эти затраты для систем большого размера до относительно низкой стоимости — от 40 до 70 долларов за фут² (2004 г.).

Эффективность солнечного коллектора варьируется в зависимости от того, насколько высокая температура на входе коллектора относительно температуры окружающего воздуха. На следующем рисунке показаны типичные кривые КПД для трех типов коллекторов. Обратите внимание, что недорогие неглазурованные коллекторы очень эффективны при низких температурах окружающей среды, но эффективность очень быстро падает при повышении температуры. Они обеспечивают лучшую производительность для низкотемпературных применений, но для эффективного достижения более высоких температур требуются застекленные коллекторы.Вакуумные трубы необходимы для достижения более высоких температур воды, что необходимо при охлаждении и некоторых промышленных процессах нагрева.

КПД типовых коллекторов

Типы солнечных водонагревательных систем

Типы солнечных водонагревательных систем подразделяются на следующие типы:

  • Действует . Требуется электроэнергия для включения насосов и / или органов управления.
  • Пассивный . Для циркуляции нагретой воды полагается на плавучесть (естественная конвекция), а не на электроэнергию.Системы Thermosyphon размещают резервуар для хранения над солнечным коллектором, в то время как коллекторы со встроенным коллектором-накопителем размещают накопитель внутри коллектора.
  • Прямой . Нагревает питьевую воду прямо в коллекторе.
  • Косвенный . Нагревает пропиленгликоль или другой теплоноситель в коллекторе и передает тепло питьевой воде через теплообменник.

Типы солнечных водонагревательных систем

Затраты на технологии

Стоимость системы будет варьироваться в зависимости от географического положения, использования воды и тарифов на коммунальные услуги.Установленные затраты на квадратный фут для коллекторов варьируются от 10 долларов для низкотемпературных систем, используемых для обогрева бассейнов, до 225 долларов для отдельных небольших систем для жилых помещений. Наименьшая стоимость достигается при использовании больших центральных систем отопления, используемых для обогрева больших помещений с большими объемами и высокой температурой воды. Однако большинство систем застекленного водяного отопления находятся в диапазоне установленных затрат от 60 до 150 долларов за квадратный фут площади коллектора. Системы нового строительства обычно имеют лучшую экономику, чем проекты модернизации, из-за меньших затрат на установку.Новые недорогие пластиковые комплекты для солнечного нагрева воды значительно снизили затраты на установку, но они не работают так же хорошо, как некоторые традиционные системы в условиях более высоких температур.

Стоимость будет варьироваться в зависимости от географического положения и размера системы. Установленные затраты на квадратный фут для полных систем варьируются от 60 долларов за квадратный фут для большой системы в месте с конкурентоспособной солнечной промышленностью до 225 долларов за квадратный фут для небольшой системы в удаленном месте. Стоимость также зависит от типа системы: неглазурованные низкотемпературные коллекторы стоят намного дешевле, чем лучше изолированные.

Приложение

Решая, подходят ли солнечные водонагревательные системы для конкретного строительного проекта, необходимо учитывать несколько факторов. Солнечные водонагревательные системы пригодны для многих приложений по всей стране, но особое внимание следует уделять проектам, в которых:

  • Избегаемые затраты на энергию высоки (газ недоступен, тарифы на электроэнергию выше 0,034 доллара США / кВтч)
  • Существует надежная и постоянная потребность в горячей воде (например, в жилых помещениях, лабораториях или больницах)
  • На наклонной поверхности достаточно высокая среднесуточная интенсивность солнечной радиации (более 4.5 кВтч / м² / день — хотя, если предотвращенные затраты достаточно высоки, солнечный водонагреватель эффективен в большинстве климатических условий)
  • Энергетическая безопасность важна (например, на международной базе, где поставки энергии могут быть прерваны).

Для крупных объектов чаще всего используются активные непрямые системы. Для небольших предприятий в мягком климате с умеренной угрозой замерзания пассивные прямые или косвенные системы также являются жизнеспособным вариантом.

Руководство Федеральной программы энергоменеджмента (FEMP) по интеграции возобновляемых источников энергии в федеральное строительство содержит дополнительную информацию по оценке вариантов использования возобновляемых источников энергии.

Экономика

Экономия денежных средств от установки солнечного водонагревателя зависит от множества факторов, включая климат, количество используемой горячей воды в данном месте, затраты на обычное топливо, требуемую температуру воды и производительность системы. Однако в среднем установка солнечного водонагревателя снизит счета за нагрев воды на 50-80%.

Общее практическое правило для федеральных предприятий состоит в том, что солнечная установка для нагрева воды окупается в течение 10–15 лет при установке против электричества.Как указано в Законе об энергетической независимости и безопасности 2007 года, ожидаемый срок службы солнечной водонагревательной системы, используемой для анализа жизненного цикла, составляет 40 лет, что означает, что предприятие может рассчитывать на 30 лет «бесплатной» энергии.

Новые строительные системы обычно имеют лучшую экономичность, чем проекты модернизации, из-за меньших затрат на установку. Новые недорогие пластиковые комплекты для солнечного нагрева воды значительно снизили затраты на установку, но они не работают так же хорошо, как некоторые традиционные системы в условиях высоких температур и большого объема.Для федеральных объектов установка возобновляемой энергии должна окупаться в течение срока службы системы, включая время / стоимость денег, чтобы она была рентабельной. Ключевой параметр — отношение сбережений к инвестициям. Отношение сбережений к инвестициям более 1,0 было бы рентабельным. Федеральные стандарты анализа затрат жизненного цикла изложены в положении 10 C.F.R. Статья 436.

Агентства часто могут улучшить экономику системы и получить доступ к дополнительным стимулам, когда используются альтернативные механизмы финансирования проектов.Среди вариантов финансирования проектов в области возобновляемых источников энергии — контракт на энергосбережение и программы коммунальных услуг. FEMP заключила бессрочные контракты на количество, по которым любое федеральное агентство может оформлять заказы на поставку солнечных водонагревательных систем в рамках контракта на энергосбережение. Некоторые коммунальные предприятия предлагают скидки, аренду или другие программы солнечного нагрева воды.

Руководство

FEMP по интеграции возобновляемых источников энергии в федеральное строительство содержит дополнительную информацию о финансировании проектов использования возобновляемых источников энергии для федеральных строительных проектов.

Полный список стимулов представлен в Базе данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и повышения эффективности (DSIRE). Свяжитесь с местной коммунальной компанией для получения более подробной информации.

Оценка доступности ресурсов

Несколько факторов влияют на то, есть ли у участка хороший ресурс для солнечного нагрева воды. Во-первых, количество солнечного излучения, которое получает сайт. Первая карта показывает базовую солнечную радиацию, доступную в Соединенных Штатах. Как отмечалось ранее, многие объекты со средней интенсивностью солнечной радиации выше 4.5 кВтч / м² в день следует тщательно рассмотреть для солнечного нагрева воды.

Но даже участок с менее привлекательными солнечными ресурсами может иметь хороший потенциал для солнечного нагрева воды, если компенсируемый им тариф на электроэнергию достаточно высок или имеются стимулы. Чтобы изобразить это, Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) составила серию карт, которые объединяют солнечные ресурсы с предполагаемой стоимостью системы и отображают факторы, необходимые для обеспечения рентабельности системы. Эти карты доступны для систем, которые будут компенсировать использование электроэнергии, и для систем, которые будут компенсировать использование природного газа.

В качестве примера на двух приведенных ниже картах показаны тарифы на электроэнергию, необходимые для обеспечения рентабельности системы солнечного нагрева воды. Одна карта предполагает стоимость установленной системы в 75 долларов за квадратный фут площади коллектора (вероятно, для более крупной коммерческой системы), а вторая предполагает стоимость в 150 долларов за квадратный фут (меньшая система). Первая карта показывает, что большая часть страны могла бы с минимальными затратами использовать солнечное нагревание воды по цене 75 долларов за фут², если компенсационная стоимость электроэнергии превышает 0,06 доллара за киловатт-час. Доступные стимулы улучшат это еще больше.

Тарифы на электроэнергию, необходимые для создания рентабельной системы солнечного нагрева воды по цене 75 долл. / Фут². На этой карте не учтены доступные финансовые стимулы.

Вторая карта также включает льготы для федеральных агентств. Даже при повышенных системных затратах тарифы на электроэнергию ниже 0,05 долл. США / кВтч позволят обеспечить рентабельный солнечный нагрев воды в Аризоне или Висконсине, но системе в Вайоминге, возможно, потребуется компенсировать розничный тариф на электроэнергию в размере 0,09–0,11 долл. США / кВтч для обеспечения безубыточности.Конечно, ставки безубыточности значительно изменяются, если стоимость системы отличается от предположений карт или если стимулы меняются от изображенных.

Тарифы на электроэнергию, необходимые для создания рентабельной системы солнечного нагрева воды стоимостью 150 долл. США / фут². Эта карта учитывает финансовые стимулы.

Инструменты анализа

Чтобы определить, является ли проект возможным кандидатом на использование солнечной энергии для нагрева воды, агентства могут использовать программу Federal Renewable Energy Screening Assistant.Этот программный инструмент на базе Microsoft Windows, разработанный NREL, проверяет федеральные проекты в области возобновляемых источников энергии на предмет экономической целесообразности. Он также оценивает многие возобновляемые технологии, включая солнечное водонагревание, фотоэлектрическую энергию и ветер. Несколько более подробный инструмент скрининга предоставляется RETScreen International.

После того, как предварительная жизнеспособность будет установлена, в конечном итоге потребуется оценить производительность системы для получения более точных инженерных данных и экономического анализа.Это может быть выполнено с помощью программного обеспечения для ежечасного моделирования или с помощью методов ручной корреляции, основанных на результатах ежечасного моделирования. Для этой задачи рассмотрите возможность использования:

  • F-CHART, метод корреляции, доступный в Университете Висконсина
  • TRNSYS, программа моделирования переходных систем, доступная в Университете Висконсина.

Рекомендации по проектированию

Солнечные водонагревательные системы должны быть спроектированы таким образом, чтобы минимизировать стоимость жизненного цикла.Разработка системы, обеспечивающей 100% нагрузки солнечной энергией, никогда не будет экономически выгодной из-за чрезмерных вложений в площадь коллектора и объем хранилища. Стоимость жизненного цикла может быть минимизирована путем разработки системы, которая выдерживает 100% нагрузки в самый солнечный день года. Такая система обычно обеспечивает около 70% годовой нагрузки. Другие конструктивные особенности включают техническое обслуживание, защиту от замерзания, защиту от перегрева, эстетику крепления коллектора и ориентацию. Кроме того, программы скидок на коммунальные услуги могут налагать дополнительные требования к конструкции.Например, солнечная система нагрева воды на Гавайях должна соответствовать 90% нагрузки, чтобы иметь право на скидки от компании Hawaiian Electric Company.

При проектировании солнечной системы водяного отопления рекомендуются определенные шаги. Во-первых, важно обеспечить правильное расположение солнечных коллекторов. Наилучшая годовая отдача энергии достигается при обращении к экватору с наклоном вверх от горизонтали, равным местной широте. Недавние исследования показывают, что адекватные характеристики могут быть получены при углах наклона и ориентации, которые значительно отличаются от этого.

В континентальной части США коллекторы должны быть повернуты в пределах 30 ° от истинного (немагнитного) юга для максимальной производительности. Также важно оптимизировать наклон собирающей решетки. Поверхности, наклоненные вверх от горизонтали под углом минус 15 ° к широте, максимизируют приток солнечной энергии летом, но снижают приток энергии зимой. Поверхности, наклоненные вверх на широту плюс 15 °, максимизируют приток солнечной энергии зимой и обеспечивают более равномерную подачу солнечной энергии в течение всего года. Угол наклона, равный местной широте, обеспечивает близкий к максимальному круглогодичному приросту солнечной энергии и обычно подходит для солнечного нагрева воды.Обычно приемлемо монтировать коллекторы заподлицо на скатной крыше и как можно ближе к оптимальной ориентации, чтобы снизить затраты на установку и улучшить внешний вид. Карты и таблицы солнечных ресурсов США размещены в Центре данных по возобновляемым ресурсам NREL.

Во-вторых, повреждение может быть вызвано замерзанием воды в проточных каналах коллектора или соединительном трубопроводе. Существует несколько стратегий защиты от замораживания. Наиболее распространенным является циркуляция раствора пропиленгликоля (никогда не используйте токсичный этиленгликоль) и воды в коллекторном контуре непрямой системы.Другая стратегия состоит в том, чтобы слить воду из коллектора обратно в сливной резервуар, размер которого позволяет вместить всю жидкость контура коллектора. Такая конфигурация с обратным сливом имеет дополнительное преимущество, заключающееся в защите системы от чрезмерных температур, если потребление горячей воды снижается из-за сезонного использования, реконструкции или отпуска. Там, где замерзание не является обычным явлением, функция контроллера, которая обеспечивает циркуляцию воды в контуре коллектора, когда температура приближается к нулю, в сочетании со значениями защиты от замерзания, может быть адекватной, но может значительно снизить чистый выигрыш энергии.

Еще одним шагом является создание регулирующего клапана и возможности байпаса. Клапан темперирования очень важен для обеспечения подачи воды с постоянной температурой в краны, даже когда накопление солнечной энергии значительно превышает заданное значение водонагревателя. Байпасные трубопроводы и клапаны позволяют обычной системе обеспечивать горячую воду, если солнечная система отопления не работает по какой-либо причине.

Наконец, необходимо проводить периодическое обслуживание всех систем. Проверьте наличие явных повреждений, например, сломанного стекла коллектора или мокрой изоляции труб.Проверьте pH и точку замерзания теплоносителей. Сравните датчики контрольной температуры с термометрами, чтобы убедиться, что датчики работают. Также не забудьте проверить правильность работы насоса и других функций системы. Для простого комплексного теста проверьте температуру резервуара для предварительного нагрева — после солнечного дня в нем должно быть жарко. Более подробные количественные тесты можно найти в руководствах по проектированию ASHRAE. Для получения дополнительной информации см. Страницы «Ввод здания в эксплуатацию и техническое обслуживание, ориентированное на надежность».

В частности, при интеграции солнечной системы водяного отопления в более крупный строительный проект обязательно:

  • Включить солнечные панели на крыше с выходом на южную сторону в архитектурную программу и конструктивный дизайн
  • Спроектировать крышу, чтобы выдержать дополнительный вес солнечных водонагревательных панелей, включая их физический вес и ветровую нагрузку
  • Рассмотрите интегрированные солнечные тепловые конструкции крыши
  • Свести к минимуму проникновение в крышу
  • Обеспечьте достаточно места в помещении для нагревательного оборудования для размещения баков для солнечного отопления, насосов и оборудования
  • Обеспечьте проход для водопровода и проводки от крыши до аппаратной
  • При включении обогрева помещений вместе с подогревом воды, интегрируйте солнечную тепловую систему с системой отопления здания через теплообменник для отопления помещений

Для больших систем более низкая стоимость обычно достигается за счет установки солнечных коллекторов на незатененном участке земли рядом со зданием и рядом с отопительным оборудованием для предотвращения потерь.

Отличное руководство по проектированию и установке промышленных солнечных водонагревателей было выпущено в 1980-х годах компанией ASHRAE на основе опыта использования активной солнечной энергии в программе «Солнечная энергия в федеральных зданиях». Эти три тома охватывают проектирование, установку и подготовку к эксплуатации и техническому обслуживанию вручную и доступны в Solar Rating and Certification Corporation.

Эксплуатация и обслуживание

Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание каждой солнечной системы водяного отопления оцениваются в половину от 0.5–2% от начальной стоимости в год, в зависимости от типа и конструкции системы. Oamp; M аналогичен тому, который требуется для любого контура водяного отопления, и может быть предоставлен персоналом объекта с привлечением экспертов, если что-то выйдет из строя. Регулярно плановое ТО включает:

  • Проверка солнечных коллекторов и рам на предмет повреждений и определение местоположения сломанных или протекающих трубок для замены
  • Проверка правильности положения всех клапанов
  • Проверка и уход за изоляцией труб и защитными материалами для минимизации потерь и поддержания защиты от замерзания
  • Проверка затяжки монтажных разъемов и ремонт любых изогнутых или корродированных монтажных компонентов
  • Определение того, затеняют ли массив какие-либо новые объекты, такие как рост растений, и, если возможно, переместить их
  • Ежегодная очистка массива простой водой или мягким средством для мытья посуды (не используйте щетки, любые типы растворителей, абразивов или агрессивных моющих средств)
  • Проверка всех соединительных трубопроводов на герметичность и ремонт поврежденных компонентов
  • Проверка сантехники на предмет коррозии
  • Наблюдение за рабочими показателями температуры и давления для обеспечения правильной работы насосов и органов управления
  • Обеспечение работы насоса в солнечный день, а не ночью
  • Использование инсоляционного измерителя для измерения падающего солнечного света и одновременного наблюдения за температурой и выходом энергии на лицевой панели контроллера.Сравните эти показания с исходной эффективностью системы (дополнительные тесты см. В руководствах ASHRAE).
  • Проверка индикаторов состояния лицевой панели контроллера и сравнение индикаторов с измеренными значениями
  • Документирование всех операций по эксплуатации и техническому обслуживанию в рабочей книге и предоставление этой рабочей книги всему обслуживающему персоналу
  • Ежегодная промывка резервуара для хранения питьевой воды от отложений
  • Промывка и заливка теплоносителя каждые 10 лет
  • Промывка системы для удаления накипи из-за плохого качества воды при необходимости (только части системы с питьевой водой)
  • Замена расходуемого анода в резервуаре для хранения при необходимости.

Дополнительное обслуживание может включать замену отключенных датчиков температуры, замену конденсаторов и двигателей насоса, устранение утечек или повреждений от замерзания, а также замену стекла, разбитого градом или вандализмом. В какой-то момент — обычно более 10 лет — может потребоваться замена резервуара.

Особые соображения

Особые соображения, которые следует учитывать при проектировании и установке солнечных систем горячего водоснабжения, включают доступ к солнечным батареям, права на использование солнечной энергии и соответствующие нормы и стандарты.

Доступ к солнечной энергии и права на солнечную энергию

Законы о доступе к солнечной энергии защищают право потребителя устанавливать и эксплуатировать системы солнечной энергии в доме или на предприятии, включая доступ собственности к солнечному свету. Доступ к солнечному свету относится к способности одного объекта недвижимости продолжать получать солнечный свет через границы участка без препятствий со стороны ближайшего дома или здания, ландшафта или других препятствий. Наиболее распространенные типы законов о доступе к солнечной энергии — это сервитут и права на использование солнечной энергии.

Сервитут на солнечной энергии дает владельцам солнечных энергетических систем право на постоянный доступ к солнечному свету без препятствий со стороны соседской собственности и предотвращает будущую застройку собственности, которая может ограничить доступ к солнечной энергии.Соглашения об установлении солнечного сервитута должны быть составлены в письменной форме и подлежат тем же требованиям регистрации и индексации, что и другие имущественные права. Большинство договоров об установлении солнечного сервитута предусматривают следующие элементы:

  • Описание . Размеры сервитута, включая вертикальные и горизонтальные углы и необходимые часы солнечного света, в течение которых близлежащие здания, растительность или другие сооружения не могут препятствовать попаданию прямого солнечного света в солнечную энергетическую систему.
  • Ограничения .Ограничения, накладываемые на ландшафтный дизайн и растительность, конструкции и другие объекты, которые могут ухудшить или затруднить прохождение солнечного света через сервитут и повлиять на работу солнечной энергетической системы.
  • Условия . Условия, если таковые имеются, в соответствии с которыми сервитут может быть пересмотрен или прекращен.

Права на использование солнечной энергии обеспечивают защиту домов и предприятий, ограничивая или запрещая частные ограничения (например, соглашения и подзаконные акты соседства, постановления местных органов власти и строительные нормы) на установку систем солнечной энергии.Около дюжины штатов приняли законы о правах на солнечную энергию, которые ограничивают ограничения, накладываемые соглашениями соседства и / или местными постановлениями на установку солнечного оборудования. Законы различаются по положениям о защите солнечного оборудования, типам покрываемых зданий, применимости к новому и существующему строительству и обеспечению соблюдения прав. Расплывчатые или отсутствующие положения в законах о правах солнечной энергии привели к судебным искам и задержкам в ряде штатов.

Использование солнечного нагрева воды в соответствии с директивами администрации:

  • Правительственный указ 13693 «Планирование обеспечения устойчивости федерального правительства в следующем десятилетии»
  • Закон об энергетической политике 1992 г. (EPAct) предписывает агентствам:
    • «включают возобновляемые источники энергии [например, солнечное нагревание воды] наряду с мерами по повышению энергоэффективности» (раздел 542 Закона о национальной политике в области энергосбережения),
    • «демонстрируют новые технологии и включают экологические преимущества, такие как сокращение выбросов парниковых газов, в критерии отбора демонстрационных технологий» (Раздел 549),
    • «включают рекомендации по рентабельным проектам использования возобновляемых источников энергии» (Раздел 550).
  • Закон об энергетической политике 2005 г. (EPACT), который требует, чтобы федеральные предприятия удовлетворяли 30% своих потребностей в горячей воде за счет солнечной энергии, при условии, что это будет рентабельно в течение всего срока службы системы
  • Указ президента № 13514, который расширяет требования к снижению энергопотребления и производительности EISA 2005 и последующих нормативных актов.

Установить все солнечное водонагревательное оборудование в соответствии с отраслевыми стандартами, в том числе:

Дополнительные ресурсы

Сертификат монтажника солнечного отопления

Североамериканский совет сертифицированных специалистов по энергетике (NABCEP) предоставляет добровольную сертификацию установщикам слуховых аппаратов на солнечных батареях.Сертификация установщика солнечного отопления — это добровольная сертификация, которая обеспечивает набор национальных стандартов, по которым установщики солнечного отопления, обладающие навыками и опытом, могут выделиться среди своих конкурентов. Сертификация обеспечивает определенную степень защиты общественности, давая им возможность оценивать компетентность практикующих специалистов.

Программы сертификации оборудования

The Solar Rating and Certification Corporation (SRCC) — независимая некоммерческая торговая организация, которая создает и внедряет программы сертификации солнечного оборудования и стандарты рейтинга.SRCC сертифицирует сборщиков и публикует рейтинги производительности и уравнения эффективности сборщиков (необходимые для прогнозирования производительности системы в целом) в соответствии со своим стандартом OG-100. SRCC разработала рейтинг и программу сертификации солнечных водонагревательных систем, сокращенно OG300, для повышения производительности и надежности солнечных продуктов. Сводка сертифицированных SRCC рейтингов солнечных коллекторов и водонагревательных систем, в которой перечислены характеристики сертифицированной продукции, доступна бесплатно.

Сайты

  • Управление энергетической информации выпускает очень подробные отчеты о солнечной энергетике и использовании солнечного нагрева воды, включая Отчет о деятельности производителей солнечных коллекторов.
  • Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) предоставляет обширную информацию о солнечном нагреве воды, включая отличные карты и таблицы солнечных ресурсов в США и во всем мире.
  • Ассоциация производителей солнечной энергии предлагает каталог производителей, дистрибьюторов, подрядчиков и консультантов по проектированию для производства горячей воды от солнечной энергии. Есть также несколько государственных глав ОВОС, которые являются полезными ресурсами и источниками региональных участников торгов по проектам.
  • Solar Rating & Certification Corporation — это некоммерческая организация, которая предоставляет авторитетные рейтинги производительности, сертификаты и стандарты для солнечной тепловой продукции с целью защиты и предоставления рекомендаций для потребителей, поставщиков стимулов, правительства и отрасли.
  • Solar-Estimate — это бесплатная государственная служба, предлагающая инструменты для оценки солнечной энергии и поддерживаемая Министерством энергетики и Комиссией по энергетике Калифорнии.
  • Министерство энергетики США, Федеральная программа управления энергопотреблением, выпустило несколько публикаций, включая Федеральное технологическое предупреждение о солнечном водонагревании