Водонагреватели накопительные: принцип работы

Виды накопительных водонагревателей

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

Итак, на современном рынке предлагаются нагревательные бойлеры следующих видов:

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

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

Принцип работы бойлера

Состоит электрический бойлер из таких частей: корпус нагревателя, термоизоляционый слой, накопительный бак, ТЭН, магниевый анод, термодатчик.

Накопительный бак изготавливается из нержавеющей стали и покрывается специальной эмалью или титаном. С внешней стороны бака применяются теплоизолирующие материалы. Это может быть вспененный полиуретан или поролон. Чтобы внутреннее покрытие бака не поддавалось коррозии, применяется магниевый анод. Емкость бака для накопителя воды может варьироваться от 10 до 200 литров.

Работает бойлер по следующему принципу — ТЭН, который размещается в накопительном баке, нагревает холодную воду, поступающую снизу. С верхней части бойлера выводится горячая вода. Получается, что подогреваемая вода постепенно по мере пользования выталкивается напором из системы водоснабжения.

Если вода нагрелась до нужной температуры, нагреватель, благодаря термостату, отключается. При снижении температуры воды на несколько градусов, термостат снова включает нагреватель. Нужная температура задается с помощью регулируемой поворотной ручки. Термостатами или термодатчиками называется биметаллическая пластина, размыкающая электрическую цепочку при нагреве до заданной температуры. Могут быть механические или в электронном виде.

Время нагрева воды в бойлере зависит от емкости нагревательного бака, от мощности ТЭНа и от их количества, так как в некоторых моделях может быть несколько нагревателей.

Нагревание ТЭНа возможно двумя способами:

• сухим, когда ТЭН не контактирует с водой, а помещен в стеклянную или керамическую трубку, выполняющую защитную функцию. Бойлеры с сухим ТЭНом более долговечны, так как устойчивы к возникновению накипи, также отличаются своей высокой ценой;
• мокрым, когда ТЭНы, внешне очень похожие на кипятильник, опущены непосредственно в воду. Бойлеры с таким нагревателем подвержены к возникновению коррозии и накипи, но имеют оптимальную стоимость.

Бойлеры по способу крепления могут быть подвесными, которые устанавливаются горизонтально или вертикально, в зависимости от размещения бака, и напольными.

Для семьи из трех человек из расчета нужд горячей воды на умывание, мытье посуды, душ и ванну требуется бойлер с емкостью в среднем 100 литров.

Таким образом, бойлер незаменим в городских и сельских условиях проживания и обеспечивает своевременный и быстрый нагрев воды. Их популярность возросла, так как многие модели водонагревателей обладают оптимальными ценами, хорошим качеством и простотой эксплуатации.

К атегория: Водяное отопление

Электрические бойлеры

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

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

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

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

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

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

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.

Бойлеры косвенного нагрева

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

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

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

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

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

Солнечные нагревательные бойлеры

Водяные солнечные коллекторы – это не то же самое, что солнечные батареи. Их конструкция – это система из тонких трубочек, по которым циркулирует жидкость. Рассмотри два основных варианта устройства:

• Подогретый теплоноситель поднимается вверх и попадает в отдельный резервуар, где находится холодная вода из водопровода. Проходя по теплообменнику, горячий теплоноситель нагревает эту воду и возвращается в солнечный водонагреватель. Получается система очень похожая на бойлер косвенного нагрева, только вместо печи или котла – энергия солнца.
• При другой, более простой схеме, в верхней части коллектора установлен бак. В нём набирается нагретая жидкость и, вытесняемая более холодной водопроводной снизу, поступает по трубам к людям.

Размещают коллекторы чаще всего на крыше или крепят к вертикальной стене, но так, чтобы на поверхность попадало максимальное количество солнечного света.

Солнечный коллектор более сложной конструкции сможет греть воду не только жаркими летними деньками, но и круглый год!

Итак, если главным критерием выбора считать экономичность, топ-3 будет выглядеть так:

1. Бойлер косвенного нагрева (минус – занимает много места, больше подойдёт для частных домов).
2. Газовый бойлер (для жителей квартир наиболее реальный и бюджетный вариант, затраты на подогрев есть, но небольшие).
3. Солнечный коллектор (при немалых начальных тратах, в последующем – бесплатный подогрев).

Водонагреватель можно установить как самостоятельно, так и вызвав специалистов. Установка водонагревателя своими руками требует определенных знаний. Читайте о требованиях к монтажу прибора. Схемы подключения к электросети и к водопроводу вы найдете в статье.

О выборе электрического накопительного водонагревателя читайте в этой рубрике. Характеристики, которые необходимо учитывать.

Газовые накопительные водонагреватели

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

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

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

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

Особенности конструкции

Чтобы понять, какой вид нагревателей следует выбрать для своего дома, стоит лучше ознакомиться с принципом работы и устройством накопительного электрического водонагревателя.

Такой нагреватель состоит из следующих конструктивных элементов:

1. Корпус бойлера. Обычно делается из пластика или нержавейки. Может быть выполнен в горизонтальном или вертикальном варианте. Изнутри имеет толстый слой теплоизолятора.
2. Внутренний бак водонагревателя. Именно в нем хранится вода. Основные требования к нему — устойчивость к коррозии и перепадам температуры.
3. Трубка для подачи горячей воды. Так как теплые слои жидкости всегда расположены вверху, соответственно, и трубка крепится к верхней части бойлера.
4. Трубка подачи холодной воды. Располагается в нижней части водонагревателя.
5. Нагревательный элемент. Состоит из термостата и термоэлектронагревателя. Последний греет воду, а термостат контролирует ее температуру и при превышении верхнего предела отключает подачу электроэнергии.
6. Анод для сбора накипи. Из названия ясно, для чего он предназначен. Состоит из сплава с большим содержанием магния.
7. Индикатор температуры воды. Может быть цифровым и стрелочным.
8. Защитная крышка.

Так выглядит стандартное устройство накопительного водонагревателя. Конечно, в зависимости от модели и фирмы-изготовителя какие-то отдельные элементы могут отличаться, но общий принцип одинаков для всех модификаций.

О проточных нагревателях воды

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

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

• газовые колонки;
• проточные электронагреватели.

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

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

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

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.

Схема устройства водонагревателя накопительного типа

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.