Как работает бойлер электрический

Принцип работы

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

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

Принцип работы водонагревателя

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

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

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

В штатном режиме снижение температурных показателей воды в резервуаре вызывает замыкание контактов терморегулятора и последующее подключение к электрической сети.

Факторы, от которых зависит скорость нагрева

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

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

Традиционный вариант водогрейных приборов представлен оборудованием, в котором монтируются ТЭНы в виде медной трубки изогнутой формы с установленной внутри нитью на основе нихрома, эффективно проводящей электрический ток.

Такой вариант нагревательного элемента носит название «мокрый».

Вода нагревается при соприкосновении с нагревательным элементом.

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

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

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

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

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 накопительных электрических бойлеров 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.

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 бойлеры электрические с сухим ТЕНом, 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 проточный электрический, так и аппарат, работающий по накопительному принципу. Даже из-за того, что требуются для размещения двух типов водонагревателей 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.

Принцип работы бойлера

Феномен накопительных водонагревателей в том, что их устройство достаточно простое и незамысловатое, однако они считаются одними из наиболее надежных и экономичных устройств. Работа водонагревателя основывается на двух основных его элементах: внутреннем баке и нагревательном элементе (ТЭНе, в случае с использованием электрических нагревателей).

Основной элемент любого водонагревателя – бак. Принцип работы водонагревателя очень напоминает принцип работы обыкновенного термоса с подогревом. Именно по этой причине на сегодняшний день при изготовлении баков для водонагревательных приборов особое внимание уделяют именно внутреннему их покрытию.

Чаще всего водонагревательные баки изготавливают из стали стабилизированной, которая отличается наибольшей устойчивостью к коррозийным процессам. Изнутри баки покрыты специальным покрытием из стеклофарфора. Этот материал, благодаря своей особенной кристаллической структуре, отличающейся химической нейтральностью, обладает целым рядом полезных свойств. Этим также объясняется тот факт, что обыкновенно работа водонагревателя вызывает частичное отслаивание покрытия бака, чего не наблюдается в баках со стеклофарфоровым покрытием. В таких баках, даже при длительной работе, вода постоянно остается кристально чистой.

Как правильно выбрать модель

При выборе модели данного устройства необходимо обращать внимание на внутреннее покрытие резервуара. Оно может быть выполнено из нержавеющей стали, титана или стеклофарфора.

По мнению специалистов, изделия из стеклофарфора отличаются низкой стоимостью, однако они обладают рядом существенных недостатков. Самыми распространенными из них являются короткий срок гарантийного обслуживания (не более 3 лет), а также риск образования микротрещин вследствие перепадов температуры.

Модели с внутренним покрытием резервуара, выполненным из титана или нержавеющей стали, обладают длительным сроком гарантийного обслуживания. Как правило, он находится в пределах 7-10 лет.

Наряду с этим, при выборе водонагревателя следует обращать внимание на среднесуточный показатель расхода горячей воды из расчета на одного человека. При этом нужно учитывать, что он включает в себя такие данные, как количество воды, потребляемое во время умывания, мытья посуды, а также приема душа.

Согласно мнению специалистов, принцип работы водонагревателя напрямую определяется его типом. Существуют три типа данного устройства: накопительный (в некоторых источниках его также называют емкостным), проточный и наливной.

Проточные водонагреватели — скорость нагрева воды

  1. Вытяжная труба
  2. Теплообменник
  3. Газовая горелка
  4. Вентилятор (формирователь тяги)
  5. Пульт управления
  6. Датчик потока
  7. Горячая вода к крану
  8. Подвод газа
  9. Подвод холодной воды
  10. Холодная вода к крану

Данный тип подобных устройств отличается отсутствием емкости для воды. Принцип работы водонагревателя проточного типа заключается в запуске тэнов только после открытия крана холодной воды в ванной комнате или на кухне.

Этот тип водонагревателей также довольно распространен. Их можно разделить на два вида: напорные и безнапорные. Основное отличие состоит в количестве водоразборов. Принцип работы водонагревателя напорного вида предусматривает возможность подключения устройства к нескольким точкам потребления. Это возможно благодаря поддержанию определенного уровня давления во внутреннем резервуаре.

Принцип работы безнапорного водонагревателя, наоборот, предусматривает возможность подключения только к одному водозабору. Практически мгновенное нагревание воды в подобных изделиях происходит с помощью тэнов, мощность которых составляет от 3 до 27 киловатт.

Электрические бойлеры

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

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

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

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

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

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

Бойлеры косвенного нагрева

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

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

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

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

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

Газовые накопительные водонагреватели

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

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

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

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

О проточных нагревателях воды

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

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

  • газовые колонки;
  • проточные электронагреватели.

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

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

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

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

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *