как устроен бойлер и как работает

Решая проблему наличия горячей воды в дачном или частном доме либо в городской квартире, очень часто останавливаются на покупке бойлера. Чтобы подобрать подходящий вариант такой техники, следует понимать, как устроен бойлер и по какому принципу он функционирует.

Что такое бойлер?

Так называют разновидность водонагревателей накопительного типа. В бойлере непрерывно нагревается вода для обеспечения квартиры или частного дома. Для нагрева такой аппарат может использовать газ, электроэнергию либо другие виды топлива.

Устройство в зависимости от вида

Прямого нагрева

Энергоноситель, который поступает в такие аппараты, тратится лишь на нагрев воды внутри устройства. Это означает, что приборы такого типа сами производят тепло, которое нагревает воду. Они бывают газовыми, когда для нагрева используется газовая горелка, а также электрическими, то есть с нагревом от ТЭНа.

По своей конструкции такие бойлеры представляют собой емкость (бак с водой), вокруг которой имеется термоизоляция и внешний корпус с панелью управления. Помимо нагревательного элемента (горелки или ТЭНа) в таких приборах имеются анод из магния, терморегулятор, группа безопасности и патрубки (входной и выходной).

Косвенного нагрева

Такой тип бойлеров устанавливают в домах или квартирах с автономным водяным отоплением, предусматривающим наличие одноконтурного котла. Температура воды внутри бойлера с косвенным типом нагрева повышается не вследствие непосредственного воздействия источника энергии, а в результате теплообмена с отопительным контуром.

Конструкция бойлера этого типа включает корпус, внутрь которого помещен внутренний бак, отделенный от внешнего кожуха слоем термоизоляции. Вода из труб холодного водоснабжения поступает внутрь бака по входящему патрубку, а выводится после открывания крана горячей воды через трубу, расположенную в верхней части прибора.

Отдельно в аппарате имеется теплообменник, который в большинстве моделей представлен змеевиком. Он может быть равномерно расположенным внутри бака или находиться в нижней его части. Обе трубы такого теплообменника подсоединяются к отопительному котлу.

Теплоноситель из котла передвигается по теплообменнику, нагревая воду в баке посредством теплопередачи, а затем выводится через отдельный патрубок, возвращаясь к котлу. Такой теплообменник чаще всего один, но есть модели с несколькими теплообменниками, которые можно подключить не только к газовому котлу, но и к другому источнику.

Также существуют бойлеры косвенного нагрева без змеевика, конструкцию которых называют «бак в баке» из-за наличия внутри бака такого бойлера еще одного бака. Санитарная вода в таком приборе нагревается во внутреннем баке, а теплоноситель перемещается между стенками внутреннего бака и внешними стенками.

В некоторых моделях бойлеров данного типа может присутствовать патрубок рециркуляции. Обязательными элементами всех таких приборов являются магниевый анод и группа безопасности, а также термодатчик. В крупных бойлерах емкостью свыше 150 литров нередко предусматривается ревизионное окно.

Комбинированные

Такие бойлеры совмещают в себе два предыдущих типа нагревательных устройств. По своей конструкции они представлены аппаратами с косвенным нагревом, но отличаются дополнительной установкой ТЭНа, позволяющей использовать прибор, как накопительный электрический бойлер прямого нагрева. Это особенно востребовано для летнего периода, когда одноконтурный котел отключен.

Устройство в зависимости от типа энергии

Электрические

Такие бойлеры наиболее распространены и представлены в широком ассортименте. Для своей работы они используют электричество, поэтому основной деталью таких приборов является ТЭН. Именно эта деталь нагревает воду, набранную в бак аппарата. ТЭН может быть расположен непосредственно в воде либо быть помещенным в капсулу и не контактировать с водой напрямую (такой ТЭН называют «сухим»).

Рядом с ТЭНом присутствует термодатчик, контролирующий его работу через электромеханический или электронный термостат. Эти детали обеспечивают поддержание температуры воды внутри бака на нужном уровне. Как только вода немного остывает, термодатчик передает команду по электрической цепи на термостат, в результате чего ТЭН начинает нагревать воду.

Бак электрического бойлера с внешней стороны окружен слоем теплоизоляционного материала, а также декоративным корпусом из пластика или стали.

Холодная вода попадает внутрь аппарата через патрубок, расположенный в нижней части бойлера. По мере нагрева жидкость поднимается в верхнюю часть прибора, откуда отбирается через выходной патрубок после включения крана с горячей водой.

Внутри большинства электрических бойлеров имеется магниевый анод. Из-за его более низкого электрического потенциала такой анод привлекает свободные ионы тех солей, которые растворены в водопроводной воде. В результате накипь откладывается на аноде вместо того, чтобы атаковать ТЭН и стенки бака. Со временем анод разрушается, поэтому при регулярном обслуживании электрического бойлера его заменяют новым.

На входе электрического бойлера обязательно монтируется группа безопасности с предохранительным клапаном. Его наличие важно для защиты бойлера от избыточного давления. Если давление внутри бака повышается, клапан сбрасывает его и тем самым препятствует повреждению прибора.

Подробнее, о бойлерах данного типа, смотрите в нижеследующем видео.

Газовые

Данный вид накопительных нагревателей не так распространен, как электрические бойлеры, из-за сложностей установки (нужно согласование, наличие дымоотвода, хорошей вентиляции, регистрации).

Работают такие нагревательные приборы на природном газе. В их конструкции выделяют водяной бак, входящую трубу подачи холодной воды и патрубок отвода горячей воды. Корпус аппарата достаточно толстый и отделен от водяного бака слоем теплоизоляции для длительного поддержания температуры нагретой воды.

Теплообмен в газовых бойлерах происходит через нижнюю стенку водяного бака, поскольку под ней находится камера сгорания с расположенной в ней газовой горелкой. Также тепло передается воде внутри бака от центрального канала, по которому продукты сгорания из камеры горелки выводятся к дымоходу.

Управление в таком бойлере происходит посредством температурного датчика и термостата. Эти элементы фиксируют температуру воды и при необходимости отключают подачу газа к горелке или включают ее. Также в газовых бойлерах есть группа безопасности, основной деталью которой выступает аварийный клапан для сброса избыточного давления.

Чтобы внутри аппарата на его стенках не откладывалась накипь, конструкция газового бойлера включает магниевый анод. Со временем он «съедается», поэтому требует замены.

Устройство водонагревателя — ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ.РУ

Несмотря на простоту накопительного водонагревателя, многие потребители не знают устройство водонагревателя накопительного типа. Между тем, ничего сложного в принципе работы водонагревателя нет.

Устройство водонагревателя

Холодная вода под давлением водопроводной системы поступает в бак водонагревателя. Укороченный патрубок подачи холодной воды (внешний конец патрубка подачи обычно обрамлен пластмассовым кольцом синего цвета) с рассекателем равномерно впускает воду на дно водонагревателя. Нагревательный элемент (ТЭН) нагревает поступившую воду.

Вода нагревается, и поднимается вверх, смешиваясь с ненагретой водой. Так постепенно вода в водонагревателе нагревается, и при достижении температуры, заданной терморегулятором, последний автоматически разрывает цепь питания и обесточивает нагревательный элемент. Нагрев воды прекращается. Если забора воды не было, вода в баке охлаждается очень медленно. Если же потребитель горячей воды открывает кран на смесителе, горячая вода из водонагревателя вытесняется из бойлера водопроводной водой, и вытекает из бойлера по длинному патрубку вывода горячей воды (обозначен красным цветом) и температура внутри бака падает.

Тут срабатывает настроенное на определённую температуру термореле, и ТЭН включается. Обычно производители вводят в конструкцию водонагревателя индикатор напряжения, и потребитель всегда может следить за работой водонагревателя.

Очень часто у пользователей возникает такой вопрос – бывает ли бойлер

пустым. Не бывает. При правильной установке на входе бойлера устанавливается обратный клапан, не позволяющий воде вытечь из внутреннего бака в водопровод при отсутствии воды в водопроводной системе. Это означает, что слить воду из накопительного бака можно, только открутив обратный клапан, если, конечно, на самом клапане нет сливного рычажка или между клапаном и входным патрубком нет тройника с краном для слива воды без снятия обратного клапана. В общем, устройство водонагревателя довольно простое, надо просто попытаться разобраться.

Устройство электрического бойлера — Строительный журнал Palitrabazar.ru

Водонагреватели накопительные: принцип работы

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.

Как работает бойлер

Водонагреватели используются как в квартирах, так и в частных домах. Их применение позволяет обеспечить бесперебойную подачу горячей воды независимо от наличия централизованной сети.

Одним из типов водонагревателей является бойлер косвенного нагрева. Устройство бойлера включает в себя теплообменник, который соединен с внешним источником тепла. Это позволяет прогревать большой объем воды за короткий срок.

Типы бойлеров для нагрева воды

Чтобы понять, как работает бойлер, необходимо разобраться, какие бывают водонагреватели и в чем заключаются их отличия.

Независимо от производителя существует несколько типов устройств для автономного нагрева воды:

1. Электрические накопительные нагреватели.
2. Бойлеры косвенного нагрева.
3. Электрические проточные.
4. Газовые.

Выбор водонагревателя осуществляется исходя из личных предпочтений владельца помещения. При выборе следует учитывать особенности конструкции бойлера и тип доступного источника тепла.

Конструкция водонагревателей

На рынке представлены изделия различной формы, объема и технических характеристик. Независимо от этого водонагреватели каждого отдельного типа схожи по своей конструкции.

Электрический накопительный

По своей конструкции изделие этого типа представляет собой емкость круглой или овальной формы. Бак используется для накапливания и прогрева воды.

Он находится в корпусе, изготовленном из металла или пластика. Во избежание быстрого охлаждения жидкости производители оснащают емкость теплоизоляционным слоем.
Бак изготавливают из материалов, наименее подверженных коррозии. На рынке представлены изделия, емкость которых изготовлена из эмалированной или нержавеющей стали. Для защиты внутренних деталей от образования накипи водонагреватели оснащают магниевым анодом.

В нижней части располагается электрический электронагреватель. Он оснащен термостатом, позволяющим поддерживать определенную температуру жидкости. В некоторых моделях установлены два ТЭНа.

После прогрева жидкости один из них отключается, и определенный показатель температуры поддерживается другим. Это позволяет экономить электроэнергию.
Устройство бойлера включает в себя два патрубка. Они используются для подачи воды и ее отведения из емкости. Патрубок холодной воды установлен в нижней части бака, а трубка отбора горячей жидкости – в верхней.

Электрический проточный

Устройство проточного бойлера для нагрева воды не включает в себя накопительную емкость. Жидкость прогревается при прохождении через устройство. Нагрев осуществляется электрическим нагревателем высокой мощности.

Конструктивные особенности изделия проточного типа позволяют быстро прогревать небольшое количество воды. В конструкцию изделия проточного типа входит:

• Электрический водонагреватель высокой мощности.
• Индикатор работы.
• Рубашка для прохождения воды.
• Датчики и реле.

Благодаря отсутствию накопительной емкости, проточные бойлеры имеют небольшие размеры. Это дает возможность устанавливать устройство в помещениях с ограниченным свободным пространством.

Газовые водонагреватели

Устройства, использующие в качестве источника тепла газ, могут быть как проточного, так и накопительного типа. Проточные водонагреватели – газовые колонки могут быстро прогревать небольшое количество жидкости, проходящей через них.

С помощью накопительных можно получить большое количество горячей воды, но после этого потребуется время для прогрева новой порции.
Накопительные устройства состоят из металлического бака, сквозь который проходит газоход. Он необходим для отвода продуктов горения газа. Вместо ТЭНа в водонагревателе используется газовая горелка. Управление степенью нагрева осуществляется специализированным блоком.

Устройство бойлера косвенного нагрева

Этот тип водонагревателя представляет собой накопительную емкость, оснащенную слоем теплоизоляции. Объем бойлера косвенного нагрева может быть различным.

Отличительной особенностью устройств этого типа является отсутствие встроенного источника тепла. Некоторые модели имеют электрический нагреватель, но он используется для поддержания необходимой температуры.

Через накопительную емкость проходит змеевик, нагревающий жидкость. Некоторые модели имеют в своей конструкции две емкости, одна из которых установлена внутри другой.

В пространство между баками поступает теплоноситель. Для защиты внутренней поверхности бака от образования накипи производители устанавливают магниевый анод.

Принцип работы бойлера косвенного нагрева

Независимо от особенностей конструкции устройств косвенного нагрева принцип их действия одинаков. Для прогрева жидкости используется внешний источник тепла (котел). Модели, имеющие две емкости, быстрее прогревают жидкость благодаря большей площади теплообмена.
Горячая вода из системы отопления подается в змеевик или в пространство между внутренним и наружным баком. Жидкость в накопительном баке прогревается.

По мере прогрева вода перемещается вверх, где и расположен патрубок отбора. Для поддержания температуры и нагрева жидкости при неработающем отоплении производители устанавливают ТЭН.

Следует учитывать, что в моделях с двумя баками таким образом осуществляется нагрев теплоносителя, а в изделиях со змеевиком нагревается жидкость, предназначенная для горячего водоснабжения.

Принцип работы проточного водонагревателя

Установка изделия данного типа позволяет обеспечить помещение горячей водой без предварительного ее подогрева. При этом проточные водонагреватели не могут выдать большой объем жидкости за короткое время. Это обусловлено низкой пропускной способностью бойлера.
Жидкость проходит сквозь трубки, в которых установлен мощный электрический нагреватель. Отличительной особенностью проточного бойлера является то, что он может подавать горячую воду бесперебойно на протяжении длительного времени.

Принцип работы накопительного бойлера

Жидкость накапливается в специализированной емкости. Нагрев осуществляет один или несколько ТЭНов. В зависимости от вида изделия производители устанавливают электрические нагреватели двух типов:

1. Мокрый. ТЭН полностью погружается в накопительную емкость.
2. Сухой. Нагреватель помещен в специализированный кожух, предотвращающий попадание влаги на токоведущие части.

При открывании крана содержимое накопителя поступает наружу по патрубку для отбора горячей воды. Давление в баке падает и открывается обратный клапан. Жидкость из системы ХВС поступает в накопитель.

По достижению жидкостью определенной температуры срабатывает термостат, который может быть установлен как в совокупности с нагревателем, так и отдельно.

Он разрывает электрическую цепь, тем самым отключая ТЭН от сети питания. По мере остывания воды в накопителе термостат включает нагреватель и осуществляется подогрев содержимого бака.

Правила эксплуатации

Для увеличения срока эксплуатации водонагревателя необходимо придерживаться некоторых правил:

1. При монтаже использовать элементы обвязки, рекомендуемые производителем. В зависимости от типа водонагревателя в обвязку могут входить различные элементы.
2. Не использовать устройство накопительного типа без предохранительного клапана. Этот элемент обвязки снижает степень давления на стенки бака при нагреве. Предохранительный клапан устанавливается непосредственно на входной патрубок.
3. Не включать устройство накопительного типа в электрическую сеть при пустом баке. Включение водонагревателя без воды может привести к выходу из строя ТЭНа.
4. Подключать устройство к электрической сети согласно схеме, находящейся в руководстве по эксплуатации.
5. 1 раз в 1 – 3 года чистить накопитель от накипи. При необходимости осуществляется замена магниевого анода.
6. Установить фильтр для дополнительной чистки воды на входе.
7. Устройства проточного типа устанавливать в местах, максимально близко расположенных к точке забора воды.

Бойлер косвенного нагрева позволяет получить горячее водоснабжение, используя систему отопления. Возможность подключения дополнительных источников тепла в некоторых моделях позволяет нагревать содержимое бака за минимальный промежуток времени, а наличие ТЭНа дает возможность поддерживать температуру в заданных пределах.

Устройство и принцип работы 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

Устройство и принцип работы бойлера

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

Виды накопительных водонагревателей

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

Итак, на современном рынке предлагаются нагревательные бойлеры следующих видов:

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

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

Электрические бойлеры

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

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

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

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

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

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

Бойлеры косвенного нагрева

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

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

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

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

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

Газовые накопительные водонагреватели

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

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

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

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

О проточных нагревателях воды

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

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

• газовые колонки;
• проточные электронагреватели.

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

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

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

Заключение

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

Виды и конструкция водонагревателя, как не ошибиться в выборе?

Бойлер представляет собою накопительный нагреватель воды высокой емкости, в котором вода греется благодаря внутреннему либо внешнему нагревательному элементу. К внутренним нагревателям относятся теплообменные устройства, в которых циркулирует такая среда, как:

• Пар;
• Вода;
• Масло;
• Электроток.

Внешние нагреватели функционируют благодаря различным энергетическим носителям:

• Соляр;
• Уголь;
• Дерево;
• Газ.

Типы водонагревателей

Самым распространенным в быту является проточный бойлер на газу (его еще называют газовой колонкой). Чуть менее популярным считается проточный электрический и накопительный бойлер.

Накопительный водонагреватель достаточно известен тем, у кого совмещенный санузел в хрущевке. Такой бойлер просто эксплуатировать, он достаточно недорогой. Главной его функцией является обеспечение вас горячей водой. Накопительные водонагреватели делятся на открытые и закрытые.

Напорные закрытые нагреватели воды способны раздавать горячую воду на различные точки водоразбора. То есть, если вы затеяли ремонт ванных комнат и санузлов, чтобы снабдить горячей водой ванную, умывальник и кухню, вам необходим именно такой бойлер.

Безнапорный открытый нагреватель воды снабжает горячей водой единственную точку водоразбора. Именно поэтому самыми популярными являются напорные закрытые нагреватели воды. Подобные водонагреватели располагают особенной защитной группой, активирующей обратный и предохранительный клапан, а также клапан сбрасывания. Обратный клапан не дает возможности горячей воде проникнуть в трубопровод холодной воды. Предохранительный клапан выпускает излишки воды через клапан сбрасывания. Все клапаны расположены у входа холодной воды в бойлер.

Рассчитайте стоимость ремонта или позвоните по телефону в Москве — +7 (495) 975-79-48 

Конструкция нагревателя воды

Водонагреватель состоит из таких компонентов, как:

• Внешний корпус;
• Термоизоляционный слой;
• Накопительный бак бойлера;
• Патрубок для входа холодной воды с разделителем на внутренней стороне;
• Патрубок для вывода горячей воды;
• ТЭН;
• Температурный датчик, анод из магния.

Обычно термоизоляционным несъемным материалом является жесткий поролон. Если требуется съемная термоизоляция, используют мягкий поролон. Бак делается из металла, практически никогда из пластика. Баки из нержавейки самые надежные, однако стоят дороже остальных. 

Виды конструкции бойлера — Все о печи в доме

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.

Вернуться к оглавлению

Элементы накопительного водонагревателя

Вернуться к оглавлению

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.

Схема ТЭНа.

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.

Вернуться к оглавлению

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.

Вернуться к оглавлению

Термопара — элемент безопасности

Схема различных видов термопар.

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).

Вернуться к оглавлению

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).

https://1popechi.ru/www.youtube.com/watch?v=c7rtL1YWaXU

Вернуться к оглавлению

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.

https://1popechi.ru/www.youtube.com/watch?v=kOhsAamnDwk

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.

Водонагреватель | Бойлер | Виды водонагревателей (бойлеров)

В этой статье мы расскажем о накопительных водонагревателях косвенного нагрева (иначе: бак-водонагреватель, емкостный водонагреватель, бойлер (не совсем верное название, но, пожалуй, самое распространенное) для обеспечения частного дома, коттеджа горячей водой.

Как мы уже писали в статьях о подборе котла отопления по мощности и о двухконтурных газовых котлах, на практике обычно используются два подхода к построению систем горячего водоснабжения – на основе двухконтурного котла с проточным водонагревателем и на базе накопительного водонагревателя (бойлера). Имеет место также промежуточный вариант на основе газового котла со встроенным бойлером. Эта статья посвящена описанию накопительного водонагревателя. С порядком расчета объема водонагревателя (бойлера), можно ознакомится в статье «Подбор водонагревателя»

Содержание

1.  Назначение накопительного водонагревателя
2. Устройство бойлера
3. Преимущества системы ГВС на водонагревателе косвенного нагрева

 

Назначение водонагревателя накопительного и принцип его работы

Как следует из его названия, основное назначение накопительного водонагревателя косвенного нагрева подготавливать и накапливать запас горячей воды в объеме, достаточном для покрытия потребностей в период пикового водоразбора. Бак-водонагреватель способен нагревать и сохранять достаточное количество горячей воды при относительно небольшой мощности нагрева. Таким образом, вне зависимости от мощности теплогенератора (котла отопления, теплового насоса, гелиоколлектора и т.п.) к установленному времени может быть предоставлен полный запас горячей воды в бойлере без задержки по времени. После израсходования накопленного объема воды, водонагреватель поставляет горячую воду в проточном режиме в количестве, соответствующем мощности теплообменника или теплогенератора.

Косвенный нагрев подразумевает, что вода в таких бойлерах нагревается внешним теплогенератором (котлом отопления, солнечным коллектором, тепловым насосом). Во многих моделях водонагревателей косвенного нагрева предусматривается возможность монтажа в корпус бойлера электрических нагревателей.

Если устройство водонагревателя предполагает использование одного источника тепла, такой водонагреватель называется моновалентным. В настоящее время всё более распространенной становится многовалентная конструкция водонагревателей, предполагающая нагрев  воды в бойлере различными источниками тепла через несколько теплообменников.

Устройство водонагревателя. Типы теплообменников.

Обычно,  емкостной водонагреватель представляет собой накопительный резервуар со встроенным теплообменником. Теплообменники могут быть следующих типов:

Змеевик

Самым распространенным типом теплообменника для водонагревателя (бойлера) является змеевик, который располагается в нижней части бака и подключается к нагревательному контуру котла отопления (солнечного коллектора или теплового насоса). Теплообменник нагревает воду в нижней части бойлера, которая из-за разности плотностей поднимается к водозаборному патрубку водонагревателя.  Основным преимуществом такой конструкции теплообменника является умеренная цена при достаточной производительности.

 

Бак в баке

Менее распространенным решением, но не менее эффективным, является конструкция водонагревателя, которую называют «бак в баке». Функцию теплообменника выполняет стенка внутреннего бака. Внутренний бак, изготовленный обычно из нержавеющей стали, заполнен водопроводной водой. Горячий теплоноситель, поступающий к водонагревателю от котла или другого теплогенератора, циркулирует в пространстве между внешним и внутренним баками и через стенку внутреннего резервуара нагревает находящуюся в нем воду. Благодаря большой площади поверхности теплопередачи (от 1,5 до 2,5 раз больше, чем у змеевика) скорость нагрева воды в бойлере довольно высока, вследствие чего позволяет снизить объем водонагревателя.

 

Промежуточный теплообменник

Высокую производительность обеспечивает конструкция ёмкостного водонагревателя косвенного нагрева с внешним (промежуточным) теплообменником. В отличие от водонагревателя со встроенным теплообменником, где нагрев воды осуществляется снизу-вверх, в такой системе бойлер заполняется горячей водой с помощью загрузочного насоса через с промежуточный теплообменник сверху-вниз, за счет чего образуются слои воды различной температуры. Важным преимуществом  накопительного бойлера такой конструкции является возможность практически сразу предоставлять горячую воду в количестве, соответствующем мощности теплообменника независимо от температуры воды в баке. 

Высокая производительность водонагревателя с внешним теплообменником обеспечивается за счет того, что разность температур питьевой воды на входе в теплообменник и выходе из него остается практически неизменной на протяжении всего цикла нагрева всего объема воды, вследствие чего теплообменник накопительного водонагревателя практически всегда работает с максимальной производительностью. Ну а за счет того, что нагретая вода подается в непосредственно в верхний слой бойлера, потребитель получает горячую воду практически сразу, независимо от того, какая температура воды была в бойлере до начала нагрева.

Промежуточный теплообменник может монтироваться как на корпусе водонагревателя, так и в виде самостоятельного элемента системы ГВС.

Преимущества системы горячего водоснабжения с накопительным водонагревателем

• Обеспечение запаса горячей воды для покрытия пикового водоразбоа
• Сниженные требования по водоподготовке (по сравнению с проточными водонагревателями и двухконтурными котлами
• Возможность организации рециркуляции горячей воды — не требуется пропускать воду, повышается экономия воды
• Уменьшение гидравлических сопротивлений
• Низкая зависимость от давления воды в подающем трубопроводе
• Снижение количества кратковременных пусков котла

В нашем интернет-магазине выможете подобрать и купить водонагреватель косвенного нагрева, который будет полностью отвечать Вашим потребностям.

Газовый накопительный водонагреватель: конструкция, виды, монтаж

Проблема получения горячей воды актуальна среди жителей частного сектора. Довольно часто домовладельцы применяют газовые водонагреватели накопительного типа. Хотя такой вариант нагревателя и стоит дороже, но он быстрее себя окупает за время эксплуатации: газ во много раз дешевле электричества.

Конструкция и функциональные возможности

Нагревание происходит в довольно вместительном баке, который является основной частью всей конструкции. Его размер колеблется в пределах от 50 до 300 литров. Нагрев происходит при помощи теплообменника, продукты сгорания выводятся из изделия при помощи отводной трубы. В наличии имеются и специальные датчики, в обязанности которых входит контроль разных параметров, теплоизолирующие элементы, система розжига, патрубки подачи холодной и вывода нагретой воды.

Бойлер заполняется водой автоматически. При поступлении в бак холодной воды, включается подача газа на горелку, образующийся при этом тепловой поток выходит из изделия через трубу специальной конструкции (с турбулятором), по пути нагревая объем воды. При достижении установленного показателя температурный датчик отключает газ и нагрев прекращается.

В чем отличие такого водонагревателя от газовой колонки? Накопительный бойлер постепенно нагревает залитый в него объем воды, и только при достижении заданной потребителем температуры ее можно использовать. Газовая колонка греет воду сразу, так как работает по принципу проточного нагревателя. Объединяет оба устройства лишь то, что в качестве источника тепла они используют газ.

Наглядную информацию об устройстве газового бойлера вы можете почерпнуть из этого видео:

Виды бойлеров

Такие бытовые приборы специалисты классифицируют по нескольким критериям:

1. Тип камеры сгорания — открытый или закрытый.
2. Система розжига — от пьезоэлемента или электрической домашней сети.
3. По способу установки — на полу или настенный вариант.

Далее мы более подробно рассмотрим все разновидности вышеописанных изделий.

С открытой камерой сгорания

Газовый водонагреватель с тягой открытого типа оснащается аналогичной камерой сгорания. Работа их осуществляется по такому принципу: кислород, так нужный для устойчивой работы, поступает непосредственно из помещения, где расположен бойлер. Все продукты сгорания удаляются через дымоход, который пользователю надо установить заранее.

Стоимость такой разновидности водонагревателей дешевле, но обустройство системы дымохода влетит в копеечку, что не прельщает пользователей.

С закрытой камерой сгорания

Бойлер, использующий принудительную тягу, считается специалистами более экономичным вариантом для размещения в своем доме: его закрытая камера имеет специальную систему удаления продуктов сгорания при помощи мощного насоса. Этот вид не требует отдельной вентиляционной системы, потому что они не используют воздух из помещения для устойчивого горения — этот факт становится решающим при выборе их домовладельцами частных строений.

С пьезоэлементом

Чтобы запустить современный газовый водонагреватель, уже не нужны спички или зажигалка — на каждом изделии есть специальная кнопка, при нажатии которой агрегат начинает работу. Изделия такого класса оснащены пьезоэлементом, который и осуществляет поджог газа. Многие пользователи считают это атавизмом, устаревшим вариантом, но эти бойлеры не теряют своей популярности из-за невысокой цены.

С электрическим поджигом

Некоторые домовладельцы стремятся приобрести самую последнюю модель газового бойлера с новейшей системой автоматического запуска, который работает самостоятельно — стоит только открыть вам кран. Аналогичные модели намного удобнее при эксплуатации и весьма экономно расходуют голубое топливо, а пьезоэлемент может работать от электрического питания или батареек типа Марс.

Напольный вариант

Установка газового водонагревателя на полу осуществляется из-за довольно больших габаритов и массе: бак изделия может вмещать 100—300 литров воды. Прежде чем приобрести такое массивное устройство, необходимо оборудовать место для него — идеальный вариант в отдельном помещении, куда без труда можно подвести газ. Такие бойлеры покупают владельцы частных домов для обеспечения всей семьи горячей водой круглый год, в квартире городского многоэтажного дома поместить такого гиганта было бы проблематично.

Размещение на стене

Как правило, при таком варианте водонагреватели имеют более компактный вид: размещают их в ванной комнате над раковиной или унитазом, что позволяет пользователям экономить пространство и использовать его более рационально. Эти водонагреватели рассчитаны на небольшой объем, поэтому их можно устанавливать в городской квартире любого размера — изделие обеспечит вас горячей водой, при этом не занимая много места.

Какой объем выбрать

Чтобы выбрать газовый водонагреватель накопительного типа, который идеально подойдет для вашей семьи, надо знать расход горячей воды на одного человека. Специалисты уверяют, что эта цифра находится в пределе 50—70 л. ежесуточного потребления. Производители аналогичного оборудования выпускают различные варианты с объемом до 300 л., поэтому выбрать необходимый вариант будет не так уж трудно.

Когда водонагреватель приобретается для семьи, проживающей в собственном доме за городом, то надо рассматривать варианты никак не ниже 150 литров — именно такой объем может удовлетворить потребности для личной гигиены всех домочадцев. Для тех, кто сомневается в справедливости этого утверждения, сделаем небольшие вычисления:

• принять ванну — минимум 150;
• душ — 50—100;
• утренняя гигиена — 15 литров;
• на мытье посуды — не более 30 л.

Теперь все это помножить на членов семьи — результат вряд ли вас порадует.

Объем бойлеров от 200 литров считается оптимальным вариантом для большой семьи с маленькими детьми.

Дополнительные параметры выбора устройства

Выбирая накопительный газовый бойлер, следует обращать внимание на следующие важные параметры.

Номинальная мощность

Этот показатель у газовых изделий начинается от 4—6 кВт: в бойлере с объемом бака не менее 150 литров устанавливаются горелки мощностью 7 кВт — для нагревания всего объема нужно всего около часа. У электрического бойлера аналогичных параметров нагрев занимает от 2 до 4 часов. Здесь решающим фактором является то, что газ намного дешевле, а в эксплуатации есть и другие нюансы в пользу газового варианта.

Материал изготовления

Бак современных изделий изготавливается из простой марки стали с покрытием специальными составами или же из весьма недешевой нержавеющей стали. Каждый вариант имеет свои плюсы и минусы.

Первый вариант намного дешевле второго, но при выборе пользователю надо учитывать и тот момент, что первый бак имеет более тонкие стенки, что при возникновении частых гидроударов в системе водопровода, имеет основное значение. Нержавеющая сталь более устойчива к воздействию коррозии, а спецпокрытие эмалью со временем может растрескиваться — емкость быстро ржавеет и становится непригодной для эксплуатации.

Когда применяются различные напыления от титанового до стеклофарфора, то срок службы емкости имеет разные временные значения, но состав покрытия оказывает сильное влияние на финальную стоимость изделия. Здесь есть и другой нюанс: от частого перепада температур со временем появляются микротрещины, для исключения их появления пользователь должен настроить температуру, не превышающую 60⁰C. Иногда для предотвращения развития различных бактерий, надо прогревать воду почти до кипения.

Сегодня самыми надежными считаются бойлеры с баками из нержавеющей стали. Их гарантия составляет 7—10 лет, в то время как у баков с покрытием из стеклофарфора — всего не более 12 месяцев.

Анод из магния

Все бойлеры оснащаются таким приспособлением, техническое название его — электрохимическая защита с протекторным анодом, который делают в основном из магния, иногда из цинка. Анод постепенно растворяется за счет окисления, обеспечивая надежную защиту внутренней поверхности бака от коррозии. От структуры воды зависит и замена: его меняют не менее раза в год для емкостей с напылением, а когда установлен бак из нержавейки, то менять анод почти не приходится. При покупке всегда интересуйтесь о наличии магниевого устройства внутри изделия или найдите аналогичную информацию в инструкции по эксплуатации.

Схема врезки и установка

Монтаж газового оборудования строго регламентирован, поэтому без специалиста с соответствующим допуском вам не обойтись — иначе рассчитывать на гарантийное обслуживание впоследствии не придется.

Схема подключения накопительного газового водонагревателя

Вот основные рекомендации в подключении изделия ко всем коммуникациям, которые надо выполнять неукоснительно.

1. Бойлер устанавливается таким образом, чтобы между изделием и стеной был промежуток, необходимый для осмотра и обслуживания всех узлов.
2. Для подключения используется труба не менее ¾ дюйма, при этом есть важная особенность: труба отвода горячей воды подключается слева, а подвод холодной воды — справа.
3. Чтобы избежать перегревания водонагревателя необходимо применять предохранительный клапан.
4. Прежде чем делать подключение устройства к системе водопровода, включите воду и проверьте ее качество на предмет посторонних примесей. А лучше установите на трубе подвода специальный фильтр, защищающий дорогое оборудование.
5. Мало кто из пользователей знает, что давление не должно превышать восьми бар, в противном случае надо ставить понижающий редуктор.
6. Из гидравлического клапана постоянно будет капать вода — это нормально, но надо установить трубку отвода ее в канализацию, чтобы она не попала на корпус бойлера.
7. Если зимой вы постоянно не проживаете в загородном доме, то при каждом отъезде слейте воду, иначе техника придет в негодность.

Как видите, есть много нюансов при установке водонагревателя на газу, но если сделать все, что требуется — то изделие будет работать исправно долгое время.

Меры безопасности

Часто у многих пользователей появляются сомнения в безопасном использовании оборудования с использованием открытого пламени, но производители заверяют, что приняли все необходимые меры по безопасности. К таким системам относятся:

• датчик тяги, который срабатывает при любом нарушении функций дымохода — он сразу отключает подачу газа;
• гидравлический клапан — он мгновенно реагирует на отсутствие воды, сразу блокируется подача газа, чтобы не было перегрева оборудования;
• контроллер пламени — это обыкновенная термопара, иногда она дополняется ионизированным корректором, если пламя по какой-то причине гаснет, то перекрывается поступление газа, тем самым предотвращается его нежелательная утечка.

Вытяжной колпак, который есть у любого изделия такого класса, предотвращает возможность обратного притока в помещение, где установлен бойлер, продуктов горения. Поэтому пользователь может не беспокоиться — все вредные вещества надежно удаляются и обитателям загородного дома не грозит утром головная боль из-за использования газового водонагревателя.

Типы водонагревателей и рекомендации по выбору

Существует много типов водонагревателей, и есть много размеров и вариантов топлива. Количество типов, размеров и топливных комбинаций создает множество вариантов, когда дело доходит до выбора водонагревателя для конкретного применения. Это не одобрение одного типа водонагревателя по сравнению с другим, так как каждый тип конструкции водонагревателя имеет применение, в котором он может быть лучше всего подходит.

Тип склада

Водонагреватели накопительного типа предлагают накопительный бак с узлом горелки под баком или погружным электронагревательным элементом или теплообменником в баке.По сравнению с проточными водонагревателями, водонагреватели накопительного типа потребляют меньше энергии и позволяют накопленному объему воды нагреваться в течение определенного периода времени. Количество хранимой горячей воды обычно рассчитано на хранение количества горячей воды, достаточного для удовлетворения или превышения пикового спроса на горячую воду для данного типа объекта.

Как правило, пиковый спрос на водонагреватель длится от 15 минут до двух часов в зависимости от типа объекта. Обычный водонагреватель в жилом доме обычно справляется с пиковыми потребностями в горячей воде.Различные типы водонагревателей накопительного типа включают в себя в основном все типы водонагревателей, которые могут быть соединены с накопительным баком.

Преимущество резервуара для хранения в том, что он позволяет снизить потребляемую мощность в БТЕ / ч или ниже. Недостатком нагревателя накопительного типа является то, что если он не циркулирует, он может испытывать термическое расслоение или расслоение. Это создает слой более прохладной воды внизу, а более горячая вода поднимается кверху. В водонагревателях накопительного типа условие расслоения устраняется, если на водонагревателе установлен циркуляционный насос.

Бесконтактные водонагреватели

Бесконтактные водонагреватели, также известные или рекламируемые как проточные или полумгновенные водонагреватели по запросу, нагревают воду напрямую с использованием накопительного бака и без него. Термин «безрезервуарный» неточен, потому что у всех нагревателей есть некоторый объем хранения. Термин «безрезервуарный» был придуман производителями небольших водонагревателей для установки в месте использования с очень маленькими уровнями входного сигнала в ответ на требования кодов для предохранительных клапанов температуры и давления (T&P) в верхних шести дюймах водонагревателя. бак.Для бытовых или безбаквальных обогревателей они имеют настолько малый объем воды, что паровой взрыв маловероятен. Они придумали термин «без резервуара», чтобы указать, что нет необходимости в клапане сброса температуры и давления, хотя у них должен быть клапан сброса давления.

Как правило, подвод тепла для водонагревателей без резервуара эквивалентен максимальному расчетному расходу и повышению расчетной температуры для данной области применения. Существуют водонагреватели без резервуара со сложными регуляторами температуры, которые изменяют потребляемую энергию, и есть водонагреватели без резервуара без элементов управления ограничением температуры, использующие для работы простой переключатель потока.

Меньшие и более простые устройства предназначены для небольших потоков и небольшого повышения температуры (обычно около 35 F). Они нагревают воду в отводном трубопроводе, которая должна быть близка к температуре окружающей среды, и они поднимают температуру на 35 F с 70 F до 105 F только для мытья рук. Если поступающая холодная вода ниже, они могут не обеспечить горячей водой для применения. Поток очень важен для этих небольших проточных / проточных водонагревателей.

Повышение температуры и тип управления для электрических и газовых агрегатов варьируются от 35 до 70 F от производителя к производителю.Бензобаковые нагреватели обычно не нагревают воду выше 105 F; хотя некоторые модели имеют очень высокие показатели энергопотребления. Эти типы обогревателей могут хорошо работать в небольших помещениях. Это более сложно для приложений с большим пиковым расходом и переменным расходом.

Бесконтактные водонагреватели имеют преимущества экономии места и минимальных потерь тепла в режиме ожидания. Недостатками безрезервуарного водонагревателя / водонагревателя для установки в точке использования являются начальная стоимость (от 2200 до 3500 долларов, стоимость безрезервуарного водонагревателя для всего дома) для более сложных жилых единиц целого дома примерно в пять-семь раз выше стоимости высокоэффективной воды с резервуаром обогреватель (стоимость бытового резервуара от 450 до 800 долларов).

Водонагреватели с тепловым насосом

Водонагреватели с тепловым насосом обычно отводят тепло от любого источника тепла и передают тепло от источника в процессе обратного охлаждения для передачи тепла в резервуар для хранения горячей воды с использованием горячего газа хладагента вместо выработки тепла непосредственно для обеспечения горячей водой.
Тепловые насосы могут отводить тепло из грунтовых вод и в некоторых случаях отводить тепло из воздуха, но им могут потребоваться электрические нагревательные элементы в качестве резервных в зимние месяцы и в периоды пиковой нагрузки.

Солнечные водонагреватели

Солнечные водонагреватели используют солнце для нагрева раствора гликоля через теплообменник и обеспечения теплом резервуара для хранения горячей воды. Солнечные водонагреватели никогда не должны иметь бытовую воду в трубопроводе солнечной панели. Это связано с тем, что солнечные панели можно отключать на значительную часть года в зимние месяцы, создавая большую мертвую полосу застоя воды.

Случаи легионеллы произошли в трубопроводах солнечной системы, в которых не использовался теплообменник для отделения цепи трубопровода солнечной энергии от системы трубопроводов горячего водоснабжения.При использовании отдельных систем трубопроводов гликоль может быть добавлен в солнечный контур, чтобы предотвратить замерзание солнечных трубопроводов и солнечных панелей.

Кожухотрубные, полупроточные или косвенные водонагреватели

Кожухотрубные, полумгновенные или косвенные водонагреватели могут использовать газ, масло или электричество, нагревая горячую воду или пар в качестве теплоносителя в теплообменнике или нагревательном змеевике, вставленном в резервуар-хранилище или соединенном по трубопроводу с резервуаром-хранилищем и циркуляционным резервуаром. насос.Кожухотрубные нагреватели бывают разных конструкций с многопроходными конструкциями для эффективной теплопередачи.

Нагреватели с медными оребрениями представляют собой водонагреватели непрямого действия, они обладают высокой эффективностью, и обычно температура в водонагревателе повышается на 35 ° F. Это требует использования циркуляционного насоса и резервуара для хранения, в котором вода циркулирует два-три раза, чтобы удовлетворить требования по повышению температуры для повышения температуры на 100 ° F.

Некоторые конструкции кожухотрубных, полумгновенных водонагревателей или теплообменников рассчитаны на перегрев воды, и в них используются регулируемые по температуре смесительные клапаны на выходе водонагревателя для обеспечения постоянной температуры на выходе в систему распределения горячей воды. .Это позволяет поддерживать постоянную температуру горячей воды, поскольку поток через теплообменник колеблется в зависимости от потребности.

Преимущества заключаются в экономии места без резервуара для хранения, хотя они могут быть объединены с резервуаром для хранения и циркуляционным насосом для приложений со значительными пиковыми нагрузками или для снижения требований к потребляемой энергии. Недостатком является то, что без смесительного клапана или других сложных средств управления температура на выходе будет колебаться в зависимости от изменений расхода или потребности. Shell & Tube, полумгновенные или непрямые устройства могут потребовать высоких БТЕ в час или высоких требований к потребляемой энергии для более высоких скоростей потока, поскольку пиковая потребность должна удовлетворяться мгновенно.

Водонагреватели прямого действия

Водонагреватели с прямым нагревом являются относительно новыми на рынке, хотя они существуют уже некоторое время, они в основном используются в технологических процессах. Камеры с прямым сжиганием распыляют воду над камерой сгорания, заполненной металлическими прокладками или наполнителем. Горелка впрыскивает пламя прямо в ту же камеру, что и вода.

Рекомендации по выбору топлива

При выборе наилучшего типа и модели водонагревателя для вашего применения учитывайте следующее.

Тип топлива или источник энергии, который вы используете для нагрева воды, повлияет не только на годовые эксплуатационные расходы водонагревателя, но также на его размер и энергоэффективность. Изучите стоимость всех доступных источников топлива. Затем, после расчета нагрузки на горячую воду, можно будет провести сравнение годовых эксплуатационных затрат на электроэнергию.

Чтобы обеспечить здание достаточным количеством горячей воды, удовлетворить пиковые потребности и максимизировать эффективность, вам понадобится водонагреватель подходящего размера.Для определения пиковой почасовой потребности в водонагревателях накопительного типа необходимо выполнить расчет нагрузки на ГВС, а для проточных водонагревателей необходимо определить пиковый расход в галлонах в минуту.

Чтобы добиться максимальной экономии энергии и затрат, вам следует изучить энергоэффективность водонагревателя, прежде чем определять ее.

Тип топлива водонагревателя

Тип топлива и его доступность в вашем районе могут сузить выбор водонагревателя.Ниже приводится список вариантов водонагревателя по топливу или источнику энергии:

Электроэнергия широко доступна в качестве источника топлива для водонагревателей без резервуаров или по требованию, а также для тепловых насосов. Электричество также можно использовать с комбинированными системами водяного отопления и отопления помещений, которые включают в себя безбакерные змеевики и косвенные водонагреватели.

Мазут доступен в некоторых районах США для обычных водонагревателей и косвенных комбинированных систем водяного отопления и отопления помещений.

Геотермальная энергия доступна тем, у кого есть или уже есть геотермальная система теплового насоса, установленная в своих домах для отопления и охлаждения помещений.

Нагрев горячей воды, как правило, доступен в больших зданиях с системами нагрева горячей воды и водонагревательными котлами. Температура горячей воды для нагрева, как правило, составляет от 180 до 210 F, и ее можно использовать для нагрева воды для бытового потребления. Важно определить нагрузку в БТЕ / час для требований к пиковому периоду, чтобы котел мог быть рассчитан на нагрузку отопления, горячего водоснабжения и любые технологические нагрузки по мере необходимости.

Природный газ используется для обычных водонагревателей (без резервуаров или проточных), а также для комбинированных систем водяного отопления и отопления помещений, которые включают безбакерные змеевики и водонагреватели косвенного действия.

Пропан используется для обычных водонагревателей (без резервуаров или проточных), а также для комбинированных систем водяного отопления и отопления помещений.

Солнечная энергия доступна на всей территории США — больше всего на юго-западе — для солнечных водонагревателей.

Пар, если он используется для нагрева бытовой горячей воды, обычно подается под давлением примерно 15 фунтов на квадратный дюйм, что эквивалентно примерно 250 F. Если должно использоваться давление пара выше 15 фунтов на квадратный дюйм, рассмотрите возможность использования станции понижения давления пара, если необходимо использовать пар с более высоким давлением. может использоваться с теплообменником с двойными стенками. Следует также рассмотреть другие меры безопасности, чтобы предотвратить попадание пара под высоким давлением в систему горячего водоснабжения. Если теплообменник выйдет из строя при давлении 15 фунтов на квадратный дюйм, паровая система будет затоплена водой.Если теплообменник откажет паром под высоким давлением, водяной трубопровод будет заполнен паром. Двойное топливо, сочетающее любые два из вышеперечисленных видов топлива, является вариантом в специальных приложениях, где может быть важно иметь непрерывную подачу горячей воды.

Рон Джордж, CPD , президент Plumb-Tech Design & Consulting Services LLC. С ним можно связаться: офис 734-322-0225; 755-1908; и веб-сайт www.Plumb-TechLLC.com.

Конструкция водонагревателя

Нагретая вода расширяется, и это может привести к потенциально опасному повышению давления в водонагревателе резервуарного типа.Конструктивные решения водонагревателя включают клапаны сброса температуры и давления, а также расширительные баки (справа).

Предохранительные клапаны используются для накопительных водонагревателей, работающих при давлении выше атмосферного. Тем не менее, их нельзя использовать для контроля теплового расширения. Клапаны сброса давления предназначены для автоматического сброса давления, когда оно достигает давления, на которое установлен клапан. Они закрываются пружиной или чем-то подобным. Клапаны сброса температуры предназначены для автоматического сброса при температуре, на которую установлен клапан.Комбинированные клапаны сброса температуры и давления (T&P) предназначены для сброса как температуры, так и давления.

Все предохранительные клапаны установлены в кожухе бака водонагревателя. Установки температуры не должны превышать 210 ° F (99 ° C). Давление не должно превышать 150 фунтов на квадратный дюйм (1035 кПа) или номинального рабочего давления изготовителя, если оно меньше указанного. Кроме того, сбросная способность клапанов сброса температуры и давления должна быть равна или больше, чем подвод тепла к накопительному резервуару или водонагревателю.

Для клапанов сброса давления, температуры и T&P требуется нагнетательный трубопровод, который является частью конструкции водонагревателя. Этот трубопровод нельзя напрямую подключать к дренажной системе, и каждое устройство должно иметь свой собственный трубопровод. Наши инженеры MEP следят за тем, чтобы диаметр трубы был не меньше диаметра выпускного отверстия клапана, и проектируют систему таким образом, чтобы она выходила через воздушный зазор в том же помещении, что и бак или водонагреватель. Сливные трубы устанавливаются так, чтобы они текли под действием силы тяжести к видимой конечной точке.У них нет клапанов, тройников или резьбовых соединений на конце трубы.

Антисифонные устройства предотвращают сифонирование накопительных водонагревателей и резервуаров. Это может быть трубка для «погружения» в холодную воду с отверстием наверху. В качестве альтернативы, вакуумный предохранительный клапан может быть установлен в линии подачи холодной воды над верхней частью бака или нагревателя.

Вакуумные предохранительные клапаны используются с резервуарами с донным питанием и водонагревателями.

Расширительные баки включены в конструкцию водонагревателя, если водопроводная система «закрыта» и обратный поток, который обычно проходит между зданием и основным водопроводом, заблокирован, поэтому он не может течь обратно в городскую воду. поставлять.В этой ситуации при повышении давления воды обратному потоку некуда деваться. Расширительные баки обеспечивают облегчение, поскольку избыточный объем воды поступает в расширительный бак и снижает давление.

Клапаны также должны быть встроены в конструкцию водонагревателя, чтобы обеспечить отключение либо путем отключения системы электрического горячего водоснабжения от источника энергии, либо, в случае других систем, подачи энергетического топлива (газа или масла).

Подбор размера нового водонагревателя

Водонагреватель подходящего размера удовлетворит потребности вашего дома в горячей воде и при этом будет работать более эффективно.Поэтому перед покупкой водонагревателя убедитесь, что он подходящего размера.

Здесь вы найдете информацию о том, как определить размеры этих систем:

• Водонагреватели без резервуаров или по запросу
• Солнечные водонагреватели
• Накопительные водонагреватели и водонагреватели с тепловым насосом (с резервуаром).

Для определения размеров комбинированных систем водяного отопления и отопления помещений, в том числе некоторых систем с тепловыми насосами, а также водонагревателей без резервуара и косвенного нагрева воды, проконсультируйтесь с квалифицированным подрядчиком.

Если вы еще не решили, какой тип водонагревателя лучше всего подходит для вашего дома, узнайте больше о выборе нового водонагревателя.

Определение размеров водонагревателей без резервуаров или по запросу

Водонагреватели без резервуаров или по запросу рассчитаны на максимальное повышение температуры, возможное при заданном расходе. Следовательно, чтобы определить размер водонагревателя по запросу, вам необходимо определить скорость потока и повышение температуры, необходимое для его применения (весь дом или удаленное приложение, например, просто ванная) в вашем доме.

Сначала укажите количество устройств для горячей воды, которые вы планируете использовать одновременно. Затем сложите их скорости потока (галлонов в минуту). Это желаемая скорость потока, необходимая для водонагревателя по запросу. Например, предположим, что вы ожидаете одновременного использования крана горячей воды с расходом 0,75 галлона (2,84 литра) в минуту и ​​насадки для душа с расходом 2,5 галлона (9,46 литра) в минуту. Расход воды через водонагреватель по запросу должен быть не менее 3,25 галлона (12.3 литра) в минуту. Для уменьшения расхода установите арматуру на слабый расход воды.

Чтобы определить повышение температуры, вычтите температуру поступающей воды из заданной температуры на выходе. Если вы не знаете иначе, предположите, что температура входящей воды составляет 50ºF (10ºC). В большинстве случаев вам нужно нагреть воду до 120ºF (49ºC). В этом примере вам понадобится водонагреватель по запросу, который повышает температуру на 70ºF (39ºC) для большинства применений. В посудомоечных машинах без внутреннего нагревателя и в других подобных устройствах может потребоваться нагрев воды до 140ºF (60ºC).В этом случае вам потребуется повышение температуры на 90ºF (50ºC).

Водонагреватели, пользующиеся наибольшим спросом, рассчитаны на различные температуры на входе. Как правило, повышение температуры воды на 70ºF (39ºC) возможно при расходе 5 галлонов в минуту через газовые водонагреватели и 2 галлона в минуту через электрические. Более высокая скорость потока или более низкая температура на входе иногда могут снизить температуру воды в самом дальнем кране. Некоторые типы безбаквальных водонагревателей имеют термостатическое управление; они могут изменять свою температуру на выходе в зависимости от расхода воды и температуры на входе.

Расчет солнечной водонагревательной системы

Расчет солнечной водонагревательной системы в основном включает определение общей площади коллектора и объема хранилища, которые вам понадобятся для удовлетворения 90–100% потребностей вашего домохозяйства в горячей воде в летний период. Подрядчики солнечной системы используют рабочие листы и компьютерные программы для определения системных требований и размеров коллектора.

Коллекторная площадь

Подрядчики обычно следуют нормативам примерно 20 квадратных футов (2 квадратных метра) коллекторной площади для каждого из первых двух членов семьи.На каждого дополнительного человека добавляйте 8 квадратных футов (0,7 квадратных метра), если вы живете в районе Солнечного пояса США, или 12–14 квадратных футов, если вы живете на севере Соединенных Штатов.

Объем хранения

Небольшого (от 50 до 60 галлонов) резервуара для хранения обычно достаточно для одного-двух-трех человек. Средний (80 галлонов) резервуар для хранения хорошо подходит для трех-четырех человек. Большой резервуар подходит для четырех-шести человек.

Для активных систем размер солнечного накопителя увеличивается с размером коллектора — обычно 1.5 галлонов на квадратный фут коллектора. Это помогает предотвратить перегрев системы при низкой потребности в горячей воде. В очень теплом, солнечном климате некоторые эксперты предлагают увеличить это соотношение до 2 галлонов хранилища на 1 квадратный фут площади коллектора.

Другие расчеты

Дополнительные расчеты, связанные с определением размеров вашей солнечной системы водяного отопления, включают оценку солнечного ресурса вашей строительной площадки и определение правильной ориентации и наклона солнечного коллектора.Посетите страницу солнечных водонагревателей, чтобы узнать больше об этих расчетах.

Определение размеров водонагревателей с накопительным и тепловым насосом (с баком)

Для правильного определения размеров накопительного водонагревателя для вашего дома, включая водонагреватель с тепловым насосом с баком, используйте номинал первого часа водяного нагревателя. Рейтинг за первый час — это количество галлонов горячей воды, которое водонагреватель может подавать в час (начиная с резервуара, полного горячей воды). Это зависит от емкости бака, источника тепла (горелка или элемент) и размера горелки или элемента.

На этикетке EnergyGuide рейтинг первого часа указан в верхнем левом углу как «Емкость (оценка за первый час)». Федеральная торговая комиссия требует наличия этикетки EnergyGuide на всех новых обычных водонагревателях, но не на водонагревателях с тепловым насосом. В документации по продукту от производителя также может содержаться оценка за первый час. Ищите модели водонагревателей с рейтингом в первый час, который соответствует в пределах 1 или 2 галлона вашей потребности в час пик — дневной пиковой потребности в горячей воде для вашего дома за 1 час.

Чтобы оценить потребность в горячей воде:

• Определите, в какое время дня (утро, полдень, вечер) вы используете больше всего горячей воды в своем доме. Помните о количестве людей, проживающих в вашем доме.
• Используйте таблицу ниже, чтобы оценить максимальное использование горячей воды в течение этого одного часа дня — это ваша потребность в час максимальной нагрузки. Примечание: таблица не оценивает общее ежедневное потребление горячей воды.

Пример рабочего листа показывает общую потребность в 36 галлонов в час пик.Следовательно, этому домашнему хозяйству потребуется модель водонагревателя с мощностью от 34 до 38 галлонов в первый час.

9024 9024 9024 =

Рабочий лист для оценки потребности в пиковый час / рейтинг в первый час *

Использование	Среднее количество галлонов горячей воды на одно использование		Время использования в течение 1 часа		галлонов237
Душ	10	×		=
Бритье (.05 галлонов в минуту)	2	×		=
Мытье посуды вручную или приготовление пищи (2 галлона в минуту)	4	×		=		=	Автоматическая посудомоечная машина	6	×		=
Стиральная машина	7	×		=

ПРИМЕР

3 душа	10	×	3	=					9024 1	=	2
1 мытье посуды вручную	4	×	1	=	4
Пиковая нагрузка в час				=	36

Энергетический расчет адаптирован на основе информации из Федеральной программы управления энергопотреблением.
* Приведенная выше таблица основана на стандартном использовании без каких-либо мер по экономии воды.

Горячая вода 101 | Nelson Mechanical Design Incorporated

Описания и изображения ниже предназначены для облегчения общего понимания частей вашей системы горячего водоснабжения . Мы надеемся, что когда вы обратитесь в службу поддержки, они помогут вам определить те части вашей системы, которые могут нуждаться в обслуживании.Когда вы получите от нас счет, мы надеемся, что приведенная ниже информация поможет прояснить, над какими частями и системами мы работали во время нашего сервисного визита.

Электрический водонагреватель обычно запитывается от двухполюсного выключателя в коробке выключателя. Чрезвычайно распространенной причиной отсутствия горячей воды для бытового потребления, если у вас есть электрический водонагреватель, является выключатель цепи в выключенном положении.

Все водонагреватели резервуарного типа имеют вакуумный прерыватель для предотвращения разрушения резервуара при его опорожнении.

Клапан сброса давления настроен на открытие при давлении 150 фунтов на кв. Дюйм или 210 F, в зависимости от того, что произойдет раньше.

Это разрез электрического водонагревателя , показывающий различные части. (Изображение предоставлено Merriam Webster)

Вода нагревается верхними и нижними водонагревательными элементами .Они идентичны — чаще всего 240 Вольт и 4500 Вт.

Верхний термостат сначала нагревает верхний элемент. Как только верхняя часть резервуара удовлетворена, этот термостат передает питание на нижний элемент.

Нижний термостат получает питание, когда верхняя часть бака нагревается достаточно, чтобы выключить верхний термостат. В этот момент нижний термостат передает питание на нижний элемент.

Нижний элемент водонагревателя идентичен верхнему элементу.

Водонагреватель с тепловым насосом использует компрессор и хладагент R134a для использования тепла помещения для нагрева воды для бытового потребления. Это означает, что в комнате обычно становится прохладнее и суше, поскольку это устройство отводит тепло и влагу. В верхней части находятся компрессор, испаритель и дозирующий клапан.Вокруг бака для воды находится конденсатор.

На этой схеме показаны внутренние компоненты водонагревателя теплового насоса, включая испаритель , компрессор , расширительный клапан , вентилятор , воздушный фильтр и конденсатор .

Водонагреватели емкостного типа могут также нагреваться пропаном. Водонагреватель для пропанового бака имеет предохранительный клапан и вакуумный прерыватель, как и электрические модели.Некоторые из этих водонагревателей безнаддувные со стальной дымовой трубой. В большинстве новых водонагревателей используется конденсационная труба из пластика ПВХ.

Газовый клапан управляется электронным или тепловым управлением для включения и выключения пропана, подаваемого в горелку.

Индуктор тяги используется для вытягивания пропановоздушной смеси через водонагреватель из здания.Поскольку температура дымовых газов очень низкая, можно использовать пластмассовые детали, которые лучше работают с агрессивными дымовыми газами.

Электрический безрезервуарный водонагреватель чаще всего используется для одиночного устройства, которое может быть отделено от основного источника горячей воды. В этих случаях небольшой электрический водонагреватель без резервуара имеет смысл, поскольку в нем нет накопителя, а потребность в горячей воде довольно низка. В этих водонагревателях есть электрические элементы, которые требуют обслуживания после того, как они сгорят.

Пропановый водонагреватель без резервуара способен нагревать поступающую
питьевую воду за один проход через теплообменник
от 50 F до 130 F.

Из-за отсутствия резервуара для осаждения примесей и отложений во входной трубе используется фильтр для воды .

Клапаны горячей и холодной воды также имеют отверстий для промывки , предназначенных для очистки теплообменника безбакерного водонагревателя для обеспечения его правильной работы.Мы используем средство для удаления накипи и пропускаем его через эти клапаны, а затем тщательно промываем средство для удаления накипи.

Датчик расхода воды (на самом деле небольшая турбина) используется для измерения расхода воды, чтобы определить, сколько пропана нужно дозировать в камеру сгорания.

Бак для горячей воды для бытового потребления «непрямого действия» хранит горячую питьевую воду для дома. Он является «косвенным», так как не имеет самого источника тепла — он подключен к котлу или тепловому насосу и получает тепло «косвенно».Эти резервуары обычно служат от 8 до 10 лет, в зависимости от качества воды.

aquastat (что означает переключатель температуры воды) используется для измерения температуры воды внутри резервуара ГВС (горячей воды для бытового потребления) и сообщает котлу о необходимости включения или выключения для нагрева воды.

Наша цель — стать первоклассным сантехническим оборудованием и оборудованием HVAC Martha’s Vineyard. — мы ценим возможность обслуживать, устанавливать и «спасать» вашу систему горячего водоснабжения !

Нагрейте воду с умом при проектировании и строительстве экологически безопасных домов

Сведите к минимуму использование горячей воды в доме

Чем меньше используется горячей воды, тем меньше горячей воды необходимо производить.Установите водосберегающие краны (1 галлон в минуту или меньше) и насадки для душа (1,5 галлона в минуту или меньше). И выберите бытовую технику, например посудомоечные и стиральные машины, которые экономно расходуют горячую воду. Проконсультируйтесь с веб-сайтом устройства ENERGY STAR, чтобы узнать о рейтингах использования энергии и воды для лучшего выбора.

---

Солнечное водонагревание

До недавнего времени солнечные тепловые водонагреватели были стандартным элементом домов с нулевым потреблением энергии, и они все еще могут быть хорошим выбором для больших домов.Если ваш дом обеспечивает горячей водой более 5 человек и будет продолжать это делать в течение следующих 20 лет или около того, тогда стоит оценить рентабельность солнечной тепловой системы. Небольшие домохозяйства обнаружат, что первоначальные затраты на установку энергоэффективного водонагревателя с тепловым насосом и достаточной фотоэлектрической мощности для его работы будут намного ниже.

---

Водонагреватели с тепловым насосом

В умеренном и теплом климате рассмотрите рентабельность использования водонагревателя с тепловым насосом (HPWH).Список эффективных моделей водонагревателей с тепловым насосом поддерживается Северо-западным альянсом по энергоэффективности. При рейтинге UEF от 2,0 до 4,0 HPWH в два-три раза эффективнее стандартных водонагревателей, что делает их наиболее эффективной технологией.

HPWH отбирают тепло из окружающей среды, охлаждая пространство, поэтому важно тщательно выбирать его расположение. HPWH эффективно работают в помещениях с температурой от 40 ° F до 90 ° F. Если вы живете в теплом климате, который требует больше кондиционирования, чем отопления, HPWH можно разместить в кондиционируемой зоне дома.В климате с преобладанием тепла лучшее место для HPWH — это буферное пространство, которое не отапливается напрямую, но остается более теплым, чем снаружи. Хороший пример — неотапливаемый гараж или подвал. HPWH также нуждаются в помещении с минимальным объемом воздуха для отвода тепла. Это зависит от модели и может составлять всего 1000 кубических футов (12 футов x 11 футов x 8 дюймов). Больше объема определенно лучше. Большинство моделей имеют возможность вентиляции, так что теплый приточный воздух забирается из одного места (например, из подвала или в подвал), а холодный воздух выходит наружу.

Поскольку HPWH нагревают воду медленно, для более крупных домов необходимы резервуары большего размера. Два человека могут обойтись с баком на 50 галлонов. Домохозяйства, в которых проживает более двух человек, должны определить размер резервуара в соответствии с их предполагаемыми потребностями: 80- или 120-галлонный резервуар. Избегайте увеличения размера водонагревателя для случайного скопления людей. HPWH могут работать в трех режимах в зависимости от потребности. В режиме теплового насоса используется только компрессор. Это самый медленный, но самый эффективный режим. Гибридный режим позволяет водонагревателю автоматически переключаться на электрические элементы сопротивления, если компрессор не справляется с потребностями.Режим электрического сопротивления полагается только на нагревательные элементы. В то время как вы получите максимальную эффективность в режиме теплового насоса, другие режимы помогут жителям выдержать короткие периоды высокого спроса. Подробнее читайте в статье Как сделать горячую воду современным энергоэффективным способом.

---

Водонагреватели электрического сопротивления

В водонагревателе электрического сопротивления используются нагревательные элементы в баке для преобразования электричества в тепло, как в электрической духовке или тостере. Хорошо изолированный электрический водонагреватель сопротивления может быть хорошим выбором, если стоимость дополнительных солнечных панелей для его питания достаточно низка.Ищите модель с UEF 0,93 или выше. В климате, где преобладает отопление, лучшим местом для электрического водонагревателя будет внутренний шкаф или подсобное помещение, где любая потеря тепла из бака может перетекать в жилое пространство.

---

Расположение водонагревателя

Лучше всего располагать водонагреватель рядом с раковинами, душевыми кабинами и приборами, в которых будет использоваться горячая вода. Более короткие участки трубопровода горячей воды позволят сэкономить электроэнергию и воду. Кроме того, все трубы с горячей водой должны быть утеплены.Сюда входят те, которые проходят внутри кондиционированного помещения, за исключением труб, встроенных в изоляцию здания.

---

Циркуляционные системы горячего водоснабжения

После включения крана с горячей водой всегда нужно немного подождать, пока придет горячая вода. Иногда приходится долго ждать. В современном домашнем дизайне один или несколько светильников часто размещаются на дальних концах плана этажа. Например, кухня может находиться на одном конце плана этажа, а главная ванная — на другом.Когда становится невозможным согласовать цель коротких участков трубопровода с удаленной арматурой, многие строители устанавливают систему рециркуляции горячей воды, в которой используется насос для быстрой подачи горячей воды в самую дальнюю точку. Сами системы рециркуляции используют энергию для насоса и ускоряют потерю тепла из водопроводных труб. Эксплуатация такой системы, когда в ней нет необходимости, — это значительная потеря энергии, которая работает против цели нулевого потребления энергии. Даже установка таймера в системе приводит к тому, что в течение дня ненужная работа будет продолжаться много часов.Если установлена ​​система рециркуляции, обязательно выберите систему по запросу, которая включает насос с помощью простой кнопки или датчика присутствия, чтобы определить, когда кто-то действительно ждет воды.

Проектирование и испытание модели солнечных водонагревателей — мероприятие

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 4 (3-5)

Требуемое время: 1 час 45 минут

(можно разбить на два занятия по 50 минут)

Расходные материалы на группу: 3 доллара США.00

Размер группы: 3

Зависимость действий: Нет

Тематические области: Анализ данных и вероятность, Земля и космос, Измерения, Физические науки, Наука и технологии

Ожидаемые характеристики NGSS:

---

Резюме

Чтобы изучить различные способы использования солнечной энергии, ученики создают модель солнечного водонагревателя и определяют, насколько он может нагреть воду за заданный промежуток времени.Солнечные водонагреватели работают за счет солнечного излучения и конвекции. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Инженеры используют принципы излучения и конвекции во многих приложениях. Например, в системе охлаждения двигателя автомобиля или мотоцикла насосы перемещают жидкость (антифриз или охлаждающую жидкость двигателя) через двигатель. Когда эта жидкость течет по двигателю, она поглощает тепло, производимое двигателем (конвективная и кондуктивная теплопередача), которое охлаждает двигатель.Основная цель охлаждающей жидкости — передача тепла для охлаждения двигателя, что прямо противоположно цели солнечного водонагревателя, которая заключается в передаче тепла для обогрева дома.

Цели обучения

После этого занятия студенты должны уметь:

• Постройте простой солнечный водонагреватель.
• Объясните, как солнце можно использовать для нагрева воды.
• Укажите параметры, которые инженеры могут изменить для улучшения солнечных водонагревателей.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются Сетью стандартов достижений (ASN) , проект Д2Л (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
3-5-ETS1-1.Определите простую проектную проблему, отражающую потребность или желание, которая включает определенные критерии успеха и ограничения по материалам, времени или стоимости. (3-5 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
Определите простую задачу проектирования, которая может быть решена путем разработки объекта, инструмента, процесса или системы, и включает несколько критериев успеха и ограничений по материалам, времени или стоимости. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Возможные решения проблемы ограничены доступными материалами и ресурсами (ограничениями). Успех разработанного решения определяется с учетом желаемых характеристик решения (критериев). Различные предложения по решениям можно сравнивать на основе того, насколько хорошо каждое из них соответствует указанным критериям успеха или насколько хорошо каждое из них учитывает ограничения. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Потребности и желания людей со временем меняются, как и их потребности в новых и улучшенных технологиях. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Ожидаемые характеристики NGSS
4-ПС3-4.Примените научные идеи для разработки, тестирования и усовершенствования устройства, преобразующего энергию из одной формы в другую. (4 класс) 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
Применяйте научные идеи для решения задач проектирования. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Энергия также может передаваться с места на место с помощью электрического тока, который затем может использоваться локально для создания движения, звука, тепла или света. С самого начала токи могли быть созданы путем преобразования энергии движения в электрическую. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Выражение «производить энергию» обычно относится к преобразованию накопленной энергии в желаемую форму для практического использования. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Возможные решения проблемы ограничены доступными материалами и ресурсами (ограничениями). Успех разработанного решения определяется с учетом желаемых характеристик решения (критериев). Различные предложения по решениям можно сравнивать на основе того, насколько хорошо каждое из них соответствует указанным критериям успеха или насколько хорошо каждое из них учитывает ограничения. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Энергия может передаваться различными способами и между объектами. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Инженеры улучшают существующие технологии или разрабатывают новые. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Большинство ученых и инженеров работают в группах. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Наука влияет на повседневную жизнь. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Общие основные государственные стандарты — математика

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология

ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Список материалов

Каждой группе необходимо:

• 30 см трубки для аквариума
• Картонная трубка от туалетной бумаги (попросите учащихся принести из дома)
• Алюминиевая фольга (размер = длина бумажной трубки x ½ ее диаметра)
• 1 самоклеящаяся застежка для скрепления бумаги с отверстиями, чтобы удерживать трубку на месте (можно приобрести в магазинах канцелярских товаров) (можно использовать альтернативные материалы, например, горячий клей или небольшие нарезанные и склеенные куски гофрированного картона или пластиковую гребенчатую обвязку)
• Две латунные скобы (или скобы, или клей)
• 1 стакан из пенополистирола
• Ножницы
• Линейка (для мерной картонной трубки и фольги)
• Рабочий лист по солнечному водонагревателю, по одному на учащегося

На каждом световом посту:

• 1 лампа на гибкой стойке (с лампой 100 Вт)
• 1 мерный стакан (или банка с отмеченными объемами, мерный стакан или градуированный цилиндр)
• 1 маленькая банка для сбора воды (или используйте другую чашку из пенополистирола)
• Книга толстая и книга тонкая (для изготовления ступенек)
• Термометр без ртути

На долю всего класса:

• Черная краска
• Солнцезащитные очки (по желанию; по одному на каждого ученика, если деятельность проводится на улице; по крайней мере, по одному на команду, если используется лампа; попросите учеников принести свои собственные)
• Глина для лепки (необязательно; может помочь предотвратить протекание трубки, вставленной в чашку)
• Защитное покрытие стола

Примечание по повторному использованию / переработке / утилизации: Утилизируйте картонные тюбики от туалетной бумаги, предварительно удалив самоклеящуюся застежку.Утилизируйте или повторно используйте алюминиевую фольгу. Сложите фольгу плоско (не в шар) при переработке. Сохраните (и используйте повторно) трубки, крепежные детали, чашки и банки из пенополистирола.

Рабочие листы и приложения

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/cub_energy2_lesson09_activity2], чтобы распечатать или загрузить.

Больше подобной программы

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.

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 обычного отопления и охлаждения и о том, как инженеры внедряют пассивную солнечную конструкцию …

Насколько жарко?

Студенты узнают о природе тепловой энергии, температуре и о том, как материалы накапливают тепловую энергию. Они обсуждают разницу между проводимостью, конвекцией и излучением тепловой энергии, а также полные действия, в которых они исследуют разницу между температурой, тепловой энергией и…

Что популярно, а что нет?

С помощью простых демонстрационных упражнений под руководством учителя учащиеся изучают основы физики теплопередачи посредством теплопроводности, конвекции и излучения. Они также узнают о примерах нагревательных и охлаждающих устройств, от плит до радиаторов автомобилей, с которыми они сталкиваются в своих домах…

Введение / Мотивация

Мы можем использовать энергию от солнца — возобновляемый источник энергии — для многих вещей. Мы можем использовать его для обогрева и освещения наших домов, сушки одежды, приготовления пищи, но как насчет нагрева воды? Вы когда-нибудь были в неглубоком бассейне или ходили по мелкой луже в жаркий день? Иногда вода в мелком бассейне или луже греется от солнца.Это пример передачи солнечной энергии в нагретую воду. Итак, да, солнечная энергия может использоваться для нагрева воды. Рисунок 1. Типичная активная замкнутая система нагрева воды на солнечной энергии, подобная тем, которые установлены в тысячах домов в США. Солнечный коллектор собирает тепло от солнца и использует его для нагрева воды в небольших трубах внутри коллектора. Насос распространяет авторское право

Copyright © Министерство энергетики США, http://www.eere.energy.gov/consumer/your_home/electricity/index.cfm/mytopic=12850.

В большинстве домов в США есть водонагреватели, которые нагревают воду, подаваемую в раковины и душевые. Иногда горячую воду используют и для обогрева дома. Инженеры разработали водонагреватели, работающие на газе, электричестве и солнечной энергии. Газовые водонагреватели сжигают природный газ (или другое ископаемое топливо) для нагрева воды внутри резервуара для хранения. В электрических водонагревателях используется нагревательный элемент (такой, как вы могли видеть внутри своей электрической духовки, конфорки электрической плиты или тостера) в накопительном баке, который передает тепло воде.В солнечных водонагревателях вода нагревается солнечной энергией. В системах электрического водяного отопления больше всего энергии используется для производства такого же количества тепла. Самые эффективные и надежные системы водяного отопления используют солнечный водонагреватель для обеспечения большей части отопления, а газовый водонагреватель — для обеспечения необходимого дополнительного нагрева. Вы знаете, как нагревается вода в вашем доме?

Как и любая другая солнечная энергетическая система, солнечный водонагреватель может быть активным или пассивным. Пассивное солнечное отопление — это когда солнечная энергия используется для обогрева чего-либо без использования электрических или механических компонентов. Активная солнечная энергия В методах используются электрические или механические насосы для протекания жидкости через коллекторы (см. Рисунок 1). Активные солнечные водонагреватели более эффективны, чем пассивные солнечные водонагреватели, но для их создания и установки требуется больше оборудования и инженерных знаний, и они более дороги в эксплуатации.

Пассивные солнечные водонагреватели — это то, что мы рассмотрим сегодня. Солнечные водонагреватели работают за счет солнечного излучения и конвекции . Большинство пассивных солнечных нагревателей имеют один или несколько резервуаров для хранения темного цвета.Эти резервуары расположены внутри изолированного ящика со стеклом или пластиком со стороны, обращенной к солнцу. Вы можете подумать, почему? Так вот, темный накопительный бак поглощает тепло, излучаемое солнцем, а изоляция удерживает тепло от выхода из воды. Холодная вода поступает в нижнюю часть бака, а горячая вода вытекает сверху в водонагреватель, где при необходимости ее можно нагреть еще больше. Зимой эти наружные солнечные водонагреватели либо осушаются, либо защищаются от отрицательных температур.

Чтобы сделать солнечный водонагреватель подходящего размера для домашнего хозяйства, инженеры выясняют, сколько воды им нужно для нагрева. Подумайте, сколько горячей воды вы потребляете в день? Горячая вода используется для приготовления, мытья и мытья посуды, одежды и самих себя. Солнечные водонагреватели могут быть менее дорогими, чем другие водонагреватели, если у вас есть место для хранения горячей воды, когда солнце садится.

Сегодня мы будем инженерами и построим модель солнечного водонагревателя. Давайте посмотрим, сколько солнечной энергии нужно, чтобы нагреть немного воды, а затем подумаем, как мы могли бы спроектировать солнечный водонагреватель для дома или школы.

Процедура

Фон водонагревателя

Активные солнечные нагреватели используют насосы для циркуляции жидкости через коллекторы. В местах, где нет продолжительных периодов замерзания или жесткой или кислой воды, воду можно нагревать напрямую. Эти системы известны как системы прямого или открытого типа. В противном случае через коллектор перекачивается жидкий теплоноситель, например пропиленгликоль, фреон или дистиллированная вода. Тепло передается от нагретой жидкости к воде через теплообменники, размещенные в баке.Активные системы, в которых используется жидкий теплоноситель, называются системами косвенного или замкнутого цикла. Активные солнечные водонагреватели более эффективны, чем пассивные солнечные водонагреватели, но для их создания и установки требуется больше оборудования и инженерных знаний, и они более дороги в эксплуатации.

Пассивные солнечные водонагреватели могут быть системы периодического действия или термосифонной системой . Системы периодического действия (или системы хранения со встроенным коллектором) имеют один или несколько темных резервуаров для хранения. Эти резервуары находятся внутри изолированной коробки со стеклом или пластиком на стороне, обращенной к солнцу.Холодная вода поступает снизу, а горячая вода выходит сверху в обычный водонагреватель, где при необходимости ее можно нагреть еще больше. Система работает от давления воды из городской водопровода или колодца. Зимой солнечные водонагреватели периодического действия необходимо осушить или защитить от отрицательных температур. Солнечные водонагреватели-термосифоны имеют накопительный бак, расположенный над коллектором. По мере того, как вода нагревается в коллекторе, она поднимается в резервуар для хранения. Более холодная вода стекает по трубам в нижнюю часть коллектора и снова циркулирует по системе.Пассивные системы могут быть более надежными, чем активные системы, потому что не требуется обслуживания электрических компонентов.

Накопительные баки для солнечных систем горячего водоснабжения аналогичны другим водонагревателям, но обычно вмещают около 80 галлонов. Эти резервуары хорошо изолированы, чтобы предотвратить потерю тепла из резервуара в окружающую среду. Поскольку солнечные водонагреватели могут нагревать воду примерно до 180ºF (82ºC), в резервуарах для хранения есть смесительные клапаны, поэтому холодная вода может быть добавлена ​​к горячей воде из резервуара. Смесительные клапаны обычно устанавливаются примерно на 120ºF (49ºC), чтобы предотвратить возгорание.

Перед мероприятием

• Отрежьте аквариумные трубки длиной 30 см за несколько дней.
• Разделите класс на команды по три или четыре ученика в каждой. Попросите студенческие команды покрасить свои трубы в черный цвет. Дайте высохнуть на листе газеты.
• Если вы выполняете задание в помещении, подготовьте несколько световых станций, каждая из которых содержит: лампу на гусиной шее с лампой 100 Вт, толстую книгу, тонкую книгу, кувшин для измерения воды и кувшин для сбора воды.
• Соберите материалы и сделайте копии рабочего листа солнечного водонагревателя.

Со студентами — Подготовка водонагревателя

1. Покрасьте трубки аквариума в черный цвет.
2. Измерьте длину и окружность трубки от туалетной бумаги. Запишите эти измерения.
3. Сделайте параболический солнечный коллектор, сначала разрезав трубку от туалетной бумаги пополам по длине.
4. Поместите две половинки трубки вплотную друг к другу (см. Рисунок 2). Соедините их на обоих концах латунными штифтами (также подойдут клей или скобы).

Рисунок 2.Использование картонной трубки для изготовления параболического коллектора. Авторское право

Copyright © Малинда Шефер Зарске, Университет Колорадо в Боулдере, 2005.

5. Отрежьте кусок алюминиевой фольги достаточно большого размера, чтобы покрыть внутреннюю поверхность одной из половинок трубки. Размеры фольги должны составлять длину трубки на половину окружности трубки.
6. Выровняйте внутреннюю часть трубки алюминиевой фольгой так, чтобы блестящая сторона смотрела вверх.
7. Чтобы закрепить трубку вдоль одного желоба трубки туалетной бумаги, сделайте и прикрепите какую-нибудь застежку, чтобы обеспечить петли для удержания трубки (или вместо этого используйте горячий клей на более позднем этапе).Возможные способы сделать это: с помощью карандаша согните металлические выступы застежки в кружочки и приклейте самоклеящуюся застежку вдоль середины одной из половинок трубки. Согните зубцы прямо вверх. Измерьте положение, в котором вы хотите вставить штыри в картонной трубке, и используйте эти измерения, чтобы сделать прорези в фольге для штырей. Позже трубка будет закреплена, пропустив ее через эти петли. Или прикрепите короткие куски гребенчатого переплета, или куски картона толщиной ¼ дюйма и т. Д.Убедитесь, что крепежные детали не блокируют попадание света прямо на трубку.
8. Отмерьте примерно ¼ дюйма (64 мм) от дна чашки из пенополистирола и сделайте отметку. С помощью карандаша проткните маленькую дырочку в стенке чашки. Будьте осторожны, чтобы отверстие не было больше карандаша.
9. Вставьте один конец трубки в отверстие. Он должен плотно прилегать. При желании используйте глину вокруг сустава.

Со студентами — у световых постов

1. Разместите компоненты в модельном солнечном водонагревателе, как показано на Рисунке 3.
2. Поставьте чашку на толстую книгу. Поместите более тонкую книгу перед первой книгой.

Рис. 3. Расположение чашки, трубки и шланга для изготовления модели солнечного водонагревателя. Авторское право

Авторское право © Малинда Шефер Зарске, Университет Колорадо в Боулдере, 2005 г.

3. Закрепите трубку вдоль верхнего желоба параболического коллектора, сделанного из трубки от туалетной бумаги. Воспользуйтесь горячим клеем или осторожно проденьте свободный конец трубки через петли крепления параболического коллектора, сделанные и прикрепленные ранее.Поместите параболический коллектор на более тонкую книгу так, чтобы он был немного ниже чашки из пенополистирола.
4. Поместите небольшую банку под свободный (нижний) конец трубки. Банка должна быть на самом нижнем уровне. Прежде чем продолжить, проверьте настройки солнечного водонагревателя каждой команды.
5. Наклоните лампу на гибкой стойке так, чтобы она находилась примерно в 3 см от параболического коллектора. Прежде чем продолжить, убедитесь, что настройки каждой команды выглядят, как показано на рисунке 3.
6. Попросите одного ученика отмерить 100 мл воды и записать температуру воды.
7. Студент с водой наливает ее в пенополистирол. Другой ученик немедленно регулирует высоту приемной емкости, чтобы вода вытекала очень медленно (путем увеличения высоты емкости, чтобы труба располагалась горизонтально).
8. Третий ученик каждые 30 секунд снимает показания температуры воды в приемном сосуде, записывая значения температуры в рабочий лист. Этот ученик должен обвести на своем рабочем листе таблицу данных окончательного значения температуры, когда последняя вода стекает в сборную емкость. Не сливайте эту воду в канализацию!
9. Во втором раунде члены команды меняются ролями. Один ученик наливает воду из сборной емкости в мерную чашку (или кувшин) и передает ее второму ученику, который наливает воду обратно в пенополистирол. Другой ученик немедленно регулирует высоту приемной емкости, чтобы вода вытекала очень медленно. Третий ученик снимает показания температуры емкости для сбора каждые 30 секунд, снова обводя кружком на диаграмме данных рабочего листа окончательное значение температуры, когда последняя вода стекает в емкость для сбора.
10. Повторяйте этот процесс, пока ученики не сделают измерения в течение трех или четырех раундов.
11. Попросите учащихся заполнить вопросы рабочего листа и построить график своих данных. (Попросите младших школьников построить график одного из раундов; более продвинутые ученики могут нарисовать график всех раундов или среднее значение раундов.)
12. Завершите обсуждение в классе, сравнив результаты и графики. Что произошло с температурой после завершения дополнительных раундов? (Ответ: Температура воды продолжала повышаться.) Как это будет относиться к солнечным водонагревателям? (Ответ: вода, проходя через солнечный нагреватель, продолжает нагреваться.)

Словарь / Определения

поглощать: впитываться в материал без пропускания или отражения.

Активная солнечная энергия: системы производства солнечной энергии, для которых требуются электрические или механические компоненты, такие как вентиляторы, насосы и электрические устройства управления. Эти системы можно использовать для нагрева воды или отопления / охлаждения зданий.

Конвекция: передача тепловой энергии в жидкости (газе или жидкости) за счет циркуляции токов в нагретой жидкости, заставляющая более теплые пакеты подниматься, а более холодные пакеты опускаться.

энергия: способность выполнять работу.

теплообменник: устройство, такое как автомобильный радиатор, которое передает тепло от одной жидкости к другой, не позволяя им смешиваться.

теплоноситель: жидкость, циркулирующая в теплообменнике.Эта жидкость получает энергию из одной области и передает ее в другую область.

изоляция: материал, используемый для предотвращения прохождения тепла, электричества или звука; непроводящий материал.

параболический: особый тип изогнутой формы, используемый в солнечных коллекторах. Форма фокусирует солнце с интенсивностью от 30 до 100 раз по сравнению с нормальной, достигая температуры более 400 ° C. Имеет форму параболы — плоской кривой, образованной пересечением прямого кругового конуса и плоскости, параллельной элементу кривой.

пассивная солнечная энергия: системы производства солнечной энергии, не требующие электрических или механических компонентов. Эти системы напрямую нагревают воду или здания или уменьшают поступление солнечного тепла в здания (например, с помощью оконных навесов для охлаждения зданий).

насос: машина или устройство для подъема, сжатия или перекачки жидкостей.

излучение: передача энергии в форме лучей, волн или частиц.Костер и солнце излучают тепло и свет.

возобновляемая энергия: энергия, полученная из источников, которые можно регенерировать. Источники включают солнце, ветер, геотермальные источники, биомассу, океан и гидро (воду).

бак: большой контейнер для хранения или хранения жидкостей или газов. Например, бензобак в машине или бак водонагревателя.

Оценка

Оценка перед началом деятельности

Вопросы для обсуждения: Запрашивайте, объединяйте и обобщайте ответы студентов.Спросите студентов, как мы можем использовать солнечную энергию для нагрева воды.

Встроенная оценка деятельности

Рабочий лист: Попросите учащихся записывать измерения и следить за действиями на своем рабочем листе. После того, как они завершат свой рабочий лист, предложите им сравнить ответы со своими сверстниками. Просмотрите рабочие листы, чтобы оценить их уровень владения предметом.

Graphing: Используя рабочие листы, попросите учащихся построить графики того, как температура воды изменяется с течением времени.

Оценка после деятельности

Реинжиниринг: Спросите студентов, как они могут улучшить свой солнечный обогреватель, и попросите их набросать или проверить свои идеи реинжиниринга.

Заключительные вопросы для обсуждения: Задайте ученикам и обсудите их всем классом:

• Как инженер или строитель может сделать простой солнечный водонагреватель? (Возможный ответ: покрасьте бочки в черный цвет и поместите их в изотермический контейнер со стеклянной передней панелью.)
• Почему резервуары для хранения воды должны быть хорошо изолированы? (Ответ: это предотвращает передачу тепла в окружающую среду, что может привести к охлаждению воды в резервуаре.)
• Каков источник воды для солнечного водонагревателя (или любого другого водонагревателя)? (Ответ: Колодец или городской водопровод, называемый магистралью.)
• Вы ожидаете, что вода, поступающая в солнечный водонагреватель, будет холодной или горячей? (Ответ: Холодно)

Советы по поиску и устранению неисправностей

Для максимального нагрева воды отрегулируйте настройку так, чтобы поток воды через трубку был как можно медленнее.

Завершите три или четыре цикла в быстрой последовательности, потому что вода нагревается только примерно на 5-9 ºF (3-5 ºC) и, если оставить ее на несколько минут, она быстро остынет.

Расширения деятельности

Повторите упражнение, но на этот раз попросите некоторых учеников использовать ледяную воду, некоторых — теплую, а других — горячую. Какая конечная температура для каждого? Сравните величину изменения температуры в трех случаях. Что лучше, если жидкость, поступающая в солнечный коллектор, будет холодной, теплой или горячей? (Ответ: Холод. Это увеличивает скорость передачи тепла жидкости.)

Попросите учеников провести мероприятие на улице в солнечный день.Попросите их подумать об угле наклона своих солнечных водонагревателей по отношению к положению солнца. Обсудите, почему инженерам необходимо знать положение солнца, чтобы максимально увеличить сбор солнечной воды.

Попросите студентов провести исследование, чтобы определить количество воды, которую американцы используют каждый день. Сколько горячей воды нужно использовать в день? Для каких целей? Люди в других странах используют столько же воды? Столько горячей воды? Как можно экономить воду и энергию? Попросите учащихся сообщить, сколько воды они используют дома, и сослаться на счета за использование воды в домашних условиях.

Масштабирование активности

• Для старших классов, после того как учащиеся используют свои данные для построения графика зависимости температуры воды от времени, предложите им использовать график для прогнозирования температуры воды на промежуточном временном шаге.

Рекомендации

Dictionary.com. ООО «Издательская группа« Лексико ». По состоянию на 20 декабря 2005 г. (Источник некоторых словарных определений с некоторой адаптацией) http: // www.Dictionary.com

Планы уроков в начальной школе и забавные факты о солнечной энергии. Бесконечная мощность, планы уроков по возобновляемым источникам энергии, Управление энергосбережения штата Техас. По состоянию на 21 ноября 2005 г. (Источник активности, Солнечные водонагреватели, для средней школы) http://www.infinitepower.org/lessonplans.htm

Солнечные водонагреватели. Обновлено 14 сентября 2005 г. Your Home, Руководство для потребителей по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии, энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии, U.С. Министерство энергетики. По состоянию на 21 ноября 2005 г. http://www.eere.energy.gov/consumer/your_home/electricity/index.cfm/mytopic=12850

Авторские права

© 2005 Регенты Университета Колорадо.

Авторы

Ксочитл Замора-Томпсон; Сабер Дурен; Джефф Линг; Малинда Шефер Зарске; Дениз Карлсон

Программа поддержки

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

Благодарности

Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано при гранте Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), U.S. Министерство образования и Национальный научный фонд ГК-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: 30 апреля 2021 г.

Проекты 7 солнечных водонагревательных систем

Майкл Хаклман
Выпуск № 65 • Сентябрь / октябрь 2000 г.

(Роб Харлан — генеральный подрядчик и подрядчик по солнечной энергии с 25-летним опытом работы с системами солнечного нагрева воды в округе Мендосино, Калифорния.Сегодня Роб в основном проектирует и устанавливает фотоэлектрические системы.)

MH: Роб, расскажете ли вы вкратце историю проектирования и внедрения систем солнечного водяного отопления за последние 30 лет?

Rob: Солнечные водонагревательные системы получили настоящий импульс в 1970-х годах, когда государственные и федеральные программы предложили налоговые льготы, чтобы помочь людям сделать инвестиции. Эти системы предназначались в первую очередь для горячего водоснабжения, т. Е. Душа, мытья посуды, приготовления пищи и стирки одежды.Они также были популярны для нагрева воды в бассейнах и гидромассажных ваннах. Это движение замедлилось до черепашьей скорости, когда закончились налоговые льготы.

MH: Насколько я помню, многие производители также исчезли, когда исчезли налоговые льготы. Конечно, некоторые из этих систем были плохо спроектированы, использовали дешевые компоненты или не имели надлежащей защиты от замерзания, перегрева или коррозии. Я знаю, что вы модернизировали солнечные водонагревательные системы на протяжении многих лет или старые системы в домах и на предприятиях в пользу более новых конструкций.Что вы думаете о дизайне и оборудовании 30 лет назад?

Rob: Некоторые проекты действительно были ошибочными — плохо реализованы, слишком сложны или включали непроверенные идеи. Тем не менее, даже хороший дизайн требует некоторого ухода. Недостаток квалифицированного обслуживающего персонала и запчастей приводил к выходу из строя некоторых систем. Солнечные коллекторы этих систем на самом деле довольно прочные и часто возвращаются в новые установки, которые продаются «как есть» или используются. Сегодняшние производители солнечных водонагревательных систем и компонентов извлекли пользу из уроков, извлеченных давно.Ситуация возвращается в устойчивый ритм с производством различных типов систем. Большинство из них обладают хорошей надежностью, имеют гарантии и, как правило, соответствуют проверенным временем конструкциям.

MH: Есть несколько основных частей большинства солнечных водонагревательных систем (рис. 2): коллектор (и), накопительный бак, теплоноситель и соединительный трубопровод. Коллектор улавливает солнечные лучи и преобразует их в тепло, которое передается в резервуар для хранения с помощью жидкости, такой как вода или антифриз.Расширительный бак используется в закрытых системах для компенсации небольших изменений объема, возникающих при нагревании и расширении воды или антифриза. Если используется гликоль (нетоксичный жидкий антифриз), необходим теплообменник для передачи тепла от коллектора к воде, которая будет выходить из крана. Предохранительный клапан T&P (температура и давление) — это обычное предохранительное устройство, которое находится в верхней части водонагревателей. Если вода становится горячее, чем должна, или система создает слишком большое давление, этот клапан откроется, выпуская воду до тех пор, пока температура или давление не упадут до более безопасного уровня.Простейшая система управления отключает резервную систему отопления (газ или электричество) в светлое время суток, давая возможность солнцу нагреть всю воду в накопительном баке.

Rob: И — в активных системах контроллер включает и выключает насос при наличии солнечного тепла. Давайте определим несколько терминов, используемых для описания этих систем: активная и пассивная, открытая и закрытая. Активная система — это система, в которой для перемещения тепла используются насосы. Пассивная система — это система, которая не содержит насосов, а полагается на естественную конвекцию, теплопроводность или излучение для перемещения тепла.Открытая система означает, что вода, циркулирующая через коллектор, представляет собой ту же воду, которую вы используете в душе (рис. 3). В закрытой системе отдельная нагретая жидкость циркулирует из коллектора через небольшой контур, который включает теплообменник, обычно расположенный в резервуаре для хранения (рис. 4).

MH: Я понимаю, почему некоторые люди предпочитают пассивный дизайн активному. Для насосов, элементов управления, реле и клапанов с электроприводом требуется электричество. Электричество — это очень специализированная и сложная форма энергии.Люди, которые живут в сельской местности за пределами сети, знают, что такое роскошное электричество. Мы знаем, что это роскошь, потому что изготавливать это дорого. И очень дорого делать много. Выход за пределы сети — это шок для людей, которые большую часть своей жизни прожили с энергоснабжением. Конструкция с пассивным солнечным отоплением для горячего водоснабжения или обогрева дома требует небольшого количества электричества или совсем его не требует. Меньше деталей, меньше ошибок, меньше денег, которые нужно выкинуть из бумажника. С пассивным — все дело в дизайне.Считавшееся экспериментальным в 1970-х годах, пассивное солнечное отопление зарекомендовало себя во всем мире в широком диапазоне климатов. Говоря о климате, зачем кому-то выбирать закрытую систему, а не открытую?

Rob: Защита от замерзания. Если вода в коллекторе замерзнет, ​​разорвется труба или коллектор. Он грязный, сливает горячую воду, и его нужно ремонтировать. Вам не обязательно жить в месте с сильными морозами. Вода в коллекторе под открытым небом может фактически замерзнуть, когда температура окружающего воздуха достигает 40 градусов по Фаренгейту.Это состояние называется излучением ночного неба.

MH: Между прочим, замерзшая вода может разорвать пластиковый, металлический, стеклянный или каменный контейнер по двум причинам. На самом деле это просто свойства воды. Во-первых, вода практически несжимаема. Во-вторых, вода слегка расширяется, когда она превращается из жидкости в твердое тело. Вода, неподвижная внутри небольшой трубки или трубы и подвергшаяся замораживанию, затем начнет расширяться, превращаясь в лед. Не в состоянии сжать себя, он увеличивает объем, разбивая все, что в нем содержится.

Роб: Верно. Фактически, различные стратегии, используемые для борьбы с возможностью замораживания, определяют основные типы систем и их относительную сложность. Я разделил существующие системы на семь типов: встроенный коллектор / накопитель, термосифон, трехсезонный, обратный дренаж, дренаж, рециркуляция и активный замкнутый контур.

MH: Опишете ли вы их все сначала в целом, а затем оцените их достоинства и недостатки на собственном опыте?

Роб: Буду рад.Прежде всего, я должен сказать, что мой опыт использования солнечной горячей воды ограничен моей зоной обслуживания (прибрежная северная Калифорния), где довольно мягкий климат с периодическими замораживаниями света. Я прошу ваших читателей помнить об этом, когда я говорю о различных системах.

1. Встроенный коллектор / накопитель — это самый простой и исторически самый старый тип солнечной системы водяного отопления. Покрасьте резервуар в черный цвет, поместите его в большой ящик, заизолируйте его со всех сторон, кроме покрытой стеклом или пластиком, и направьте на солнце.Вода в баке нагревается непосредственно солнцем и хранится в том же блоке. В торговле это также известно как система хлебного типа. Примером изготовленного устройства такого типа является Servamatic ™. Произведенные в 1970-х годах, многие из них работают до сих пор. Тот же принцип можно увидеть в сегодняшнем устройстве ProgressiveTube ™ (рис. 5). Это также линейные блоки, расположенные между колодцем и душем. Вы получаете столько горячей воды, сколько собирают и хранят.

MH: Эта конструкция также популярна в бытовых установках.Просто, дешево и часто изготавливается из переработанных материалов. Однажды я принял душ на ранчо, которое посетил, из воды, нагретой в длинном тонком 20-галлонном резервуаре внутри старого большого холодильника с прозрачной крышкой, направленной на юг. Я принял долгий горячий душ на холодном ночном воздухе. Хороший опыт.

Роб: Мне очень редко приходилось обслуживать целостную систему коллектора / хранилища, что свидетельствует об их долговечности.

2. Термосифонная система — еще один способ солнечного нагрева воды (рис.6). Солнечный свет падает на трубы и ребра внутри коллектора, по которым циркулирует вода или гликоль. Вход и выход коллектора подсоединены к входу и выходу накопительного бака, соответственно. Если бы мы говорили об электричестве и полярности, мы бы сказали, что коллектор параллелен резервуару для хранения. Тем не менее, он образует петлю. Нагретая жидкость перемещается из коллектора в резервуар для хранения и обратно в коллектор посредством процесса, называемого термосифоном. Это естественное конвективное действие.Если вы подключили это как открытую систему, резервуар для хранения мог бы быть вашим собственным водонагревателем.

MH: Я хотел бы уточнить несколько слов, которые вы сказали. Термосифон возникает, когда вода, нагретая в коллекторе, расширяется и поднимается, подталкивая более холодную воду в остальной части контура к течению. Более холодная вода выталкивается из нижней части резервуара в нижнюю часть коллектора. Как только начинается кровообращение, процесс продолжается весь день.

Подобно тому, как солнце нагревает воду в коллекторе, ночное небо может охлаждать коллектор, вызывая обратный поток.Подумай об этом. Вода в коллекторе охлаждается за счет ночного застоя. Холодная вода тяжелее и тонет, толкая весь контур в обратный поток, перемещая более теплую воду из резервуара в коллектор, который, в свою очередь, охлаждается. Это быстро избавит вас от с трудом заработанной горячей воды.

Самый простой способ избежать этого — расположить нижнюю часть резервуара над верхней частью коллектора (рис. 6). Это физический трюк, который предотвратит обратный поток. Иногда невозможно поднять бак над коллектором.Термосифон будет работать, даже если резервуар расположен на уровне коллектора или даже немного ниже него. В этом случае добавление обратного клапана предотвратит обратный поток (рис. 7). Избегайте использования стандартного обратного клапана давления. Он слишком устойчив к потоку термосифона. Вместо этого используйте обратный клапан гравитационного типа. Наклоните его к водопроводу, чтобы давление открывалось минимальным, а при закрытии — обратным потоком.

Сам по себе солнечный коллектор для многих является загадкой, и я получаю много вопросов по этому поводу.Обычная конфигурация использует коробку, решетку из водяных труб, изоляцию и стеклянное или пластиковое остекление (рис. 8). Коробка представляет собой большую неглубокую кастрюлю, дизайн которой может быть меньше и больше по ширине и длине, чем у стандартного листа фанеры 4 × 8 футов и глубины 4-6 дюймов. В промышленных конструкциях для ящиков используется нержавеющая сталь или алюминий, но в большинстве бытовых приборов используется фанера. Если они правильно приклеены, прикручены и герметизированы от непогоды, они будут прочными.

Самодельные конструкции начинаются с листа фанеры 4 × 8 футов толщиной ½ или ¾ дюйма.От него (или другого листа фанеры) вырежьте по две полосы по 4-6 дюймов с каждого измерения, чтобы обеспечить материал для четырех сторон коробки. Медные коллекторные трубы большого диаметра (от 1½ дюйма до 2 дюймов) в верхней и нижней части коллектора ориентированы горизонтально и соединены по водопроводу с меньшими вертикальными трубами (например, трубкой 1/2 дюйма), расположенными на расстоянии 3-6 дюймов друг от друга. Оловянные или медные ребра или лист механически и термически соединяются с трубками различными способами. Трубки и ребра черняют краской или с помощью электрохимических процессов.Добавляются фитинги для подключения к внешней сантехнике или другим коллекторам. Изоляция из листового пенопласта добавляется сзади и со всех сторон этого узла, когда он установлен в коробке.

Стекло, стекловолокно для теплиц или другое полупрозрачное пластиковое остекление добавляется для завершения установки. Стекло доступно в различных размерах, особенно если оно переработано. Устойчивое к ультрафиолетовому излучению стекловолокно доступно в местных строительных магазинах различной ширины. Не обременяйте себя пластиками, которые кристаллизуются в течение одного или двух сезонов под воздействием ультрафиолетовых лучей солнца.Сначала выберите свое остекление. Наилучшие результаты экономии, когда размер коробки соответствует размеру стекла, которое у вас уже есть или вы можете получить.

Rob: Я не хочу поддерживать строительство собственных коллекторов, учитывая наличие бывших в употреблении коллекторов. Если вы строите самостоятельно, не используйте алюминиевые амортизирующие пластины. Они плохо отреагируют на медные трубки. Кроме того, любые стыки внутри коллектора лучше всего припаять серебром. Коллектор испытывает большие перепады температуры. Это сложно для стандартных паяных соединений.

MH: Действительно, опыт создания собственного коллектора обычно дает представление о том, насколько на самом деле недорогие бывшие в употреблении коллекторы. Итак, моя рекомендация энтузиастам-самоделкам: не создавайте целую кучу коллекторов, не построив сначала.

Rob: Еще несколько комментариев по термосифонированию. Если вы используете термосифон с водой и живете в климате с отрицательными температурами, ваш коллектор замерзнет и лопнет.Иногда в таких системах устанавливаются клапаны пассивной защиты от замерзания. Часто называемые клапанами Dole, они предназначены для открытия при заданной температуре, 34 ° F или 45 ° F. С них капает вода, чтобы создать поток через коллектор и, таким образом, предотвратить замерзание. По моему опыту, эти клапаны ненадежны, поэтому я не могу их рекомендовать.

MH: Я лично не использовал клапаны Dole, но знаю, что некоторые люди в этом районе, в том числе Стивен Хеккерот, действительно доверяют им и используют их. Однако я также понимаю, что клапаны Dole необходимо периодически проверять и чистить.Если вы относитесь к тому типу людей, которые плохо разбираются в регулярном обслуживании, вам лучше выбрать другую систему.

Rob: Если вы живете в климатической зоне без отрицательных температур, хорошо подойдет открытая термосифонная система. Если нет, все же рекомендую использовать гликоль и теплообменник для контура термосифона.

3. Трехсезонная система — еще одна тактика борьбы с заморозками. Идея состоит в том, чтобы использовать солнечную систему нагрева воды в течение трех сезонов и осушать ее в течение четвертого сезона.Это может быть термосифон или насосная система, и предполагается, что владелец будет использовать другой источник энергии для нагрева воды.

4. Обратный сток — еще один вид солнечной системы нагрева воды (рис. 1). Это сливает воду из панелей в резервуар, когда нет тепла от солнца. Таким образом, на панелях нет воды и они не могут замерзнуть. Для сбора этой воды используется резервуар без давления, а насос наполняет панели, когда обнаруживается солнечное тепло.

5. Drain-down — это вариант солнечной водонагревательной системы с обратным сливом.Здесь вода сливается на землю. Это довольно распространенная конструкция, особенно в старых системах. Он использует клапан Sunspool ™ для заполнения панелей для работы. Тот же самый клапан, когда он достигает более низкой температуры, открывается, чтобы слить воду, которая находится в панелях, на землю.

6. Другой тип солнечной системы нагрева воды — это рециркуляция. Этот метод защиты от замерзания активирует насос для циркуляции небольшого количества горячей воды из резервуара для хранения обратно в панели при низких температурах окружающей среды.

7. Активный замкнутый контур — последний тип солнечной системы водяного отопления в моем списке (рис. 9). В этой конструкции используется любая жидкость в контуре от коллектора до накопителя, которая не замерзает при низких температурах, которые могут возникнуть в системе. Тепло, собранное в коллекторе, передается воде в накопительном баке через теплообменник. Какие жидкости не замерзают? Я видел системы, использующие гликоль, силиконовое масло и метанол. Автомобильный антифриз может показаться хорошим кандидатом, но он ядовит.Самым популярным теплоносителем является полипропиленгликоль, наполнитель теста для пищевых продуктов, используемый в хлебопекарной промышленности. Он стоит около 20 долларов за галлон и смешивается с водой. 10% -ная смесь защитит коллекторы до 20-25 ° F. Отношение гликоля к воде увеличивается при более низких температурах. Я использую смесь 50/50 в своей зоне обслуживания.

Об использовании чистой воды в солнечной системе нагрева воды можно многое сказать. Вода нетоксична, широко доступна и дешева. Кроме того, это наиболее эффективный теплоноситель, который не разлагается при использовании.Гликоль также нетоксичен, но со временем разрушается. Под воздействием высоких температур он становится кислым и со временем начнет разъедать вашу сантехнику. Итак, гликоль нужно периодически проверять. Я использую лакмусовую бумажку, чтобы проверить его pH. Обновить систему новой водно-гликолевой смесью довольно просто.

Между прочим, есть некоторые типы систем, которые не попадают ни в одну из этих семи категорий.

Популярный Copper-Cricket ™ — один из примеров. В этой системе использовалась смесь 20% метанола под вакуумом, чтобы фактически «перекачивать» нагретую жидкость в резервуар для хранения без насоса.Он работает по тому же принципу, что и перколятор для кофе, для передачи тепла. Другой пример — семейство солнечных тепловых коллекторов Sun ™. В них используются колонны откачанных труб для сбора и передачи тепла.

Есть и более простые вещи. Некоторые люди просто накручивают пластиковую трубу спиралью на землю, чтобы предварительно нагреть воду, которая поступает в их стандартный водонагреватель. Это работает, но если внезапное замораживание не испортит ее, то долгое воздействие солнечных лучей на пластиковую трубу будет.

MH: Более мягкая и гибкая черная пластиковая трубка, о которой вы говорите, обозначается как полиэтиленовая или полиэтиленовая трубка.Ультрафиолетовое излучение солнца разрушает любой пластик, разрушая связи полимеров и делая пластик хрупким. Черные трубки, продающиеся в рулонах, не предназначены для работы под прямыми солнечными лучами и высоких температур. Горячая вода, особенно с мягкой водой, также выщелачивает стабилизаторы и цемент для стыков из труб. Это отлично подходит для душа, но вы не хотите пить эту воду или готовить на ней.

Роб: Если я и заметил одну вещь, так это то, что большинство людей, создающих свою собственную систему, пытаются заново изобрести колесо, и их конструкции иногда отражают непонимание основных принципов.Имея хорошие планы, большинство людей могло бы построить хорошую систему. Тем не менее, многие люди не хотят этого делать сами.

MH: Я предпочитаю создавать свою собственную систему, но должен признать, что часто переоценивал свою способность быть там, когда система действительно нуждалась во мне. Роб, не могли бы вы вернуться к списку систем и поделиться своими мыслями о преимуществах и недостатках каждого типа?

Rob: Интегрированная система коллектора / накопителя имеет преимущества низкой стоимости, простоты и отсутствия насосов или средств управления.Даже самодельные версии долговечны. Резервуар имеет достаточную тепловую массу, чтобы избежать замерзания, за исключением мест с сильной заморозкой. Недостатки? Эта конструкция относительно неэффективна, и вода часто не достигает очень высокой температуры, потому что отношение стекла к массе невелико в системе типа хлебных коробок. Потери тепла из коллектора высоки в ночное время, поэтому определенно существует время оптимального использования производимой горячей воды, обычно днем ​​и вечером. Комбинация коллектор / резервуар тоже тяжелая.Заполненный, он может достигать 650 фунтов и облагаться налогом на неармированную крышу.

Более новые коллекторы ProgressiveTube ™ этого типа (рис. 5) просты и используют 4-дюймовые медные трубки и ребра со специальными «селективными» поверхностями. Они извлекают больше солнечной энергии, чем почерневшие поверхности, и сопротивляются повторному излучению этой энергии ночью. Я рекомендую системы ProgressiveTube ™ для моей климатической зоны.

Термосифонная система имеет преимущества простоты и хорошего КПД. Он не требует электричества и, следовательно, не зависит от отключения электроэнергии.Одним из недостатков термосифонного потока является то, что водопровод должен следовать строгим правилам — трубы большего размера, плавные повороты, отсутствие углублений и ограничительных клапанов — для обеспечения плавного, неограниченного потока. Воздушный карман на высоком месте или большой пузырь где-то в системе остановят поток термосифона.

MH: Хочу добавить в ваши комментарии по термосифону. Я обнаружил, что это изящный и естественный способ передачи тепла от коллектора к хранилищу или использованию. Перекачивание воды в сельской местности может съесть большую часть энергетического пирога любого человека.Благо является любой процесс, при котором вода и содержащееся в ней тепло перекачиваются по трубе без внешнего источника энергии. Но — термосифон не потерпит плохой планировки или небрежной установки. Он хочет свободного, неограниченного движения. Даже обратный клапан должен быть гравитационного типа, а не напорного, чтобы не стать ограничивающим.

Испытания показали, что термосифон не запускается, пока коллектор не достигнет критической температуры (рис.10). Поток начинается быстро, замедляясь до более постоянной скорости.Пузырь, достаточно большой, чтобы заблокировать трубку, немедленно остановит поток. Коллекторы могут быть достаточно горячими, чтобы продуть клапан T&P, но по-прежнему нет потока. Приятно видеть, как вода и пар взлетают в воздух, но, увы, не очень продуктивно. Трубы с крутым уклоном обеспечат хороший поток.

Я знаю, что насосы центробежного типа в линию используются в системах теплого пола для периодической очистки контуров термосифона от пузырьков воздуха. Теоретически термосифон может проталкивать воду через насос, когда он выключен.У насоса есть и другое применение. Это позволяет владельцу нагнетать больше тепла в пол из хранилища в ночное время.

Я добавил небольшой продувочный насос к одной термосифонной системе в 1970-х годах. Я хотел использовать в первую очередь термосифон, но система включала в себя существующую водопроводную систему — естественно недоступную — и поток термосифона все время блокировался пузырьками. Я добавил небольшой насос на 12 В параллельно с обратным клапаном (рис. 11), чтобы время от времени продувать систему с более высокой скоростью потока. Я использовал поршневой насос, чтобы избежать протекания жидкости через насос, когда он выключен.

Роб: Я пойду. Преимущество трехсезонной системы заключается в использовании существующего водонагревателя в качестве резервного, она недорога и требует лишь небольшого насоса. Недостатки в том, что он подвержен замерзанию и зависит от того, будет ли хозяин осушать его в холодную погоду. Существует общий предел размера этой системы, когда она подключена к водонагревателю определенной мощности.

Система обратного слива (рис. 1) относительно проста, универсальна и устойчива к замерзанию.Бак, используемый в этом типе системы, долговечен и требует небольшого обслуживания. Во время отключения электроэнергии (или другого отключения электричества в системе) панели пусты и не будут перегреваться. Можно даже настроить систему так, чтобы термосифон передавал тепло вашему водонагревателю. Недостатки наиболее очевидны в автономных системах, где энергия, используемая при перекачке, относительно высока. Это связано с тем, что насос должен быть рассчитан на ежедневное наполнение коллекторов, а не просто для циркуляции воды через них.Также резервуар должен располагаться под панелями, чтобы сливаемой обратно воде было куда уйти. Это мой любимый выбор из систем для холодного климата.

Дренажная система обладает достоинствами высокой эффективности и является устойчивой к замерзанию. В нем используется небольшой насос с небольшим энергопотреблением. Недостатки? Множество дорогих запчастей, включая сложный контроллер, и необходимость периодического осмотра и обслуживания. Однако в любом применении с ограниченным запасом воды ежедневный сброс воды из коллекторов на землю будет проблемой.

Преимущество системы рециркуляции заключается в использовании стандартного водонагревателя в качестве накопительного бака. И он защищен от замерзания, если система небольшая. Недостаток этого метода состоит в том, что он тратит много энергии. Если действительно холодно, резервная система отопления, скажем, электрический элемент, должна нагревать воду, которая просто излучается из коллектора со значительной скоростью.

Активная замкнутая система (рис. 9) устойчива к замерзанию и содержит качественные компоненты. Одним из недостатков является то, что он сложный, то есть в нем есть насосы, клапаны и различные элементы управления.Бак с теплообменником стоит дорого, но добавляет в систему много полезной, хорошо изолированной тепловой массы. При питании от электросети насос не будет работать во время отключения электроэнергии.

MH: Есть смысл в том, что, если система зависит от электричества, электричество также должно вырабатываться за счет солнца. Если есть солнце для коллекторов, есть солнечный свет, который вырабатывает электричество для питания насоса и отвода тепла.

Во всех этих системах, если коллекторы перегреваются, предохранительный клапан T&P обеспечит защиту.Есть обратная сторона с выдуванием клапана T&P. Во-первых, он выделяет много горячей воды, поскольку клапан не закроется, пока не упадут и температура, и давление. И, во-вторых, сброс теплоносителя может быть дорогостоящим, если это смесь гликоля и воды.

Я хочу поблагодарить вас, Роб, за то, что вы убедили меня в том, что производится предохранительный клапан P-типа (только для давления). Я хочу использовать один из них в моей следующей установке. Я подозреваю, что это не позволит системе вылить всю горячую воду, так как она должна закрываться так же быстро, как сбросится давление.Трубы коллектора могут выдерживать тепло, но им труднее выдерживать давление.

Роб: Думаю, моя критика преимуществ и недостатков этих систем раскрывает мою предвзятость. Как правило, я обнаружил, что при использовании солнечной горячей воды чем проще, тем лучше. Простые системы, как правило, служат дольше.

MH: Смещение? Я ценю ваш обзор и советы. Я многому научился. Опишете ли вы, как вы подбираете систему в соответствии с приложением и сопоставляете компоненты друг с другом?

Роб: Практически каждая система горячего водоснабжения имеет резервную копию.Я проектирую для использования 70% солнечной энергии Семья из четырех человек — это хороший стандарт. Два коллектора 4 × 8 футов будут обеспечивать потребности в горячей воде четырех человек. Размер резервуара должен соответствовать массиву. В моем климате я обнаружил, что 1,8 галлона жидкости на квадратный фут коллектора — хорошее соотношение. Таким образом, для двух коллекторов площадью 32 квадратных фута каждый потребует резервуар для хранения емкостью 115 галлонов. Я обнаружил, что для теплых полов площадь коллектора должна составлять около 10% от площади пола. Таким образом, те же два коллектора 4 × 8 футов будут обрабатывать около 650 квадратных футов сияющего пола.

MH: Какова средняя стоимость нагрева воды электричеством, пропаном и природным газом для семьи из 4 человек?

Роб: Да. При использовании электроэнергии по цене 12 центов за кВтч стоимость нагрева воды составляет около 46 долларов в месяц или 551 доллар в год. Пропан по цене 1,41 доллара за галлон стоит около 26 долларов в месяц или 307 долларов в год. Природный газ и мазут дешевле, как и электричество в других частях страны. Конечно, после установки солнечной системы водяного отопления и возврата вложенных средств энергия от нее будет бесплатной.

MH: Не могли бы вы дать мне представление о том, сколько времени потребуется, чтобы окупить стоимость нескольких из этих систем на основе этих ставок?

Роб: У меня тоже есть эта информация. Во-первых, позвольте мне сказать, что эти цифры не включают стоимость обслуживания, рост стоимости коммунальной электроэнергии, упущенный интерес к инвестициям и налог на сбережения. По моему опыту, они уравновешивают друг друга.

Новая интегральная система коллектора / хранения, использующая конструкцию ProgressiveTube ™, будет стоить около 2 500 долларов США за детали и труд для установки.Через 7,3 года стоимость системы будет равна стоимости электроэнергии для нагрева той же воды в течение этого времени. С пропаном — около 13 лет. Если владелец устанавливает систему, стоимость составляет около 1600 долларов. Срок окупаемости составляет 4,8 года при избежании затрат на использование электроэнергии и 8,7 года при использовании пропана.

Новая дренажная система стоит 3500 долларов за детали и работу. Это равно 8,5 годам электроэнергии и 15,2 годам пропана для горячего водоснабжения. Система, которая будет нагревать джакузи, будет стоить около 4800 долларов.При электрическом обогреве срок окупаемости составляет 7,5 лет.

MH: По моему опыту, люди, которые устанавливают свои собственные солнечные водонагревательные системы, обычно начинают с подключения одного коллектора к существующему водонагревателю. Если вы принимаете душ по утрам, каков обычный метод предотвращения использования в водонагревателе электричества или пропана для подогрева воды до того, как солнце сможет выполнить эту задачу?

Rob: В электронагревателе это просто.Можно установить 24-часовой таймер для отключения резервного обогрева в светлое время суток. Владелец может вручную отключить таймер с помощью переключателя во время плохой погоды или необычно высокого спроса. Для нагревателя на пропане или природном газе поверните газовый клапан в положение пилота.

MH: Существует также правильный способ подсоединить солнечный коллектор к стандартному водонагревателю. В современных водонагревателях вход для холодной воды и выход для горячей воды расположены в верхней части бака. Холодная вода, поступающая в резервуар, фактически падает через трубку внутри водонагревателя, которая заканчивается чуть выше дна резервуара.Для термосифонного потока это не лучший вариант; вы хотите, чтобы возврат холодной воды в коллектор выходил прямо со дна бака (рис. 12). Благо, в водонагревателях есть сливной вентиль. Есть способ перестроить этот водопровод (рис. 13) так, чтобы коллектор использовал это отверстие для своей термосифонной петли, в то время как вы сохраняете возможность слить воду из бака.

Если кто-то хотел собрать свою собственную систему солнечного нагрева воды, что может быть хорошим источником информации и запчастей, помимо библиотеки и Интернета?

Rob: Прекрасно подробный обзор солнечных систем горячего водоснабжения, в комплекте со схемами и технической информацией, можно найти в Руководстве по проектированию и установке солнечной воды и подогрева воды в бассейне Центра солнечной энергии Флориды по телефону (407) 783-6300.Triple A Solar в Альбукерке, штат Нью-Мексико (800-245-0311) продает бывшие в употреблении солнечно-тепловые коллекторы по хорошим ценам. Проверьте местные источники использованных панелей, чтобы избежать затрат на доставку. Six Rivers Solar (816 Broadway, Eureka, CA 95501) по адресу (707) 443-5652 продает высококачественный прямоугольный резервуар для хранения тепла, который объединяет входы и выходы коллекторов, дополнительных источников тепла, ГВС, теплых полов и гидромассажных ванн. (Рисунок 1).

Роб Харлан, Mendocino Solar Services, 42451 Road 409, Mendocino, CA 95460

Michael Hackleman, PO Box 327, Willits, CA 95490.Электронная почта: [email protected]

.