Принцип работы накопительного водонагревателя и его конструктивные особенности

Внутренний бак

Конструкция внутренней емкости бойлера должна соответствовать критерию повышенной коррозионной стойкости и при этом противостоять постоянным температурным перепадам, поэтому данному элементу производители уделяют немало внимания, разрабатывая новые покрытия бака и применяя способы его защиты.

Стальные баки с покрытием из стеклоэмали или стеклофарфора

Такое покрытие получают напылением защитного слоя с последующим его обжигом при высокой температуре (до 850оС). Стеклоэмаль не способна к окислению, поэтому абсолютно не корродирует. К тому же, ее гладкая поверхность противостоит образованию накипи.

Фото внутреннего эмалированного бака водонагревателя

Производители постоянно ищут новые составы для покрытий такого типа. К примеру, добавление титанового порошка уравняло температурные коэффициенты расширения стеклофарфора и стали, несколько улучшив стойкость слоя к растрескиванию. Немного уменьшить вредное влияние температурного воздействия можно, установив температуру воды в бойлере не выше 70оС, хотя все равно хотя бы раз в месяц придется прогреть устройство максимально, для соблюдения санитарных правил. Другим недостатком стеклофарфорового покрытия бака можно считать увеличенный вес бойлера. Компании, выпускающие водонагреватели с емкостями данного типа, дают гарантию на свою продукцию не более 3 лет.

Стальные баки с титановым напылением

Напылением титанового порошка на внутреннюю часть бака достигается отличная коррозионная стойкость. При этом данный тип покрытия имеет высокую прочность и механическую стойкость, имея слабые места лишь на сварочных стыках. Гарантия на устройство с таким баком составляет до 10 лет, что является громадным преимуществом, даже если учитывать его довольно высокую стоимость.

Нержавеющие внутренние баки

Такие емкости лишены недостатков двух предыдущих элементов. Нержавеющая сталь, как и титан, способна противостоять влиянию примесей, находящихся в воде, а также коррозии. Есть мнение, что нержавеющая сталь придает воде своеобразный запах и вкус, появляющиеся во время ее нагрева, однако это лишь домыслы, абсолютно не подтвержденные научными исследованиями. Известно, что «нержавейка» не вступает в химическую реакцию с водой. На такие баки изготовители также дают до 10 лет гарантии, однако они являются самыми дорогостоящими. Баки из нержавеющей стали, а также с титановым напылением больше подвержены образованию накипи, нежели стеклофарфоровые, но это нисколько не умаляет их достоинств. Во внутреннем баке установлены трубки подвода холодной воды и отвода горячей, а также электронный блок нагрева и защиты.

Зачем в водонагревателе магниевый анод

Эксплуатация оборудования без магниевого анода приводит к взрыву ТЭН из-за электрохимической коррозии. Металл имеет потенциал. Между материалами появляется проводящая среда (вода с солями жесткости), появляется ток. Разрушается один металл, восстанавливается другой. Медь находится в выигрышной позиции.

К примеру, ТЭН из красного металла, бак – стальной. Стоит защитному покрытию прохудиться – начнется коррозия. Водонагреватель ломается. Нужен магниевый анод.

Лучшие производители водонагревателей:

• Thermex (русский производитель);
• Ariston;
• Bosch;
• Baxi;
• Электролюкс.

Устройство бойлера

Перед тем как приступить к ремонту бойлера своими руками, разберемся в особенностях конструкции. Устройство водонагревателя довольно простое, основные комплектующие следующие:

Схема устройства водонагревателя Термекс

• корпус, выполненный из стального листа с нержавеющим покрытием;
• внутренний бак, изготовленный из легированной стали, прочный и устойчивый к коррозии;
• стальной фланец представляет собой платформу, на которую крепятся элементы прибора: ТЭН, магниевый анод, термостат;
• большой магниевый анод — это металлический стержень, который покрывают магниевым сплавом; таким образом элемент снижает коррозионную активность воды, защищая бак и увеличивая долговечность водонагревателя;
• трубка из нержавеющей стали для выпуска горячей воды;
• теплоизоляция, выполненная из пенополиуретана высокой плотности;
• ТЭН, который, собственно, и нагревает воду;
• термостат, выполняющий роль авторегулятора температуры воды (отключает бойлер, когда вода нагрелась, и наоборот);
• трубка подачи холодной воды, выполненная из нержавеющей стали.

Как устроен проточный бойлер

Прибор отличается от накопительного устройства только отсутствием бака для скопления воды. В корпусе расположен проточный ТЭН, сквозь который проходит поток воды. Он быстро нагревается, что позволяет получить горячую воду сразу, как только открыли кран.

Внутри корпуса находятся:

• ТЭН в защитном корпусе. Чаще всего это трубка из пластика или латуни. Преимущество такого нагревателя — неподверженность накипи.
• Регулятор мощности. Переключает работу между ТЭНами, представляет собой кнопку.
• Реле и датчики. Последние отвечают за температуру нагрева, контроль количества жидкости, защиту от включения без воды. Реле срабатывают при превышении температуры, отключая ТЭН.

Рассмотрите электрическую схему работы бойлера «Термекс»:

Зачем нужен накопительный нагреватель?

Бойлер косвенного нагрева — не единственный способ организации ГВС. Можно установить двухконтурный газовый котел, проточный электрический водонагреватель, электрический накопительный нагреватель, но…

Каждый из перечисленных способов вносит свои функциональные ограничения в работу системы ГВС (горячего водоснабжения):

• Проточные устройства нагрева не могут обеспечить достаточную производительность для снабжения нескольких точек забора горячей воды;
• Они же не обеспечивают постоянство температурного режима воды. Электрический накопительный нагреватель может «возразить», но при своих достаточных возможностях он «кушает» довольно много электроэнергии за Ваши деньги.

Эти два фактора накладывают ограничения на режим использования горячей воды в доме при наличии нескольких точек водозабора, например, в одном доме решили вымыть посуду и принять ванну или душ. А водички-то горячей может не хватить…

Как устроен проточный бойлер

Прибор отличается от накопительного устройства только отсутствием бака для скопления воды. В корпусе расположен проточный ТЭН, сквозь который проходит поток воды. Он быстро нагревается, что позволяет получить горячую воду сразу, как только открыли кран.

Внутри корпуса находятся:

• ТЭН в защитном корпусе. Чаще всего это трубка из пластика или латуни. Преимущество такого нагревателя — неподверженность накипи.
• Регулятор мощности. Переключает работу между ТЭНами, представляет собой кнопку.
• Реле и датчики. Последние отвечают за температуру нагрева, контроль количества жидкости, защиту от включения без воды. Реле срабатывают при превышении температуры, отключая ТЭН.

Рассмотрите электрическую схему работы бойлера «Термекс»:

Как видно на картинке, все узлы можно отыскать и заменить при необходимости.

Газовые водонагреватели

Газовые водонагреватели чаще проточные. Для нормальной работы необходима мощность 4 кВт и выше. Все, что ниже, будет отдаваться струйкой в диффузоре.

Устройство газового водонагревателя позволит наслаждаться горячей водой за счет голубого топлива. Учтите: по нормам газовые нагреватели не должны находиться на территории санузла.

Главная часть газового водонагревателя – распределительный узел, от которого идут потоки на основную и запальную горелки. Иные работают во время свечения пилотного огня (контроль тяги), другие разжигаются электронно (контроль пламя основной горелки). Устройство проточного водонагревателя защищает от эксцессов. Погаснет огонь, кончится вода в кране, появится обратная тяга – прибор выключится.

Принцип действия водонагревателя прежний: превращение энергоносителя в тепло. А моделей великое множество. Газовые уместны в индивидуальных домовладениях с дымоходом и системой снабжения голубым топливом. Электрические подходят для дач, квартир. Обе модели годятся для гостиниц.

Водонагреватели накопительные

По принципу работы и строению они напоминают электрические типы водонагревателей. Наружный металлический корпус, внутренний бак также имеет защитное покрытие, только в качестве источника энергии выступает газовая горелка. Такое оборудование предусматривает работу на сжиженном или магистральном газе, в том числе и на слабом потоке, не требует подключения к электрической сети.

Стоит отметить, что этот вид пользуется меньшей популярностью, чем его электрический конкурент. Это обусловлено большой ценой, большим габаритам и возможностью установки не во всех домах. Но, по утверждению специалистов, высокая цена такого оборудования окупится во время его эксплуатации, поскольку газ, как источник энергии, значительно экономнее электричества.

В зависимости от особенностей строения такое оборудование подразделяется на два вида:

• с закрытой камерой сгорания;
• с открытой камерой сгорания.

Так же как и электрические бойлеры, они могут быть:

• настенными — объемом от 10 до 100 литров (например, модели Ariston серии SGA);
• напольными — от 120 и более литров (как модели Ariston серии NHRE).

Газовая конструкция также предусматривает систему управления с выбором температурного режима, оснащена терморегулятором для поддержания необходимой температуры, показывает, сколько горячей воды осталось в резервуаре. Такое оборудование должно быть обязательно оснащено системой безопасности.

Но тут вступают в действие ограничения пропускной способности электросети. Уже для водонагревателя мощностью 8 кВт, сечение медного провода должно быть 4 мм, а для алюминиевого, с таким же сечением максимальная нагрузка 6 кВт.

При этом, в больших городах сетевое напряжение практически всегда 220V. В деревнях, небольших посёлках или дачных массивах, оно часто опускается гораздо ниже. А именно там и требуется водонагреватель.

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.

Принцип действия накопительного бойлера. Источник фото: remontik.org

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.

Индукционный водонагреватель своими руками схема

Прибор представляет собой трансформатор, имеющий две обмотки: первичную и вторичную. Первый контур преобразует электрическую энергию в вихревые токи, тем самым создает индукционное поле направленного действия, что и обеспечивает индукционный нагрев. На вторичном контуре преобразованная энергия передается теплоносителю (в нашем случае – это вода).

Кроме трансформатора в устройстве присутствует генератор и насос (необязательно).

Узлы и детали теплогенератора

Устройство включает в себя:

• генератор переменного тока, который увеличивает частоту тока;
• индуктор, трансформирующий электроэнергию в магнитную энергию, представляет собой катушку из медной проволоки;
• нагревательный элемент, чаще всего его роль играет металлическая труба.

Принцип работы

Индукционный водонагреватель состоит из генератора, катушки и сердечника, последний нагревается за счет электромагнитной энергии

Прибор преобразует электрическую энергию в электромагнитную. Последняя, в свою очередь, воздействует на сердечник (трубу), который нагревается и передает воде тепловую энергию. Преобразовывает все эти энергии индуктор, состоящий из катушки и сердечника. Генератор используется для повышения частоты тока, так как со стандартной частотой в 50 Гц сложно добиться высокого нагрева.

4 Особенности конструкций

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

1. 1. Емкость для воды. Может быть изготовлена из различных материалов. Наиболее распространены баки из нержавеющей стали. Антикоррозионные свойства и высокая прочность позволяют обеспечить длительный срок службы. Пластиковые емкости менее долговечны, но хорошо переносят деформации, которые могут возникать вследствие замерзания жидкости в неотапливаемом помещении в зимний период.
2. 2. Устройство нагрева. Определяется типом используемого топлива. Газовые нагреватели снабжены горелкой особой конструкции. На схеме газового бойлера в разрезе видно, что через емкость с водой проходит канал для отвода продуктов сгорания, который обеспечивает дополнительный подогрев жидкости. Электрические модели снабжены трубчатым электронагревателем, питающимся от электрической сети. В устройствах косвенного нагрева через бак проходит теплообменник в виде змеевика, по которому циркулирует теплоноситель.
3. 3. Трубы для подключения подачи холодной воды и водозабора. Обычно бойлер снабжается водой от водопровода. К трубам водозабора бойлера и холодного водоснабжения подключается смеситель, в котором температура жидкости доводится до комфортного уровня.

Подключение к водопроводу

Как своими руками подключить водонагреватель к системе водоснабжения?

Проточный безнапорный

Входной патрубок подключается к водопроводу после водоразборного крана, выходной — к штатному изливу или душу. Если водонагреватель используется в качестве временного решения (например, на время летних плановых отключений ГВС для ремонта теплотрасс), его можно подключить к шлангу душа смесителя вместо лейки и регулировать напор краном холодной воды.

Стационарное подключение проточного нагревателя к водопроводу в моей мансарде. На борт ванны установлен водоразборный кран с керамической кранбуксой. Вход прибора соединяется с ним через переходник ДУ20-ДУ15 и гибкую подводку.

Проточный напорный

Подключается между подводками ГВС и ХВС. Какая-либо дополнительная арматура не нужна.

Atmor In-Line подключен между подводками холодного и горячего водоснабжения.

Накопительный

Бойлер тоже монтируется между водопроводами холодной и горячей воды, но ему, в отличие от проточника, нужна обвязка. Прибор комплектуется:

1. Шаровыми кранами на входе и выходе. Они позволят вам отключить бойлер для чистки или замены анода, не перекрывая холодную воду на весь дом или квартиру;
2. Обратным клапаном. Он не даст воде из бака вылиться в сброшенную для ремонта магистраль водоснабжения;
3. Предохранительным клапаном, сбрасывающим избыток воды в дренаж при опасном увеличении давления. Вода расширяется при нагреве, и сопутствующий рост давления может привести к повреждению бака и подводок водоснабжения.

Схема подключения накопительного водонагревателя к водопроводу.

Группа безопасности накопительного нагревателя: предохранительный и обратный клапаны объединяются в одном корпусе.

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.

Самый обычный водонагреватель накопительного типа с электрическим нагревом

Оптимальный рабочий режим электрического бойлера

Выставлять температурный режим до минимально допустимого крайне не рекомендуется по следующим причинам:

• Снижение КПД водонагревательного оборудования;
• Температура жидкости 30-40⁰ С – идеальная среда для образования, размножения бактерий, плесневого грибка, которые непременно попадают в воду;
• Увеличивается скорость образования накипи.

Данные приборы часто оснащаются опцией экономного режима, обозначенного буквой Е. Данный режим работы означает нагрев жидкости внутри емкостного резервуара до температуры +55⁰ С, что позволяет продлить срок использования до технического обслуживания. То есть при данном температурном режиме медленнее всего образуется накипь, соответственно реже приходится проводить очистку ТЭНа. К экономии электроэнергии это не относится.

Какой водонагреватель выбрать – проточный или накопительный?

Нагрузка на электросеть

Первое, на что надо обратить внимание, это электропроводка в
доме, котором вы живете. Если проводка достаточно новая или в вашей квартире
установлена электрическая плита, то смело можно брать проточный
водонагреватель

С очень большой вероятностью, проводка в вашем доме (квартире)
выдержит и 5 и 6 кВт, которые могут потреблять проточные водонагреватели.
Проточные нагреватели бывают и менее мощные (2-3,5 кВт), но на выходе будет
идти тоненькая струйка теплой воды.

Мощность

Если вы не уверены в состоянии проводки (скажем, в старых
домах проводка редко бывает в хорошем состоянии, да и не была рассчитана на
подключение мощных приборов) или у вас установлена газовая плита, то следует
остановить выбор на накопительном водонагревателе. Можно выбрать прибор с
небольшой потребляемой мощностью – он все равно нагреет воду. Тут только вопрос
времени – чем более слабый по мощности прибор приобретается, тем дольше он
будет греть воду. <

Объем

Также при выборе накопительного водонагревателя необходимо
учитывать число проживающих. Например, на одного человека достаточно
30-литрового нагревателя. А если семья из нескольких человек, а если еще и
маленький ребенок, то стоит посмотреть уже в сторону 100-150-литровых
накопительных водонагревателей.

Точки доступа

Еще один немаловажный момент – это сколько одновременно
«точек» буду использовать воду из накопительного водонагревателя. Скажем, если
одновременно включен только кран на кухне или в ванной и больше не включается
нигде, то можно брать водонагреватель небольшого объема. Если одновременно
планируется или возможен большой расход, то сразу переходим к большим и объемным
водонагревателям.

Об особенностях подключения накопительного и проточного водонагревателей и о требованиях к проводке мы расскажем в следующей статье.

Какой водонагреватель выбрать – проточный или накопительный

Какой водонагреватель выбрать – проточный или накопительный 

Работа электрического накопительного водонагревателя

Устройство электрического накопительного водонагревателя.

Рассмотрим подробно, каким образом поступающая в бак бойлера холодная вода становится горячей на выходе из него. Поступающий холодный водопровод наполняет бак доверху (полностью). Ёмкость накопительного водонагревателя выполняется из прочной стали, внутренняя металлическая поверхность изнутри покрывается защитным слоем для предупреждения коррозионного разрушения. Устанавливается магниевый анод, который отвлекает на себя коррозию вследствие того, что является более активным химическим элементом по сравнению с железом бака или медью нагревателя. Магний в первую очередь вступает в реакцию окисления, со временем разрушается и подлежит замене.

Внутри бойлера термопара измеряет температуру входящей воды и дает сигнал на включение нагрева. Если нагреватель воды электрический, то к нагревательному элементу подается ток, при прохождении которого провод нагревателя разогревается и начинает излучать тепло.

Как работает электрический бойлер для нагрева воды?

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

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

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

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

Какие бывают виды бойлеров?

Существует несколько разновидностей водонагревателей в зависимости от принципа работы и основных энергоносителей: газовые и электрические, накопительные и проточные, комбинированные, косвенного нагрева.

Их распространение в той или иной стране определяется природными ресурсами. Например, в России, имеющей большие запасы газа, до сегодняшнего дня востребованы газовые бойлеры косвенного нагрева. А Германия не только опередила другие страны в электрификации каждого дома, но и первой начала производство электрических бойлеров. В любой стране большим спросом пользуются комбинированные водонагреватели, они позволяют с максимальным эффектом использовать ресурсы.

Проточный

Проточный электрический водонагреватель

Конструктивно проточный водонагреватель представляет собой небольшой короб, внутри которого находится электрический ТЭН. В зависимости от принципа действия (безнапорный или напорный) его устанавливают либо в том месте, где нужна горячая вода (мойка на кухне, душ в ванной), либо врезают непосредственно в стояк водопровода. В нем количество горячей воды не ограничено в отличие от накопительного бойлера. Но температура воды будет зависеть от мощности самого устройства, и от напора (при увеличении напора температура снижается).

Существует вариант проточного водонагревателя, работающий от газа. Это всем известные еще с советских времен газовые колонки.

Косвенного нагрева

Эти водонагреватели тепловую энергию самостоятельно не производят. Их принцип действия построен на использовании тепла из отопительной системы. Преимущество бойлеров косвенного нагрева в отсутствии дополнительных затрат. Работает отопительная система квартиры или дома, и как бы вскользь (словно побочным эффектом) нагревается вода в бойлере. Через его змеевик пропущен теплоноситель из основного контура.

Такой способ подогрева воды считается наиболее экономным.

Комбинированный

Комбинированный бойлер

Эта разновидность бойлеров признана наиболее перспективной. При необходимости можно перейти от одного варианта подогрева к другому, так как комбинированное устройство совмещает в себе два типа нагревательных элементов. Например, нагрев воды может происходить за счет электрического ТЭНа или от используемой энергии газового котла. То есть зимой горячую воду получают путем косвенного нагрева, а летом от электрической энергии.

Накопительный

Бойлер накопительный является наиболее распространенным вариантом для подогрева воды. Его отличие от проточных моделей в заблаговременном нагревании. Существует два вида накопительных бойлеров: электрические и газовые (в одном источником тепла служит ТЭН, во втором – газовая горелка).

Конструктивное исполнение и принцип работы у них практически одинаков. Разница лишь в том, что накопительный газовый бойлер помимо установленной внизу газовой горелки имеет еще патрубок дымохода вверху. Монтаж газовых водонагревателей связан с определенными проблемами. Во-первых, нужен полноценный дымоход в доме. Во-вторых, подключение газоиспользующих установок всегда сопровождается сложностями в оформлении документации.

Устройство газового накопительного бойлера

Поэтому самое большое распространение получили накопительные электрические бойлеры. Их характеристики, преимущества и недостатки, устройство и принцип действия рассмотрены ниже.