В этой статье мы рассмотрим что же такое водонагреватели и какие они бывают.
Бойлер что это такое?
Водонагреватель - это устройство для нагрева воды, используемое в системе горячего водоснабжения.
Их можно разделить на несколько категорий по типу нагрева, а именно:
- с электрическим нагревом
- с газовым нагревом
- нагрев при помощи солнечной энергии
- дровяной
- водонагреватель косвенного нагрева
Водонагреватели с электрическим нагревом
Электрический накопительный водонагреватель или еще называемый бойлер (от англ. boiler) представляет собой довольно большую ёмкость, нагреваемую с помощью размещенного внутри ТЭНа (трубчатого электронагревателя) или расположенной под нагревательной емкостью газовой горелкой.
Существуют также комбинированные модели, включающие два или реже более видов нагревательных элементов. Например: ТЭН + теплообменник; теплообменник, работающий от системы отопления + теплообменник, нагреваемый солнечным коллектором.
Водонагревательная емкость снаружи защищена слоем теплоизоляции и защитным кожухом. Снаружи к нагревательному элементу подсоединяется пульт управления, обязательно включающий управление температурой. Обычно это биметаллический термостат. Нагрев включается, когда термодатчик регистрирует в баке температуру ниже установленной.
Различают водонагреватели закрытого (напорного) и открытого (безнапорного) типов.
Бойлер закрытого типа можно использовать в системе централизованного водоснабжения нескольких водоразборных точек. Нагревательная емкость в них изготовлена из металла (эмалированная сталь, нержавеющая сталь, медь).
Для того, чтобы избежать повреждения емкости из-за повышения давления, возникающего в результате расширения воды при нагреве, вместе с бойлером может применяться бак-экспанзомат (расширительный бак) или группа безопасности, состоящая из предохранительного, сбросного и обратного клапанов, при необходимости также дополняется редуктором давления, манометром, термосмесителем. При повышении давления выше номинального значения предохранительного клапана открывается пружинная задвижка, и лишняя вода стравливается в канализацию. Обратный клапан мешает расширившейся воде, а, значит, обладающей более высоким давлением по сравнению с подающейся холодной водой, уйти обратно в холодную трубу. Группа безопасности размещается на подающем патрубке непосредственно на входе в бойлер.
В стальных баках для предотвращения коррозии применяется катодная защита на основании жертвенного анода, как правило, из магния или цинка, или анода с внешним питанием.
Бойлер открытого типа может снабжать только одну водоразборную точку и только посредством специальной водоразборной арматуры (спецсмеситель). Основным принципом действия такой арматуры является перекрывание сетевой воды, находящейся под давлением, не на выходе, а на входе в бойлер. Это позволяет изготавливать емкость из менее прочных материалов, чаще всего пластмассы. Спецсмеситель также выполняет роль группы безопасности, стравливая в раковину избыточную воду при расширении во время нагрева.
Бойлеры закрытого типа могут использоваться со спецсмесителями, но бойлеры открытого типа с группой безопасности и расширительным баком работать не могут.
Понятие «безнапорный» вовсе не означает, что ёмкость можно предварительно заполнить. а затем отключить от источника водоснабжения и расходовать воду до тех пор, пока бак не опустошится.
Для того, чтобы водоразбор состоялся, и горячая вода полилась из бака, холодная вода должна подаваться в ёмкость под давлением. При этом сам бак будет полностью заполнен водой в любой момент времени. Если напор на входе отсутствует, вода физически не сможет выйти наружу, так как трубка для выхода горячей воды открывается в самой верхней точке бойлера (несмотря на то, что с внешней стороны водонагревателя штуцер горячей воды может находиться где угодно, даже в днище бака).
Холодная вода, напротив, подается снизу, при этом на конце штуцера установлен рассекатель, в результате чего поступающая вода как бы «стелется» по дну ёмкости. Нагревательный элемент также расположен внизу. В результате за счет естественной конвекции осуществляется постепенное увеличение температуры по высоте емкости, и уже нагретая вода не смешивается с холодной.
Для случаев, когда постоянная подача воды отсутствует, предусмотрены специальные водонагреватели без теплоизоляции и выходом.
Проточный водонагреватель
В проточных водонагревателях (в просторечии «проточники») размер бака сильно уменьшен, так что нагревательная емкость представляет собой узкую трубку. Это приводит к быстрому прогреву воды за то время, пока она протекает через нагревательную емкость (теплообменник).
В качестве нагревательного элемента могут использоваться ТЭН, неизолированная спираль, газовая горелка и непрямой нагрев (трубка с нагреваемой водой располагается внутри емкости с теплоносителем — кожухотрубный теплообменник). Использовать газовые проточные водонагреватели возможно только при наличии дымохода, который заложен при строительстве дома согласно проекту.
Существуют проточные водонагреватели закрытого и открытого типов. Проточники закрытого типа могут снабжать несколько водоразборных точек, при этом расширительный бак и группа безопасности не требуются. Проточники открытого типа могут снабжать горячей водой только одну водоразборную точку с использованием спецсмесителя.
Проточные газовые водонагреватели различают по типу розжига. Основные применямые — это поджог газа от пьезоэлемента, от электронного блока и от гидротурбинки.
Включение нагревательного элемента происходит в момент водоразбора на основании сигналов от датчиков протока (по трубке с нагревательным элементом протекает вода) и температуры (протекающая вода ниже установленной температуры). Выключение нагревательного элемента происходит сразу после окончания водоразбора либо в случае перегрева. Проточные водонагреватели в отличие от накопительных позволяют обходится без смесителей холодной и горячей воды. Электрические проточные водонагреватели обычно имеют несколько ступеней мощности, на каждой ступени температура регулируется расходом воды. Модели с электронным управлением регулируют мощность нагрева в зависимости от протока и температуры входящей воды, поддерживая постоянной температуру воды на выходе.
Проточно-накопительный водонагреватель
Водонагреватели проточно-накопительного типа имеют небольшую нагревательную ёмкость, но все же не такую маленькую, как в проточнике. Электрический нагревательный элемент может коммутироваться на пониженную и повышенную мощность, придавая, таким образом, в зависимости от потребности, водонагревателю качества накопительного или проточного прибора соответственно.
Газовые водонагреватели или газовые колонки
Это устройство для нагрева воды за счёт энергии сгорания газа с целью последующего использования в технологических, хозяйственных, санитарно-гигиенических или бытовых целях. В качестве топлива может использоваться как природный газ, так и сжиженный (баллонный).
По устройству газовые водонагреватели делятся на проточные и накопительные. Проточный водонагреватель настенного типа часто зовут газовой колонкой.
Основным достоинством газовых водонагревателей является использование удобного и наиболее дешевого топлива — природного газа. Однако газ также является пожаро- и взрывоопасным, кроме того, он вреден для дыхания, поэтому неисправный газовый водонагреватель может быть гораздо опаснее неисправного электрического. Также газовые водонагреватели требуют наличия дымохода для отвода продуктов сгорания.
Проточный газовый водонагреватель
Проточный газовый водонагреватель предназначен для мгновенного нагрева воды. Водонагреватели этого типа не имеют бака, а вода нагревается по прямоточной схеме, через теплообменник, с помощью газовой горелки. В устаревших и в современных бюджетных моделях зажигание горелки осуществляется от постоянно горящего газового фитиля, зажигаемого спичкой или пьезоэлементом; нагрев регулируется в зависимости от количества протекающей через теплообменник воды. В более совершенных моделях используется автоматический электророзжиг и электронное регулирование температуры воды на выходе.
В России наиболее распространены настенные газовые водонагреватели — газовые колонки. Они появились во время газификации городов с началом массового жилищного строительства, при котором ванна стала обязательным элементом городской квартиры, и устанавливались при отсутствии возможности обеспечения централизованного горячего водоснабжения. Поэтому газовые колонки наиболее часто встречаются в хрущёвках; также часто их можно увидеть в сталинках, где колонки устанавливали взамен твердотопливных котлов («титанов»). Кроме этого, в последнее время газовые колонки устанавливают в домах с центральным горячим водоснабжением, так как нередко горячую воду отключают или она имеет низкое качество.
Популярность газовых колонок связана с тем, что при компактных размерах они позволяют мгновенно нагревать достаточное количество воды. Газовая колонка, способная обеспечить несколько точек водоразбора одновременно, имеет мощность около 24 кВт, средняя — 18-19 кВт, при этом для них, как правило, хватает мощности городских газовых линий. Для сравнения, проточные электроводонагреватели подобной мощности требуют для работы отдельного силового ввода, что затратно и не всегда возможно, так как в старых домах электрические сети не рассчитаны на такое энергопотребление. Кроме того, магистральный природный газ гораздо дешевле электричества, поэтому газовая колонка экономически выгоднее.
Также существуют газовые отопительные котлы, имеющие контур горячего водоснабжения. Такие устройства обычно устанавливаются в индивидуальных домах и зданиях, имеющих автономную систему отопления на природном газе.
Накопительный газовый водонагреватель
Накопительные газовые водонагреватели (бойлеры) по устройству схожи с накопительными электроводонагревателями, отличаясь лишь тем, что используют для нагрева воды газ, а не электричество. Объемные, дорогие и менее удобные накопители нужны лишь там, где слабая газоподводящая линия. В России подобные устройства практически не встречаются.
Солнечный водонагреватель
Является разновидностью солнечного коллектора. Предназначен для производства горячей воды путём поглощения солнечного излучения, преобразования его в тепло, аккумуляции и передачи потребителю.
Солнечные водонагреватели могут быть активного или пассивного типов. Активная система использует электрический насос для циркуляции жидкости через коллектор; пассивная система не имеет насоса и полагается только на естественную циркуляцию. Есть экспериментальные образцы, где перекачка теплоносителя производится стирлинг-насосом, получающим энергию от солнца.
Пассивные (Термосифонные) системы перемещают готовую воду или теплоноситель через систему за счёт естественной гравитации, возникающей при разности плотностей нагретого и охлажденного теплоносителя. Пассивные системы с конвекцией дешевле, чем активные системы, но и менее эффективны из-за медленной циркуляции в системе. Системы с тепловыми трубами более дорогие, чем конвективные, но имеют меньшие эксплуатационные затраты. Кроме того, системы с тепловыми трубами позволяют перекачивать тепло вниз, то есть против сил конвекции. Характеристики сильно зависят от конкретного типа труб.
Активные системы используют электрические насосы, клапаны и контроллеры для циркуляции теплоносителя через коллектор. Они обычно более дорогие, чем пассивные системы, но и более эффективны.
Дровяной водонагреватель
Дровяной водонагреватель - водонагреватель, использующий дрова для нагрева воды. Применяется для нагрева воды в поездах, загородных домах, бассейнах. В народе также именуется «титан».
Принцип работы и устройство титана следующее. В топку загружается топливо – дрова или уголь. Горячий воздух вместе с продуктами горения поднимаются сквозь круглое отверстие, представляющее собой трубу внутри бака. Нагрев бака происходил довольно быстро – за 20-30 минут, а то и быстрее. Продукты горения и горячий воздух нуждаются в принудительном удалении в стандартный дымоход. Горячая вода по принципу конвекции поднимается в верхнюю часть бака, в которой расположено выходное отверстие. Непосредственно возле выходного отверстия расположен тройник – горячая вода может идти как напрямую в лейку душа, так и вниз, на смеситель. Титан можно было использовать как накопительную резервную емкость: в случае отсутствия воды титан превращался в водонагреватель открытого типа. На практике это выглядело так: если воды в водопроводе не было, вода из бака вытекала самотеком в ванную.
Титан – довольно мощный водогрей. Примерная мощность титана – не менее 10 кВт. Особенно быстро титан нагревается от высококалорийного топлива (газа). В послевоенное время (в 50-е года прошлого века) титаны стали газифицироваться. Внутрь топки устанавливалась стандартная печная горелка. Примерно в это же время у титана появился серьёзный конкурент – компактный газовый водонагреватель (газовая колонка). Долгое время они мирно сосуществовали, пока к 90-м годам прошлого века в массовой продаже не появились качественные автоматические газовые водонагреватели. В настоящее время дровяные(угольные) водонагреватели (титаны) применяются в поездах и в местностях, где отсутствует газовые магистральные сети.
Водонагреватель косвенного нагрева
Внутреннее устройство такого водонагревателя весьма несложное. Теплоноситель проходит через трубку и отдает часть накопленного тепла воде в баке, стенки трубки служат поверхностью теплообмена. Другими словами, внутри емкость установлен как бы радиатор водяной системы отопления, который греет не воздух в помещении, а воду в баке.
