Як працюють електричні та газові водонагрівачі?

Водонагрівач - пристрій, призначений для нагріву води, що забезпечує будинок або квартиру гарячої побутової (не питної) водою. конструкція водонагрівача являє собою схему узгоджено працюють деталей і пристроїв.

Уявлення про те, як працює водонагрівач, допоможе правильно виконати його установку, безпечно користуватися ним, розуміти ознаки аварійного стану або необхідності проведення профілактичного огляду.

Фізичні закони в роботі водонагрівачів

Принцип дії водонагрівача заснований на фізичних законах.

1. Закон зміни властивостей води при зміні температури - гаряча вода має меншу щільність і тому легше холодної, тому нагрівальні елементи гріють воду знизу, і вона самопливом піднімається вгору.
2. Закон конвекції (теплопередачі) - передача тепла відбувається від гарячого нагрівального елементу до холодної води навколо нього.
3. Закон підвищення температури в результаті електроопору. Електрична схема нагрівальних елементів передбачає утворення тепла внаслідок електроопору матеріалу, що виникає в нагрівачі при проходженні по ньому електричного струму.
4. Закон заповнення вакууму - при витіканні гарячої води з бака одночасно відбувається його наповнення холодною водою з підключеного водопроводу. Без втекания всередину холодного водопроводу, гаряча вода не витече.
5. Закон електрохімічної активності металів - в першу чергу в хімічну реакцію вступає той метал, чия електрохімічна активність більше. Магнієвий анод є більш активним елементом схеми, ніж сталевий бак або мідний нагрівальний елемент. Завдяки цьому факту здійснюється захист бака від корозії і нагрівача від накипу.

Робота електричного накопичувального водонагрівача

Розглянемо докладно, яким чином поступає в бак бойлера холодна вода стає гарячою на виході з нього. Вступник холодний водопровід наповнює бак доверху (повністю). Ємність накопичувального водонагрівача виконується з міцної сталі, внутрішня металева поверхня зсередини покривається захисним шаром для запобігання корозійного руйнування. Встановлюється магнієвий анод, який відволікає на себе корозію внаслідок того, що є більш активним хімічним елементом в порівнянні з залізом бака або міддю нагрівача. Магній в першу чергу вступає в реакцію окислення, з часом руйнується і підлягає заміні.

Усередині бойлера термопара вимірює температуру вхідної води і дає сигнал на включення нагріву. Якщо нагрівач води електричний, то до нагрівального елементу подається струм, при проходженні якого провід нагрівача розігрівається і починає випромінювати тепло.

Як працює нагрівальний пристрій?

Кілька десятків років тому були популярними кипятильники - пристрої для нагріву води в склянці. Цей кипятильник був Теном (трубчастим електричним нагрівачем), що містить в собі провід і зовнішню трубку.

Внутрішня порожнина сучасних ТЕНів може бути заповнена наповнювачем - речовиною, що не проводить електричний струм, але добре передає тепло. Як такого наповнювача найчастіше використовується спресована кристалічна окис магнію.

Принцип дії електричного нагрівального елементу заснований на нагріванні матеріалу від електричного струму. Усередині Тена розташований спіральний дріт. Матеріал дроту повинен мати велике питомий електроопір, тоді при проходженні по ньому електричного струму він буде розігріватися і випромінювати тепло в навколишній простір. Це тепло нагріває тонкостенную металеву трубку (зі сталі), що є корпусом. Робоча температура на корпусі нагрівального елементу може досягати 450 ° C (іноді вище).

При безпосередньому контакті сталевого корпусу з водою ( «мокрий» або «погружной» ТЕН), тепло від поверхні трубки передається воді в баку нагрівача. При захисті корпусу нагрівального елементу від корозії ( «сухий» ТЕН) тепло переходить до другої захисної поверхні з кераміки, від якої передається в воду і піднімає її температуру.

Нагрівання води в накопичувачі

Отже, працює водонагрівач, вода гріється протягом 2-4 годин. Чим більше обсяг бака бойлера, тим довше буде відбуватися нагрівання води. Якщо показник температури вище заданого на регуляторі (зазвичай 85 ° C), на ТЕН водонагрівача перестає подаватися електричний струм і нагрів припиняється.

У баку нагріта вода може зберігатися до того, коли виникне необхідність в її використанні. Для зменшення втрат тепла, зовнішня поверхня баковою ємності закривається утеплювачем - пінополіуретаном, що зупиняє теплові втрати. Зовні бак і ізолюючий кожух закриті декоративним покриттям з вінілу (пластика). Таким чином, охолодження води в баку помітно призупиняється. При охолодженні на 3 ° С автоматично включається робота нагрівального елементу, і вода підігрівається до встановленої межі знову. Так може тривати весь день, до того часу, коли ввечері господарі включать гарячий кран і почнуть витрачати нагріту воду.

Температура граничного нагріву води в баку може регулюватися. При бажанні, її можна зменшити до 40 ° C або збільшити до 95 ° C. Треба знати, що постійна експлуатація бака в режимі 40-50 ° C призводить до розмноження бактерій в його внутрішньої порожнини і до появи у води неприємного застійного запаху. Таке зменшення верхньої температури рекомендується тільки на деякий, нетривалий час. Інший варіант - при постійному робочому нагріванні до 50 ° C необхідно раз на тиждень прогрівати бак до 80-85 ° C, для знищення гнильних організмів.

Як працює система безпеки накопичувального водонагрівача?

Накопичувальний водонагрівач здатний нагріти воду майже до температури кипіння. Обсяг встановлюваного бака повинен забезпечувати добову потребу сімї в гарячій воді. З недоліків накопичувальної конструкції головним є необхідність відстеження тиску всередині ємності спеціальними пристроями. Вони оберігають внутрішній простір бака від перегріву і надлишкового тиску. До таких пристроїв відносять запобіжний клапан, зворотний клапан і термореле.

Система забезпечення безпеки роботи бойлера працює наступним чином. Термореле при перегріванні температури вище заданого значення відключає роботу нагрівальних елементів. У разі можливої поломки термореле, відбувається аварійний перегрів води в бойлері, нагрів її до температури кипіння підвищує тиск всередині бака. Якщо подальше підвищення тиску буде відбуватися безконтрольно, стінки бака розірве від перевантаження. так відбувається вибух водонагрівача. Для попередження вибуху встановлюється запобіжний (аварійний) клапан. При перевищенні тиску вище 7 атмосфер аварійний клапан автоматично відкривається і підбурює надлишки води, при цьому зменшується тиск і усувається можливість аварії.

Зворотний клапан призначений для попередження зливу нагрітої води з бака в холодний водопровід при аварійному відсутності холодної води. Він пропускає воду в бак, і не дає їй зворотного ходу. Однак в схемі зворотного клапана також є пружина. У разі аварійного перегріву і підвищенні тиску до 4 атмосфер зворотний клапан відкривається і пропускає гарячу воду назад, до аварійного клапану. Далі вступає в роботу по забезпеченню безпеки запобіжний клапан.

Робота проточного електричного водонагрівача

Проточний водонагрівач має певні особливості роботи. Він подає гарячу воду відразу, без проміжного часу, необхідного для нагрівання набраного обсягу води. В основному принципі його дії лежить конвекція (перенесення) тепла від нагрівача до рідини, що нагрівається. Тут вода входить в корпус нагрівача по вхідній трубі, яка відкривається за командою реле тиску. Усередині корпусу вода проходить між спіралями нагрівального елементу, де набуває задану температуру.

Значення температури нагріву задається регулятором температури. Нагрівальна спіраль укладена в камеру, простір якої контролюється тепловим запобіжником. Робота запобіжника полягає в припиненні подачі струму до нагрівального елементу, коли значення температури перевищило заданий на регуляторі. Також в конструкції існує клема заземлення, яка призначена для забезпечення електробезпеки користувачів.

Принцип дії газового нагрівача

Газовий водонагрівач (колонка) працює за принципом проточного нагрівача. Тобто гріє без попереднього накопичення, майже відразу після включення видає гарячу воду. Джерелом тепла в газових водонагрівачах служить газ, при згорянні якого виділяється теплова енергія, що витрачається на підігрів води. Інші процеси аналогічні електричним проточним водонагрівальних пристроїв, в яких використовується прямоточная схема руху потоку.

Вода втікає, підігрівається і випливає гарячої. При цьому в застарілих моделях газових колонок включається потік води, потім відкривається газовий кран і газовий потік підпалюється сірником або пєзоелементом. При виключенні холодної води потік газу продовжує згоряти в пальнику, і його необхідно також виключити, інакше може статися перегрів і поломка (вибух) колонки. Сучасні моделі колонок зручніше в експлуатації. Досить просто включити потік води (відкрутити кран), і автоматично включається потік газу і спрацьовує пєзоелемент, підпалює його. При закриванні крана потік газу перекривається автоматично. Вибухонебезпечність такій конструкції значно менше.

Більш детальна схема дії газової колонки буде виглядати наступним чином. Вода надходить в газовий проточний водонагрівач, при цьому спрацьовує клапан подачі газу, і носій тепла потрапляє в запальний пальник. Від запального пальника починає роботу основний пальник, яка підігріває теплообмінник. Вода нагрівається, проходячи по вигнутих трубах теплообмінника всередині колонки. Автоматизацію процесу забезпечує електронна схема включення і виключення нагрівання.

Газовий проточний водонагрівач в експлуатації значно дешевше електричного.

Схема пристрою газового нагрівача

Схема пристрою газового нагрівача води наведена на рис. 1. Тут:

1. Подача води здійснюється через вхід 1.
2. Подача газу - через вхід 2.
3. У запальнику (5) полумя нагріває біметалічну пластину (6).
4. Біметалічна пластина спресована з листів 2-х різних металів, що мають різний температурне розширення. Тому при нагріванні вона з одного боку розширюється слабкіше, внаслідок чого згинається і відкриває газовий клапан.
5. Газовий клапан (16) подає теплоносій до крану основного пальника.
6. Основна пальник (13 - пальник і 17 - кран пальника).
7. Пристрій блок - крана має водяну (3) і газову (4) частини. Він здійснює автоматичний контроль включення і виключення подачі газу в залежності від того, чи відкритий кран, який випускає воду.
8. Поруч з блок-краном розташована мембрана (19), яка відкриває кран тільки в умовах різниці тисків над і під собою (такі умови формуються при відкритому крані зливу гарячої води).
9. Мембрана зєднана з блок-краном через кран безпеки (14) і пружину (15).

Інші деталі конструкції газового проточного нагрівача:

• камера нагріву (7);
• змійовик, в якому просувається підігрівається вода (8);
• калорифер або теплообмінник, в якому відбувається остаточний обмін тепла між нагрітою поверхнею труби і водою (9);
• тягопрериватель, який перекриває доступ повітря до виходу (10);
• відбивач зворотної тяги (11);
• зовнішній кожух (12);
• виходить труба з гарячою водою (18).

Робота електричних водонагрівачів забезпечує потребу в гарячій побутової воді майже половини населення планети. Особливо актуально їх використання на негазифікованих територіях. Вибір конструкції - накопичувальний або проточний водонагрівач - визначається поставленими до пристрою вимогами: необхідною швидкістю нагріву води, витратою енергоносія, необхідним обсягом побутового використання. Газові водонагрівачі не менше популярні там, де здійснюється подача газу для побутових потреб. З газових конструкцій найбільшої популярності набули проточні пристрої нагріву.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!