Устройство и принцип работы бойлера для нагрева воды: как работает накопительный водонагреватель

Разбор устройства и принципа работы накопительных водонагревателей (бойлеров) как электрических, так и газовых со схемами и описанием основных узлов. Также обзор ТЭНов сухих и мокрых, их различия и прочее.

Конструкция

Накопительные водонагреватели разделяются по способу передачи тепловой энергии к жидкости на модели прямого или косвенного нагрева.

По типу применяемых энергоресурсов выделяют электрическое и газовое оборудование.

Наиболее распространенными в быту являются электрические бойлеры прямого нагрева. Поэтому на его примере мы рассмотрим конструктивные особенности устройства:

устройство накопительного водонагревателя

  • Внешний корпус — предотвращает разрушение теплоизоляции и дополнительно защищает бойлер от механических воздействий извне.

  • Теплоизоляция — замедляет естественное остывание воды в баке за счет теплообмена с окружающей средой.

  • Внутренний бак — заполняемая водой емкость.

  • Трубка подачи холодной воды — точка подачи жидкости из центральной или локальной системы к бойлеру.

  • Трубка отбора горячей воды — узел подключения нагретой жидкости к смесителям и кранам в жилище.

  • Нагревательный элемент — у электрических моделей представлен тэном. 

  • Магниевый анод — выполняет защитные функции основных элементов от разрушающего воздействия электрохимических процессов.

  • Термостат — фиксирует и регулирует температуру жидкости.

  • Блок управления и сигнализации — позволяет регулировать величину нагрева, контролировать текущие процессы, устанавливать режимы работы.

В каталоге накопительных водонагревателей представлены модели различной ценовой категории. Что обусловлено отличиями комплектующих элементов и их характеристиками.

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.

Бойлер в ванной комнате

Конструктивные особенности

Начнем с того, что водонагреватели этого типа известны давно. Еще в советские времена производилось нагревательное оборудование, носящее гордое имя «Титан». Это конструкция цилиндрической формы, разделенная на две части: нижняя – топка для дров, верхняя – водяной бак. Сквозь последний от топки проходит дымоход, который выводился за пределы дома.

Дымоход изготавливали из стальной трубы диаметром 70-100 мм, в зависимости от размеров самого водонагревателя. Обычно «Титаны» изготавливали также из трубы большого диаметра, утепляли их и закрывали стальным листом толщиною до 1 мм, который сверху окрашивали. Но на рынке в те времена встречались и другие модели. Отличительной их особенностью было дополнение к конструкции. То есть сам нагревательный прибор состоял из трех секций: топка, бак и сборник угарных газов.

водонагреватели дровяные для душа на даче

Конструктивные особенности и принцип работы водонагревателя Источник tehnikaportal.ru

При этом в качестве дымохода использовалась не одна труба, а несколько с меньшим диаметром, обычно 32 мм, расположенных равномерно по сечению водонагревателя. Таким образом производитель увеличивал плоскость соприкосновения воды с нагревательными элементами. Ведь нагрев воды производится не только от стенки, которая разделяет топку и водяной бак, но и через стенки дымохода. А чем больше дымоход, тем больше плоскость соприкосновения.

Но принцип работы «Титана» разных модификаций был один:

  • дрова закладывали в топку, где их разжигали;
  • тепловая энергия с угарными газами и дымом проходила по дымоходу и удалялась на улицу;
  • нагревалась перегородка и стенки дымоходной трубы, за счет чего и происходил нагрев воды в баке.

По сути, «Титаны» работали, как самовары. То есть конструкция простая, принцип работы несложный, но коэффициент полезного действия не самый высокий. Большая часть тепловой энергии уходила на улицу, что требовало большего расхода дров. Именно поэтому водонагреватели такого типа делали высокими, чтобы увеличить длину, а соответственно и площадь соприкосновения, дымоходной трубы. И чем больше высота, тем эффективнее работает прибор, то есть быстрее нагревает воду.

душ для дачи на дровах

Модельный ряд водяных нагревательных приборов Источник santehnicheskij-mir.ru

Устройство электрического водонагревателя накопительного

Базовая комплектация накопительного водогрейного оборудования электрического типа представлена:

  • стандартным корпусом;
  • баком с теплоизолирующим слоем;
  • нагревательными элементами в виде ТЭНов;
  • защитным магниевым анодом;
  • термостатом;
  • блоком для управления;
  • системой безопасности;
  • индикаторным элементом;
  • электрическим кабелем.

В подобном типе оборудования использование горячей воды возможно исключительно после полного нагрева, поэтому предварительный процесс подготовки жидкости является обязательным.

Устройство водогрейного накопительного оборудования электрического типа является стандартным и включает в себя несколько основных конструктивных элементов, которые могут различаться техническими особенностями и характеристиками.

Разновидности

Российский рынок предлагает потенциальному покупателю электрические водонагреватели двух основных типов:

  1. Проточные, то есть нагревающие воду по мере ее расхода;
  2. Накопительные. Такой прибор способен приготовить достаточно большой объем горячей воды и поддерживать ее температуру неограниченное время.

Принцип работы электронагревателя определяет его эксплуатационные качества, поэтому я подробно остановлюсь на конструкции обоих приборов.

Корпус

Помимо защиты теплоизоляции выполняет декоративную функцию и повторяет форму внутреннего бака водонагревателя. Могут быть из металла или полимерных материалов. Конструктивно изготавливаются плоскими, цилиндрическими, прямоугольными (призмовидными),  узкими.

По способу фиксации на стене существуют вертикальные и горизонтальные модели. Первый вариант более востребован за счет высокой энергоэффективности и быстрого нагрева. Второй тип актуален в помещениях с низкими потолками или местах, где размещение стандартного накопительного водонагревателя невозможно. Также существуют универсальные модели, которые допустимо располагать и горизонтально, и вертикально.

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.

Проточный

Узлы

У младших моделей проточников, не предназначенных для установки в разрыв водопровода, всего три основных узла:

In-Line водонагреватели работают при давлении водопровода, поэтому датчик давления в качестве предохранительного узла бесполезен. Его функцию выполняют два других узла:

  • Датчик протока воды, включающий нагрев лишь при ее расходе;
  • Термодатчик, исключающий перегрев ТЭНов.

В старших моделях проточников примитивный ступенчатый терморегулятор сменяется цифровым. Температура проточной воды непрерывно измеряется термопарой. Мощность нагрева регулируется в зависимости от показаний термодатчика.

Потребительские характеристики

Экономичность: максимальна. Нагрев включается лишь в процессе расхода воды. В остальное время ТЭНы простаивают, а потребление электроэнергии равно нулю.

Требования к проводке:

  • Модели мощностью 3,5 кВт можно подключать к евророзетке с подведенным заземлением при сечении медной проводки не менее 1,5 мм2;
Мощность в 3,5 киловатта позволяет подключить нагреватель к обычной евророзетке с заземлением.

Мощность в 3,5 киловатта позволяет подключить нагреватель к обычной евророзетке с заземлением.

  • Более мощные водонагреватели (5-7 кВт) подключаются непосредственно к электрическому щитку собственным кабелем. Линия должна быть защищена отдельным автоматом;
  • Приборы с мощностью свыше 8 кВт требуют трехфазного питания.

Точность регулировки температуры воды: у всех моделей со ступенчатым регулятором мощности — крайне низкая.

Отключение и включение ТЭНов обеспечивает грубую регулировку, а более точная осуществляется изменением напора воды. Поскольку мощность прибора неизменна, температура воды на выходе линейно зависит от температуры на входе: если летом прибор мощностью 3,5 кВт справляется с нагревом воды, то зимой, когда магистраль водоснабжения остынет с 20-25 до 3-5 градусов, вам придется принимать прохладный душ.

Зимой температура воды на выходе недорогого проточника снизится на 15-20 градусов по сравнению с летом.

Зимой температура воды на выходе недорогого проточника снизится на 15-20 градусов по сравнению с летом.

Моделями с цифровым терморегулятором заданная владельцем температура поддерживается с точностью до градуса. Для этого, разумеется, нужен не только точный терморегулятор, но и запас мощности.

Цена: от 2000 рублей за водонагреватель мощностью 3,5 кВт с ее ступенчатым регулятором. Модель с плавной регулировкой мощности и индикацией температуры обойдется в 16-20 тысяч рублей.

На фото — проточный водонагреватель Electrolux NPX 18-24 Sensomatic Pro. Он обеспечивает точность нагрева воды в 1 градус в диапазоне 30-60 °С. Мощность прибора — 24 кВт, розничная стоимость — 16 499 рублей.

На фото — проточный водонагреватель Electrolux NPX 18-24 Sensomatic Pro. Он обеспечивает точность нагрева воды в 1 градус в диапазоне 30-60 °С. Мощность прибора — 24 кВт, розничная стоимость — 16 499 рублей.

Главный недостаток мощных проточников с цифровым терморегулятором — не высокая стоимость, а большая потребляемая мощность. В большинстве квартир и частных домов максимальное энергопотребление ограничено 10 киловаттами.

Принцип работы бойлера

Все нагреватели можно разделить на две большие группы, которые кардинально отличаются друг от друга:

  1. Накопительные.
  2. Проточные.

В конструкцию первых обязательно входит бак (размер может отличаться). Вода из водопровода заполняет бак при первом включении, и в последующем ёмкость всегда остаётся наполненной, а вода добавляется по мере использование подогретой.

Принцип нагрева воды в бойлере

Схема нагрева воды в бойлерах

Накопительные нагреватели тоже различаются тем, каким способом они греют воду:

  • электроэнергией;
  • газом;
  • жидким топливом;
  • косвенно от отопления;
  • солнечным теплом;
  • смешанного типа.

Вода в бойлере долго сохраняется тёплой, поскольку корпус хорошо изолирован.

Бак

Предназначен для наполнения нагреваемой жидкостью, поэтому обязательно должен обеспечить надлежащую прочность и герметичность. Бак, не выдерживающий давления воды, может покрыться трещинами и преждевременно выйти из строя. 

В основе бака используется сварная стальная конструкция, которую изнутри покрывают антикоррозийным составом:

  • Эмалью.
  • Стеклокерамикой. 
  • Полимерно-композитными материалами.
  • Медью.

В зависимости от модели накопительного водонагревателя объем бака варьируется в пределах от 10 до 200 л. Размеры подбираются в соответствии с количеством человек, использующих горячую воду и точек водозабора. 

Количество человек,  потребляющих горячую воду

Количество человек, потребляющих горячую воду друг за другом

Количество водозаборных точек в доме

Минимальный объем бойлера, л

Нормальный объем бойлера, л

1

1

10

30

1

1

2

30

50

2

1

2

30

50

2

2

2

50

80

3

3

3

80

100

4

4

4

100

120

5

5

4

120

150

Некоторые производители изготавливают бак полностью из нержавеющей стали. Такие баки защищены от коррозии, устойчивы к воздействиям агрессивных веществ до момента нарушения защитного слоя. 

Проточные водонагреватели: принцип работы

Проточный тип — это вторая большая группа водонагревателей. Здесь нет бака для воды – она нагревается «на лету», проходя по трубке небольшого диаметра.

Проточные нагреватели более мощные, для них требуется надёжная проводка. Зато пользоваться таким прибором удобнее – горячая вода не может «кончиться», а нагревается мгновенно.

Современные модели дровяного водонагревателя Титан

Производители водонагревателей Титан внесли некоторые изменения в современные модели. Рассмотрим их подробнее:

  1. В емкостях с водой установлены Тэны.
  2. Водонагревателей может работать не только на дровах, но и на электричестве.
  3. Для поддержания определенной температуры в баке установили терморегулятор.

Современные модели удобны в использовании, а также не требуют больших затрат. Поэтому для небольших дачных домов водонагреватель Титан является отличным решением. Установив водонагреватель, вы обеспечите подачу горячей воды круглый год. Наличие Тэна и нагрев воды с помощью твердого топлива позволяет экономить средства, горючее и время. 

Дровяной водонагреватель Титан

Дровяной водонагреватель Титан является мощным прибором, который часто используют в небольших квартирах, а также в железнодорожных поездах. Много лет назад некоторые модели были изменены и стали газифицированы. Такой водонагреватель является довольно-таки востребованным на современно рынке.

Накопительные водонагреватели, схема

Расход электроэнергии средний. Все современные модели накопительных водонагревателей могут работать в стандартном и ускоренном режимах. Стандартный режим подходит для регулярного использования, ускоренный создан специально для тех ситуаций, когда неожиданно появилась потребность в небольшом объеме теплой воды.

К числу важных преимуществ накопительного бака следует отнести простоту его установки и подключения к системе водоснабжения, удобство эксплуатации, возможность включения в обыкновенную электрическую сеть.

Устройство газового накопительного водонагревателя

Главным же недостатком подобного рода агрегатов является их размер. При этом, чем больше объем бака, тем он тяжелее. Придется не только придумать, куда повесить бочку, но и убедиться, что стена сможет выдержать ее вес.

Электрические накопительные водонагреватели Ariston

Накопительные водонагреватели лучше всего подходят для установки в квартирах и домах, использующихся для постоянного проживания.

Накопительные водонагреватели лучше всего подходят для установки в квартирах и домах, использующихся для постоянного проживания

Тэн

Тэны состоят из нити накала в керамическом или кварцевом наполнителе и электрических выводов. Омическое сопротивление нити определяет мощность нагревателя. Некоторые виды бойлеров могут оснащаться несколькими тэнами для повышения производительности и возможности экономии электроэнергии. Конструктивно все электрические тэны разделяются на мокрые и сухие. 

Мокрые погружаются непосредственно в подогреваемую воду. Они дешевле, но в случае пробоя изоляции между нитью и трубкой вся вода оказывается под напряжением. А использующий воду может получить удар электротоком.

Сухие тэны закрыты стеатитовым или керамическим кожухом, внутри которого расположен нагревательный элемент, отделенный от диэлектрической колбы воздушным зазором. В более дорогих моделях зазор заполняется маслом, у которого выше теплопроводность и больше энергоэффективность. 

Где купить

Максимально быстро приобрести оборудование для нагрева воды можно в ближайшем специализированном магазине. Оптимальным же, по соотношению цена-качество, остаётся вариант покупки в Интернет-магазине АлиЭкспресс. Обязательное длительное ожидание посылок из Китая осталось в прошлом, ведь сейчас множество товаров находятся на промежуточных складах в странах назначения: например, при заказе вы можете выбрать опцию «Доставка из Российской Федерации»:

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.

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.

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.

Схема подключения накопительного водонагревателя к водопроводу.

Обратный и предохранительный клапаны обычно объединяются в одном корпусе и называются группой безопасности бойлера.

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

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

Что выгоднее — платить за горячую воду или пользоваться бойлером

Сравним стоимость подогрева одного кубометра воды в бойлере с ценой кубометра горячей воды из центральной магистрали.

Цена подогретого 1 м³ горячей воды в Севастополе — 179 Р. Когда у нас не было бойлера, мы потребляли по счетчикам горячей воды 4 м³. Если бы пользовались центральным водоснабжением, платили бы сейчас 716 Р ежемесячно. Но при этом когда пользовались центральной водой, были две проблемы:

  1. Приходилось несколько минут сливать воду до того момента, как она станет горячей. Фактически мы платили ни за что.
  2. По нормативу температура горячей воды должна быть 64 °С. В реальности было меньше. Градусником не измерял, но по ощущениям было 40—50 °С.

Приказ № 12-УГ от 25.06.2021PDF, 561 КБ

Расходы на подогрев воды в бойлере складываются из затрат на электричество и холодную воду.

179 Р

мы платили за 1 м³ горячей воды

У нас накопительный бойлер с объемом бака 80 литров (0,08 м³) и мощностью 1,5 кВт. Нагрев воды до температуры 60 °С занимает примерно 2,5 часа. Таким образом, бойлер каждый день потребляет 3,75 киловатт-часа: 1,5 кВт × 2,5 часа. Расчет примерный: я не учитываю затраты электроэнергии на подогрев уже нагретой воды в течение дня и ряд других факторов.

В среднем за электричество мы платим 500—700 Р каждый месяц

Стоимость одного киловатт-часа в Севастополе 3,41 Р при потреблении до 150 киловатт-часов в месяц. Выходит, в день работа бойлера нам обходится в 12,8 Р. Если взять пропорцию от 80 литров на кубометр, то подогреть его стоит 160 Р.

Приказ № 507-ОД от 18.12.2020PDF, 16,3 МБ

Но нужно еще прибавить стоимость холодной воды. Один кубометр у нас стоит 40 Р.

Получаем итоговую стоимость нагрева одного кубометра воды в бойлере:

160 + 40 = 200 Р.

Напомню, что стоимость одного кубометра городской горячей воды у нас 179 Р. Таким образом, подогрев в бойлере 1 м³ стоит на 20 Р дороже, но мне не приходится «прогонять» холодную воду, а еще я могу сам выставить температуру нагрева.

200 Р

стоит 1 м² горячей воды, если пользоваться бойлером

В результате у нас уменьшился расход воды и траты — за месяц у нас уходит всего 4 м³ воды, за которую мы платим как за холодную. И из этих 4 м³ только часть подогревается в бойлере, так что получается, что за подогрев воды я плачу не больше 400 Р — но это примерно. Точно рассчитать, сколько у меня уходит горячей воды, а сколько холодной — невозможно. Плюс у меня у меня сократилось водоотведение, поэтому я экономлю еще на этом.

Кран на горячую воду (справа) перекрыт. Я уже не помню, когда в последний раз передавал показания счетчика

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.

Термостат

Измеряет температуру воды в текущий момент. В случае нагрева до установленного предела, к примеру, 75°С, отключает цепь питания. В накопительных водонагревателях могут использоваться механические или электронные термостаты.

термостат накопительного водонагревателя

Механический контролирует температуру за счет биметаллической пластины, которая деформируется от нагрева и перемещает контакты. Электронные модели оснащаются терморезистором, который изменяет свое оммическое сопротивление пропорционально степени нагрева. 

Блок управления

Представлен кнопочным или сенсорным модулем в нижней части накопительного водонагревателя. Термометр может выполняться стрелочным или на электронном табло. Позволяет выставлять максимальную температуру нагрева, переключать режимы работы.

Современные модели могут включать в себя дистанционное управление через мобильное приложение. Некоторые оснащены функцией почасового программирования на сутки или неделю.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...