Устройство и принцип действия проточного водонагревателя

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.

Внутреннее устройство бойлера. Газовые накопительные водонагреватели

Внешне агрегат напоминает вертикальную версию электрического накопителя – корпус цилиндрической формы, штуцеры подвода труб и термометр на лицевой стороне. Только сверху появился патрубок дымохода, а снизу – дополнительная секция с газовым оборудованием.

Внутреннее устройство бойлера, использующего природный либо сжиженный газ, имеет существенные отличия:

• в нижней дополнительной секции находится открытая (атмосферная) камера сгорания и газовая горелка;
• бак пронизывает вертикальная жаровая труба, отводящая продукты горения наружу через внешний патрубок с колпаком;
• внутрь дымоотвода помещен датчик тяги и турбулизатор, заставляющий раскаленные газы двигаться медленнее и активно обмениваться теплом с водяным резервуаром;
• снизу под горелкой расположена емкость сбора конденсата;
• подачей топлива ведает автоматика безопасности – энергонезависимый газовый клапан SIT Group или другого производителя;
• в баке предусмотрена погружная гильза датчика термостата, соединенного капиллярной трубкой с клапаном безопасности.

Трубки холодной и горячей воды на чертеже попали в одну плоскость, поэтому перекрывают друг друга

Примечание. Указанные автоматические клапаны применяются в газовых котлах напольного типа. Алгоритм работы абсолютно одинаков для всех установок: элемент закрывает подачу горючего, когда исчезает тяга, тухнет пламя или падает давление газа в трубе. Подробный обзор функций газовой автоматики читайте в соответствующем разделе нашего ресурса .

Принцип работы данного вида бойлеров заключается в двойном нагреве бака с водой – непосредственно от горелки и теплотой дымовых газов. Как функционирует газоиспользующий водонагреватель:

1. После открытия клапана газ поступает на запальник, где вручную поджигается искрой от пьезоэлектрической кнопки. Когда пользователь выставляет желаемую температуру поворотом регулятора, включается в работу основная горелка.
2. Масса воды нагревается от камеры сгорания и дымохода, образующийся конденсат стекает в специальную емкость и постепенно испаряется.
3. По достижении заданной температуры срабатывает термостат, автоматика выключает основную горелку.

Газогорелочные устройства бойлеров отличаются круглой формой и похожи на конфорки кухонной плиты

Уточнение. В более современных моделях газовых бойлеров, например, Baxi SAG3 100, система розжига работает без постоянно горящего запальника. Искра на специальном электроде вырабатывается с помощью батареек, как сделано на многих проточных водонагревателях (то бишь, газовых колонках).

Как он функционирует

В основном накопительные нагреватели воды имеют следующий принцип действия, который основан на подогреве жидкости до определенной температуры, установленной на необходимом уровне в автоматическом режиме. При этом холодная вода поступает в бойлер под напором, а горячая выходит из него под этим же давлением.

В основном электрические накопительные агрегаты имеют выгодный режим работы — это температура от 60 до 65°C, которая создает комфорт пользователю. При этом потери тепла низкие, чем при функционировании бойлера на полной мощности.

Факторы, от которых зависит скорость нагрева жидкости, следующие:

• объем агрегата;
• мощность тэна.

В первом варианте чем большую емкость имеет накопительный бойлер, тем дольше греется вода. Например, если электрический нагреватель 100 л, а обогреватель (тэн) с мощностью 1.5 кВт, тогда вода до максимума согреется за 205 минут. А если дома установили электрические нагревательные агрегаты малого объема, например, 22 л, то вода в нем согреется всего за 22 минуты.

В основном если электрические накопительные агрегаты имеют большой объем, то для них необходим мощный нагревательный элемент. В том случае если их емкость до 150 л, то в них установлен 1,2 — 2 кВт тэн. А если рассматривать принцип работы такого обогревателя, то можно отметить, что все электрические накопительные агрегаты работают одинаково, а их функционирование основано на так называемом косвенном нагреве воды, поступающей из водопроводной системы в бак.

Фактически подогреватель постоянно заполнен и находится под давлением. После того как включен источник тепла, в теплообменник (имеет форму спирали) начинает поступать нагретый теплоноситель, он охлаждается и начинает греть жидкость, которая заполняет бак. Циркуляция создается ввиду поднимающейся нагретой воды из нижней части бака. Фактически эффект такой естественной циркуляции позволяет обеспечить равномерный прогрев жидкости в бойлере. Но для того чтобы вода достигла заданной температуры, должно пройти некоторое время, и вся емкость накопительного водонагревателя будет заполнена горячей водой.

В том случае если необходимо, чтобы вода быстро нагрелась до определенной температуры, тогда для дома следует выбрать электрические накопительные агрегаты с послойным нагревом. В таком агрегате нет естественной циркуляции, а граница между слоями опускается.

В верхней части почти сразу после подключения водонагревателя к электрической сети образуется теплая вода, которая пригодна к употреблению. Такие накопительные электрические агрегаты по мере опустошения вновь наполняются холодной водой, которая поступает в нижнюю часть устройства, а горячая, пройдя патрубок, расположенный вверху накопителя, выходит из бойлера. Это происходит вследствие возникшей разной плотности жидкостей, так как в этом случае не происходит их интенсивное перемешивание.

Частые ошибки монтажа водонагревателей

Правилами установки подобного оборудования предусматривается применение изоляции на трубопроводах ХВС/ГВС. При этом технические требования к монтажу определяют минимально возможный размер толщины изоляции – 20 мм.

Уровень теплопроводности изоляционного материала должен составлять не менее – 0,035 Вт/м2.

Пример выполнения изоляции системы нагревателя, где отмечаются явные ошибки. Изолировать необходимо не только трубы, но также установленные на участке трубопроводов рабочие компоненты. Современными изолирующими материалами это делается легко

При монтаже водонагревателей нередко нарушают схему подключения домашнего агрегата к водопроводу, применяя изоляционный материал малой толщины, либо не применяют изоляцию вовсе.

В результате, когда начинается полноценная эксплуатация прибора, отмечаются значительные потери тепловой энергии. Эти потери отражаются на времени нагрева, которое существенно возрастает.

Неправильно выполненная или отсутствующая изоляция является главной причиной образования конденсата на линии ХВС. Такое состояние системы снижает уровень комфорта пользователя, способствует формированию антисанитарной среды внутри помещений, где располагается оборудование.

Распространённой ошибкой следует считать монтаж бойлера без расширительного сосуда. Схема, где предусматривается внедрение расширительного сосуда, актуальна именно для водонагревателей накопительного типа.

Благодаря расширительному сосуду, удаётся компенсировать рост давления, обусловленный увеличением объема воды в бойлерном накопителе.

Установленный расширительный бачок в системе косвенного нагрева. По сути, монтаж расширительного сосуда выполнен с ошибкой. Этот элемент системы должен располагаться выше линии верхней крышки бойлера. К тому же нет изоляции трубы

Как правило, монтаж нагревателей накопительного типа ограничивается включением предохранительного клапана на участке магистрали холодной воды. Такая своеобразная замена расширительной ёмкости предохранительным клапаном допустима, но, с точки зрения правильного монтажа, это является технической ошибкой.

По сути, на бойлерах-накопителях всегда нужно ставить расширительный сосуд вместе с обратным клапаном.

Список других ошибок при монтаже:

• электрический кабель уложен на острых металлических краях или на поверхностях с высокой температурой;
• порядок подключения магистральных линий не соответствует порядку, указанному на схеме;
• нарушен уровень установки водяного нагревателя относительно горизонтали и вертикали;
• отсутствует контур заземления водонагревающего аппарата;
• параметры электрической сети, куда подключено оборудование, не соответствуют паспортным требованиям;
• монтаж выполняется в помещении, где отсутствует система водоснабжения и водоотведения.

Любая, пусть даже несущественная ошибка установки водонагревательного оборудования может сыграть роковую роль после начала эксплуатации устройства.

Предлагаем ознакомиться с подробными инструкциями по монтажу накопительного и проточного водонагревателя:

1. Установка накопительного водонагревателя своими руками: пошаговое руководство + тех.нормы
2. Установка проточного водонагревателя своими руками: пошаговый инструктаж

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.

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.

Бойлер косвенного нагрева

Этот тип водонагревателей отличается тем, что разогрев воды происходит не напрямую от нагревательного элемента, а от промежуточного теплоносителя. Например, от воды или антифриза из системы отопления. Собственно, поэтому нагрев и называется косвенным. Напрямую воду из системы отопления брать не рекомендуется из-за специфического состава, и косвенный нагрев призван решить эту проблему.

Принцип работы заключается в следующем: в систему отопления или в отопительный котел встраивается трубчатый змеевик (теплообменник), по мере прохождения через который и производится нагрев воды. Скорость нагрева напрямую зависит от площади теплообменника. В холодное время года такое устройство немало сэкономит на горячей воде. Но, когда система отопления отключена (например, летом), горячей воды в кране также не будет.

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.

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.

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

Выбор оптимального устройства

Приступая к выбору нагревателя для своего дома необходимо, прежде всего, отталкиваться от понимания объёма воды, который предстоит нагревать. Будет ли бойлер стоять рядом с раковиной для мытья посуды, душевой кабиной, а может быть речь идёт о ванной комнате или системе отопления? Чем больше объём, тем больше должен быть резервуар нагревателя

Ведь для большой семьи крайне важно, чтобы по утрам воды хватало на всех. Горячая вода — это тот элемент комфорта, к которому мы привыкли, а нехватка его остро ощущается

Поэтому не стоит экономить на этом вопросе, ведь не очень уютно ждать в своём особняке, пока нагреется вода в бойлере.

Стоит и заранее определиться с производителем, ведь у каждой компании есть особенности в конструкции.

1. Так, устройство водонагревателя Аристон представляет собой конструкцию с открытым элементом для нагрева воды. К слабым сторонам ее можно отнести высокие требования к качеству воды, а несомненным преимуществом является быстрый нагрев большого объёма.
2. А устройство водонагревателя фирмы Термекс отличает, в первую очередь, больший размер нагревающего элемента при потреблении той же мощности, сокращая время нагрева необходимого объёма.

Кроме того, лучше всего заранее выделить место для нагревателя в процессе проектирования интерьеров помещений. Отличным решением будет убрать громоздкий бак за перегородку, которая в дальнейшем получит декоративную отделку. Но наглухо зашивать устройство не стоит, возможно, в дальнейшем к нему потребуется доступ. Идеальным решением станет построение отдельного небольшого помещения с системой фильтрации и нагрева воды в доме.

Устройство электрического бойлера

Схема подключения бойлера.

На сегодняшний день дизайнерские решения водонагревателя могут быть самыми разнообразными. Есть вертикальные, горизонтальные, круглые, плоские модели, но любой бойлер работает по типу термоса. Внутренний бак, в котором находится вода, и корпус водонагревателя отделяет слой теплоизоляционного материала, это позволяет эффективно сохранять воду в горячем состоянии.

Основные части накопительного бойлера:

• нагревательный элемент;
• термостат – прибор, который позволяет в автоматическом режиме поддерживать заданную температуру воды, он периодически включает и отключает ТЭН;
• магниевый анод предназначен для защиты внутреннего бака с водой от коррозии;
• предохранительный и обратный клапаны, обычно они идут в одном корпусе, предохраняют конструкцию от избыточного давления и ТЭН от перегорания при отсутствии воды.

Удаляем накипь

После того, как Вы опустошите бак, необходимо будет выполнить разборку бойлера своими руками. Для этого аккуратно отсоедините все фастоны, подключенные к термостату и открутите болты, которых, как правило, 6 штук.

Во время извлечения ТЭНа выльется еще немного воды, которая осталась в резервуаре. Сам нагревательный элемент рекомендуется сразу же почистить, пока он мокрый и отложения накипи не отвердели. Для чистки рекомендуем использовать специальные средства, которые можно разбрызгать на нагреватель. Через некоторое время отложения без усилий счищаются деревянной лопаткой либо даже тупым ножом. Также для ремонта можно прокипятить ТЭН в ведре с добавлением специальной кислоты в воду, что эффективно позволит решить проблему. Чтобы уже наверняка избавиться от накипи, советуем мелкозернистой наждачной бумагой («шкуркой») зачистить трубки до металлического цвета.

После этого нужно собрать бойлер в обратном порядке и проверить, получилось ли отремонтировать слабый нагрев воды. Не забывайте, что первым делом Вы должны залить бак полностью водой, после чего уже подключить вилку к электросети и выполнить запуск.

Обращаем Ваше внимание на то, что бывает ситуация, когда бойлер не греет воду, потому что нагреватель пробит. В этом случае самостоятельный ремонт заключается в том, что его нужно прозвонить мультиметром, установив режим измерения сопротивления

Об это мы как раз и расскажем ниже!

Особенности различных конструкций

Прежде чем приступать к ремонту водонагревателя своими руками, нужно разобраться, к какому типу относится устройство. Существует несколько разновидностей:

• электрические бойлеры;
• проточные;
• системы косвенного нагрева;
• газовые колонки.

Электрические нагреватели

Этот тип бойлеров считается наиболее популярным. Конструкция состоит из бака, теплоизоляционного слоя (зачастую используется пенополиуретан), а также верхнего кожуха.

Нагревательный элемент располагается внизу устройства. Вода греется до определенной температуры, которая заранее устанавливается на термостате, максимальное значение составляет +75°С.

Если забора воды не происходит, прибор поддерживает температурные показатели, включая и отключая ТЭН. Он оборудован защитой от перегрева, поэтому при достижении максимальных показателей устройство отключается.

Оптимальное значение температуры составляет +55°С, именно в таком эксплуатационном режиме конструкция прослужит дольше и сэкономит электричество.

Данный прибор наиболее распространен

Забор горячей воды осуществляется через трубку, которая располагается вверху прибора. Входное отверстие для холодной жидкости находится снизу устройства. Металлический бак защищает от коррозии специальный магниевый анод, имеющий определенный рабочий ресурс. Замену элемента необходимо производить один-два раза в год в зависимости от жесткости воды.

Системы косвенного нагрева

Такие изделия самостоятельно не вырабатывают тепловую энергию, нагрев воды осуществляется с помощью змеевика, в котором расположен теплоноситель.

Процесс занимает много времени, эту особенность нужно учесть при выборе подходящего устройства. Как и электрические аналоги, косвенные оборудованы магниевым анодом. Конструкции бывают настенные или напольные, кроме этого, их можно подсоединить к двухконтурному газовому котлу. Более дорогие модели оснащены дополнительными электрическими нагревательными элементами, которые по мере надобности уменьшают время нагрева.

Газовые и проточные конструкции

Приборы, работающие на газе, бывают только настенными. Внутри конструкции присутствует теплоизоляционный слой. Сверху располагается дымоходный патрубок, а снизу — газовая горелка. Последняя является источником нагрева, кроме того, ей помогает теплооборот продуктов горения. Автоматическая электронная система осуществляет контроль и по мере надобности тушит газ. Колонка оборудована защитным анодом.

Газовые водонагреватели выдают большое количество горячей воды за короткий промежуток времени.

Электрические системы осуществляют нагрев с помощью ТЭНов увеличенной производительности. Несмотря на малые габариты, изделия высокомощные, поэтому их область использования ограничена. Горячая вода поступает регулярно без перерыва на нагрев.

Газовые водонагреватели имеют больший КПД