Емкостные водоподогреватели

Основным элементом системы с емкостным водоподогревателем является бак-аккумулятор, в котором находится вода с подогревающим ее источником теплоты. Чаще всего в качестве источника теплоты выступает нагревающая спираль, расположенная в баке. Емкостные водоподогреватели применяют при низкой эффективности источника теплоты с целью подогрева горячей воды до соответствующей температуры, покрывая при этом пиковую секундную потребность в расходе. При низкой тепловой мощности водоподогревателя продолжительность подогрева воды в баке больше, чем продолжительность ее потребления и расхода для необходимых потребителю целей. В емкостных водоподогревателях используют такое явление, как термическая стратификация, имеющая место при поступлении холодной воды в нижнюю часть бака с горячей водой. Холодная вода собирается в нижней части бака, вытесняя горячую воду в его верхнюю часть, откуда происходит разбор горячей воды. Выравнивание температуры воды, находящейся в верхней и нижней части бака, происходит только по истечении определенного периода времени. Потребитель, расходуя горячую воду, наполняет бак холодной водой и, таким образом, может теоретически израсходовать всю накопленную в баке горячую воду. Подогрев холодной воды осуществляется от нагревательного элемента, расположенного в нижней части водоподогревателя.

Считается, что наиболее комфортным и одновременно наиболее дорогостоящим решением для жильцов является подготовка горячей воды в емкостных или проточных водоподогревателях с баком-аккумулятором. В квартирах чаще всего устанавливают баки емкостью 80,120,160 и 200 дм3.

Подогрев воды в баке зачастую осуществляют при помощи:

- установленного в подогревателе теплообменника типа «вода-вода» (нагревающая спираль в емкостном водоподогревателе, подключенном к системе центрального отопления);

- теплообменника типа «продукты сгорания-вода» (дымоход, обеспечивающий турбулизацию продуктов сгорания в газовых емкостных водоподогревателях);

- электрической спирали в электрических водоподогревателях (электрических бойлерах).

Преимуществом емкостных водоподогревателей (с баком-аккумулятором) является большое количество накопленной горячей воды для немедленного и одновременного использования несколькими водоразборными точками, стабильность температуры потребляемой воды при нестабильном характере ее потребления, возможность подключения циркуляционного трубопровода квартирной системы ГВС, а значит мгновенный расход воды из водоразборной арматуры, не дожидаясь сброса холодной воды из трубопровода.

Применение вышеописанного технического решения наиболее целесообразно, если точка разбора горячей воды находится на значительном расстоянии от источника теплоты (более 6 м), если существует большая вероятность одновременного водоразбора в нескольких точках (например, в нескольких ванных комнатах), а также при наличии соответствующего места для установки.

Среди недостатков емкостного водоподогревателя выделяют дополнительное потребление тепловой энергии, связанное с теплопотерями через его наружную поверхность в окружающую среду, а при циркуляции воды - с теплопотерями трубопроводов, и потребление электроэнергии циркуляционным насосом. К недостаткам также можно отнести размеры водоподогревателя, который занимает определенный объем квартирного пространства.

Емкостный водоподогреватель, запитанный от нагревающего элемента из системы центрального отопления, применяют, если мощность узла подогрева не может обеспечить подогрев необходимого в данный момент времени количества горячей воды до соответствующей температуры, а, значит, увеличение нагревательной мощности системы является экономически необоснованным. Первоначально такие системы применяли исключительно с технической точки зрения. Основным элементом такого водоподогревателя является бак, в котором накапливается горячая вода, а неотъемлемой частью подогревателя является система подогрева воды. В качестве такой системы может выступать, например, спираль и теплоноситель (вода). Чаще всего такой водоподогреватель работает в закрытой системе. В данном случае требуется обеспечить безопасность работы водоподогревателя, установив обратный клапан и сбросной клапан, который гарантирует, что рабочее давление в баке не будет превышено более чем на 10 %. Для устранения потерь от слива воды через сбросной клапан, на трубопроводе между водоподогревателем и баком устанавливают выравнивающую емкость из нержавеющей стали, прошедшую сертификацию в Государственном санитарно-гигиеническом институте.

Емкостные водоподогреватели оборудованы узлом регулирования температуры горячей воды. В таких водоподогревателях используют явление температурной стратификации (расслоения по вертикали) воды. С учетом данного явления водоподогреватель принято размещать в вертикальном положении. Схема подключения емкостного водоподогревателя к системе центрального отопления и ГВС представлена на рис. 10.3.

Электрические емкостные водоподогреватели сконструированы аналогично водоподогревателям с нагревающим элементом, но вместо спирали они оборудованы электрическим нагревающим элементом. Принято выделять водоподогреватели открытого типа (низкого давления) и закрытого типа (высокого давления).

Емкостные водоподогреватели открытого типа производят различных размеров. Вода в них подогревается непосредственно с помощью электрических нагревателей. Чаще всего такой водоподогреватель используют при подготовке воды для одной водоразборной точки. Размер водоподогревателя зависит от количества расходуемой воды при одном водораз- боре. Водоподогреватель открытого типа размещают непосредственно в месте водоразбора, например, в кухне или ванной. Небольшие водоподогреватели чаще всего устанавливают непосредственно над или под санитарными приборами. Водоподогреватель больших размеров монтируют несколько выше или ниже прибора. В водоподогревателе открытого типа подогреваемая вода всегда находится в прямом контакте с окружающей средой (атмосферой), даже при закрытой водоразборной арматуре горячей воды. Отсутствует также воздействие давления системы водоснабжения на бак. Подключенный смеситель сконструирован таким образом, что открытие крана горячей воды приводит к расходу горячей воды и к подаче холодной воды в водоподогреватель. Во время подогрева происходит увеличение объема воды, а образовавшийся ее избыток поступает через перелив водоразборного смесителя обратно в прибор. Схема работы водоразборного смесителя и водоподогревателя открытого типа представлена на рис. 10.4.

Смеситель

Если планируется увеличенный расход горячей воды, например, в ванной или душевой, то рекомендуется применять водоподогреватель большего объема: 80 или 100 дм3. Если подогрев горячей воды может осуществляться в ночное время суток, а жилое помещение оборудовано многотарифным счетчиком, то подогрев воды можно проводить только в ночное время (по более низкой стоимости). Вода, находящаяся в баке открытого типа, подогревается при помощи плунжерных нагревателей в сочетании с одной или несколькими спиральными нагревателями. В данном случае внутреннюю емкость бака изготавливают из меди, эмалированной стали или из полимерного материала (особенно в водонагревателях небольшого объема). Водо- подогреватели оснащают узлом регулирования температуры нагрева воды. Схема накопительного водоподогревателя небольшого объема представлена на рис, 10.5.

Чаще всего регулирование температуры осуществляется при помощи термостата с капиллярной трубкой, управляющей работой механического выключателя, который открывает или закрывает электрическую цепь в зависимости от установленной температуры. Диапазон регулирования температуры составляет от 10 до 80 °С.

Водоподогреватель оснащен ограничителем температуры, который при повреждении регулятора температуры автоматически произведет отключение нагревающих спиралей. В качестве такого ограничителя может быть использован плавкий предохранитель (сухое предохранение). Поскольку при данном типе водоподогревателя могут наблюдаться продолжительные перерывы в водоразборе, необходимо соответствующим образом теплоизолировать бак-аккумулятор, ограничивая, таким образом, теплопотери горячей воды. При охлаждении воды система регулирования обеспечит ее подогрев до соответствующей температуры. Во избежание замерзания воды в баке, размещенном в неотапливаемом помещении, не рекомендуется отключать водоподогреватель от сети электропитания, а лучше всего вообще не устанавливать такие водоподогреватели в помещениях такого типа.

К емкостным водоподогревателям открытого типа можно отнести автоматы по подготовке кипяченой воды (кипятильники), которые применяют на предприятиях, в офисах и столовых для подготовки кипятка для горячих напитков. Такие автоматы могут быть подсоединены к большим установкам по приготовлению чая или кофе. В зависимости от потребности, данные автоматы производят емкостью 8, 10, 20,30 и 60 дм3 и мощностью от 2 до 9 кВт. Аппараты оборудованы наружным индикатором уровня воды. Чаще всего они имеют стеклянный или пластиковый бак с нанесенной шкалой. Кипятильники также оснащены вращающимся смесительным краном; вода подогревается до температуры кипения. Такие аппараты применяют для приготовления кофе или чая. На рис, 10.6 представлена схема кипятильника емкостью 5 дм3.

Электрические емкостные водоподогреватели закрытого типа (напорные)

Напорные водоподогреватели - это приборы, которые работают под давлением воды в водопроводе и, как правило, обеспечивают водой несколько водоразборных точек в квартирах (кухне и ванной), кухнях гастрономических предприятий, прачечных, душевых на промышленных предприятиях, в небольших организациях, например, в парикмахерских, булочных, скотобойнях и т. д. Такие водоподогреватели имеют емкость 300 дм3 и более и обеспечивают постоянную температуру воды 60 °С. Их установку необходимо проводить согласно действующей норме безопасности (PN - 76/В - 02440).

Для снижения затрат на подготовку горячей воды часто прибегают к подогреву посредством электроэнергии в непиковые часы потребления электроэнергии (т. е. по ночному тарифу), при этом электрическая система должна быть оборудована многотарифным счетчиком электроэнергии и часовым механизмом, управляющим включением нагревателя. В такой ситуации накопленное количество воды соответствует объему бака. Для обеспечения бесперебойной подачи горячей воды, применяют водоподогреватели с двумя спиралями, одна из которых работает от электроэнергии в ночное время, а другая - днем. В данной конструкции происходит рост затрат на приготовление горячей воды.

Температура горячей воды, потребляемой из водоподогревателя, не должна превышать 60 °С.

Для семьи из четырех человек достаточным будет количество воды, накопленное в водоподогревателе объемом 300 дм3. В крупных системах применяют электрические водоподогреватели с баком горячей воды емкостью около 1000 дм3 [8]. Такие баки изготавливают из нержавеющей или эмалированной стали, а также из меди. В качестве нагревающего элемента используют спирали. КПД водоподогревателя составляет около 98 %, а КПД эксплуатации системы - 70...75 %. В случае потребности в большом количестве горячей воды водоподогреватели закрытого типа соединяют последовательно, что представлено на рис. 10.7.

Газовые емкостные водоподогреватели

Газовый емкостный водоподогреватель - это прибор непосредственного подогрева воды, оборудованный собственной газовой горелкой. Такой водоподогреватель оснащен баком, обеспечивающим водоразбор в нескольких точках. Объем газового нагревателя колеблется от нескольких десятков до нескольких сотен литров. Водоподогреватели оборудованы датчиком, который обеспечивает постоянную заданную температуру накопленной воды в диапазоне от 40 до 75 °С. Такие водоподогреватели могут быть оснащены баком открытого или закрытого типа. Газовый водоподогреватель может работать в системе с циркуляцией воды. КПД таких водоподогревателей выше, чем проточных. Чаще всего включение такого водоподогревателя происходит от электронного розжига.

Газовая часть водоподогревателя имеет три вида защиты:

- защита от утечки газа: гарантирует отсутствие утечки газа из прибора, если погаснет пламя в горелке. В устройствах с автоматическим воспламенением роль такого предохранителя выполняет ионизационный электрод. При наличии пламени образуется электрический ток, проходящий через катушку электромагнитного клапана в газовой подводке. Отсутствие тока (пламени) приводит к перекрытию подачи газа через электромагнитный клапан-ограничитель температуры, датчик температуры, отключающий подачу газа к горелке, если температура воды достигает установленного или максимально допустимого значения. Данный вид защиты предохраняет теплообменник от перегрева или прогорания, например, в случае отсутствия в нем воды;

- датчик тяги, применяемый в атмосферных водоподогревателях, предохраняет от попадания продуктов сгорания в помещение при неисправности дымохода или возникновении проблем с выводом продуктов сгорания в дымоход. В основе работы данного датчика лежит измерение температуры в прерывателе тяги. Если разогретые продукты сгорания попадают в помещение через прерыватель тяги, то происходит нагрев датчика температуры, что, в свою очередь, приводит к выключению горелки.

Приборы для подогрева горячей воды с дополнительным электропитанием

К таким приборам относят водоподогреватели, в которых электроэнергия используется в качестве дополнительного источника теплоты для подогрева горячей воды, например, в топливных водоподогревателях с дополнительным электронагревателем. К таким приборам относят также водоподогреватели, работающие на солнечной энергии или от системы центрального отопления в зимний период времени, и оборудованные электрическими нагревателями на случай необходимости.

Шафлик В./Современные системы горячего водоснабжения. - К.: ДП ИПЦ «Taici справи», 2010.