Базовые знания о водонагревателях

Все водонагреватели можно разделить на следующие основные группы:

1. настенные кипятильники;
2. накопительные водонагреватели;
3. проточные нагреватели.

Настенные кипятильники

По своей конструкции кипятильник представляет собой прибор открытого типа. Он предназначен для использования на кухне, для снабжения одного выходного крана. Наполнение, забор холодной и горячей воды производится посредством арматуры, входящей в комплектацию прибора. Емкость резервуара 5, 15 и 50 л, имеется возможность частичного его наполнения.
Степень наполнения легко определяется с помощью делений шкалы. Потребляемая мощность около 2 кВт. Регулировка производится посредством термоэлектрического реле, которое обеспечивает плавную регулировку температуры от 35°С до точки кипения. По достижении установленной температуры или установленного положения «Кипение» прибор автоматически отключается.

Накопительные водонагреватели

           
Водонагреватели накопительного типа характеризуются нагревом воды в режиме накопления и умеренной мощностью нагревательных элементов (1,2…6 кВт). К минусам можно отнести их большие размеры.
Накопительные водонагреватели подразделяются на:

1. накопительные водонагреватели открытого типа (безнапорные);
2. накопительные водонагреватели закрытого типа (напорные).

Накопительные водонагреватели открытого типа (безнапорные)

Водонагреватели открытого типа (безнапорные) предназначены для настенного монтажа. Они снабжают только один выходной кран (индивидуальное водоснабжение) и поддерживают установленную температуру горячей воды между 30 °С и 85 °С. Высокой экономичности в значительной степени способствует хорошая теплоизоляция.
Открытые водонагреватели не находятся под давлением линии холодного водоснабжения. Линия выхода горячей воды всегда остается открытой. При закрытом вентиле горячей воды перекрывается линия притока холодной воды. При открытии вентиля горячей воды в бойлер начинает поступать холодная вода, вытесняя готовую горячую воду. При нагревании вследствие расширения воды в целях безопасности происходит слив избытка воды из выходной арматуры.
Использование предохранительной арматуры не требуется, если приборы не подключены под давлением.
Всегда, когда обслуживается несколько выходных кранов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, целесообразно прибегать к децентрализованному горячему водоснабжению. Например, в больших зданиях или домах на несколько семей.
Приводим обзор важнейших преимуществ:

1.         Близость к месту потребления:
Моментальная подача воды там, где она необходима. Нужные приборы устанавливаются в непосредственной близости от того или иного места водозабора. В кухне, ванной, туалете, т.е. везде, где требуется горячая вода.
2.         Отсутствие потерь тепла (преимущество трубопроводов малой длины):
Установка прибора непосредственно в месте потребления горячей воды позволяет делать трубопроводы горячего водоснабжения короткими. Тем самым потери тепла сводятся к минимуму. Это имеет благоприятное значение для окружающей среды и снижает расходы на электроэнергию.
3.         Простота монтажа, быстрая установка:
Принцип приготовления горячей воды с помощью безнапорных водонагревателей поражает малыми затратами. То же самое можно сказать и о случаях, когда необходима замена прибора: простота установки гарантирует экономичное решение.

Нагреватели такого типа бывают как с нижним, так и с верхним подсоединением трубопроводов, для монтажа над и под раковиной.

Примеры подключения водонагревателей открытого типа (установочные размеры)

Накопительные водонагреватели закрытого типа (напорные)

Электрические водонагреватели закрытого типа устанавливаются в одной системе с линией холодного водоснабжения. Резервуар водонагревателя находится под постоянным давлением водопроводной сети. Предохранительные группы обеспечивает невозможность превышения максимально допустимого рабочего давления в водонагревателе. При заборе горячей воды через стандартную водозаборную арматуру для ванной, душевой или кухни происходит протекание воды через водонагреватель. К водонагревателю может подключаться любое количество выходных кранов, однако следует избегать значительной удаленности водонагревателя от выходного крана ввиду возможных потерь тепла в трубопроводах.
Настенные водонагреватели закрытого типа могут обеспечивать снабжение нескольких выходных кранов. Такие приборы выпускаются с баком емкостью от 5 до 200 л. Они всегда имеют запас горячей воды желаемой температуры в диапазоне от 30 °С до 85 °С.
Находящаяся между внутренним резервуаром и внешним кожухом термоизоляция обеспечивает энергоэкономичную работу. Во избежание потерь тепла, водонагреватели должны по возможности монтироваться на стене вблизи наиболее часто используемых выходных кранов.
Поскольку подогрев значительного количества воды занимает определенное время, емкость прибора должна оптимально согласована с максимальным однократным потреблением воды. Внутренние резервуары в зависимости от типа прибора выполнены из стали с внутренним эмалевым покрытием антикоррозийным анодом или выполнены из нержавейки.
При большом расходе горячей воды (сотни литров) применяются напольные водонагреватели емкостью от 200 до 1000 литров. Такие водонагреватели также постоянно имеют запас горячей воды желаемой температуры в диапазоне от 30 °С до 85 °С. Нагрев воды может производиться в течение времени действия льготного тарифа, предоставляемого местными энергоснабжающими предприятиями (обычно в ночное время).
Внутренний резервуар выполнен из стали с эмалевым покрытием. Имеется антикоррозийный анод. Электрические фланцевые нагревательные ТЭНы устанавливаются на производстве. Напольные водонагреватели поставляются либо с теплоизоляцией из изолирующей пены, либо теплоизолирующее покрытие монтируется на месте установки. Задачей термоизоляции является сведение потерь тепла к минимуму.
Место установки прибора должно выбираться таким образом, чтобы выходные краны, где потребление горячей воды происходит часто, снабжались посредством трубопроводов минимальной длины.
Если при определении объема водонагревателя получается пограничное значение, то всегда следует выбирать нагреватель большей емкости.
Электрические накопительные водонагреватели напольного типа с дополнительно встроенным теплообменником особенно хорошо подходят для приготовления горячей воды в комбинации с отопительным котлом. Благодаря применению накопительного водонагревателя можно отказаться от нежелательной в летний период эксплуатации котельной установки.

Основные составляющие накопительных водонагревателей:

Предохранительный клапан - это арматура, служащая для стравливания избытка воды, образующейся в процессе расширения воды при нагреве, и таким образом препятствующая превышению максимального рабочего давления.

Температурный регулятор (термостат) - регулирующий орган, который в зависимости от сигнала термочувствительного элемента автоматически включает или выключает нагрев. При этом возможна, к примеру, плавная регулировка температуры воды от 35 °С до 85 °С.

ТЭН - система нагрева с помощью нагревательных элементов из меди для проточных и накопительных водонагревателей. ТЭН состоит из металлической трубы, в которую концентрично запрессована нагревательная спираль, при этом в качестве изоляции служит окись магния.  Тэновые нагревательные элементы не боятся воздушных пробок и отличаются надежностью и длительным сроком службы.

Антикоррозийный анод (магниевый анод) - защита от коррозии в накопительных водонагревателях, имеющих специальное эмалевое покрытие. Антикоррозийный анод соединен в внутренним резервуаром с сохранением токопроводящей способности. От анода в соответствии с электрохимическим рядом напряжений устремляется ток к местам возможных дефектов в эмалевом покрытии. Этот поток электронов, отделившихся от антикоррозийного анода, препятствует образованию коррозии в месте повреждения эмали.

Полиуретановая теплоизоляция - специальная теплоизоляция из полиуретановой пены для водонагревателей, которая наносится на поверхность резервуара или в виде двух полусфер устанавливается вокруг резервуара, для того чтобы свести к минимуму теплопотери.

Специальное эмалевое покрытие - антикоррозийная защита из специальной эмали для резервуаров закрытых (напорных) накопительных водонагревателей. Эмаль представляет собой специальное силикатное стекло с особым химическим составом и физическими свойствами. Нанесение эмалевого покрытия производится путем наплавления тонкого слоя на металлическую основу. Оно отличается жесткостью, ударной прочностью, устойчивостью к температурным воздействиям, нейтральным отношением к материалам трубопроводов и является абсолютно безвредным для здоровья.
Экономичный режим (Маркировка Е) - на ручке управления терморегулятором указывает на возможность выбора экономичного энергосберегающего режима. Установка регулятора определяет температуру для такого режима ~ 60 °С.

            Пример размещения накопительного нагревателя (установочные размеры)

Электрохимическая коррозия в накопительных водонагревателях

Причиной возникновения процессов коррозии обычно являются электрохимические реакции. Движущей силой при этом выступает разность потенциалов между коррозирующим металлом (анодом) и противоположным электродом (катодом). На обоих электродах происходит обмен катионами и анионами при участии электронов, при этом собственно процесс коррозии вызывает освобождение электронов на менее качественном электроде. Ток между анодом и катодом в электролите (коррозирующая среда) вызывается переносом ионов и является величиной для определения скорости процесса коррозии. Электрохимический ряд напряжений позволяет произвести лишь грубую оценку коррозионных характеристик металлов, поскольку отдельные потенциалы анода и катода в решающей мере зависят от физико-химических краевых условий состава коррозирующей среды и продуктов коррозии.
Стальные резервуары с внутренним эмалевым покрытием имеют достаточную антикоррозийную защиту. Нанесенный на внутреннюю поверхность бака защитный слой эмали общей толщиной 0,4 мм обладает высокой износоустойчивостью.
Эмаль представляет собой стекловидную массу с особым химическим составом и физическими свойствами. Эмаль является идеальным защитным средством для металлических поверхностей. В результате нанесения эмалевого покрытия образуется композиционный материал из металла и стекла, который самым оптимальным образом соединяет в себе положительные свойства обоих материалов. Этот композиционный материал является прочным, износостойким, устойчивым к коррозии, погодным условиям, высоким температурам, а также воздействию химических веществ, не является легко воспламеняемым, обладает высокой светоустойчивостью, безупречен с гигиенической точки зрения, абсолютно не токсичен.
Несмотря на высокую тщательность при нанесении эмалевого покрытия на поверхность, могут возникать небольшие неровности, которые сначала незаметны. В целях длительной защиты последних от коррозии в качестве антикоррозийной защиты устанавливается так называемый антикоррозийный анод.  Антикоррозийный анод соединен со стальным внутренним резервуаром с сохранением электропроводности. От анода в соответствии с электрохимическим рядом напряжений к местам возможных дефектов эмалевой поверхности устремляется ток. Анодный ток, возникающий вследствие растворения антикоррозийного анода, препятствует образованию коррозии в месте повреждения эмали. Для того чтобы анодный ток не отвлекался на такие встроенные в резервуар элементы, как нагревательный элемент или теплообменник, они выполняются с изоляцией.
Антикоррозийный анод состоит из магния и, как правило, имеет срок службы примерно 7 лет. Однако первая проверка антикоррозийного анода накопительного водонагревателя должна производиться через два года. Этот необходимо, т.к. в зависимости от качества воды могут сложиться условия, сокращающие срок службы анода. После первого осмотра и произведенной оценки состояния могут быть сделаны более точные выводы о дальнейших интервалах между контрольными проверками.

Время нагрева в зависимости от емкости водонагревателя и мощности ТЭНа

Проточные водонагреватели

Проточные водонагреватели характеризуются нагревом воды в процессе протекания и высокой мощностью нагревательных элементов (6…27 кВт). К основному плюсу можно отнести их компактность.
Проточные водонагреватели подразделяются на:

1. проточные водонагреватели открытого типа (безнапорные);
2. проточные водонагреватели закрытого типа (напорные).

Проточные водонагреватели закрытого типа (напорные)

Проточные водонагреватели закрытого типа являются закрытыми приборами с устойчивым к давлению внутренним резервуаром для централизованного водоснабжения. К ним может быть подключено любое количество выходных кранов. При этом количество производимой горячей воды определяется теплопроизводительностью (мощностью нагрева) проточного водонагревателя. Эти приборы имеют компактную конструкцию и высокую нагревательную способность, так что нагрев воды производится во время ее протекания через нагреватель. При этом температура воды на выходе из нагревателя обусловлена тремя факторами:

1. Расходом (л/мин);
2. Температурой подводимой холодной воды (°С);
3. Теплопроизводительностью (мощностью) прибора (кВт).

Существует два конструктивных принципа:

1. Проточные водонагреватели с электронным управлением;
2. Проточные водонагреватели с гидравлическим управлением.

У проточных водонагревателей гидравлическим управлением имеются две различные системы нагрева:

1. Система, основанная на трубчатых нагревательных элементах ТЭНов.
2. Система, основанная на нагревательных элементов с неизолированной спиралью.

Водонагреватели с неизолированной спиралью, в которой токопроводящие нагревательные элементы находятся непосредственно в нагреваемой воде. При этом нагревательная спираль из неизолированной проволоки находится в изолированном блоке, который заключен в устойчивый к давлению медный резервуар.
В изолированном блоке нагревательная спираль заключена в участки трубопровода, кроме того, в целях обеспечения сопротивления изоляции, имеются участки предварительного и дополнительного включения. Участки трубопровода перед и за нагревательной спиралью имеют, таким образом, такую же задачу, как и окись магния в обычных трубчатых нагревательных приборах, который выполняет роль изоляции. Сопротивление изоляции зависит от характеристик протекающей воды.
Приборы с нагревательным элементом из неизолированной проволоки специально разработаны для применения в регионах, где вода содержит большое количество извести (жесткая вода). Ввиду малого объема воды в колбе и малого веса нагревательной системы после выключения прибора почти не происходит остаточного тепловыделения - важная предпосылка для уменьшения образования накипи.

Проточные водонагреватели открытого типа (безнапорные)

Безнапорные нагреватели предназначены для снабжения одной точки водоразбора (кран, душ). Открытые проточные водонагреватели не находятся под давлением линии холодного водоснабжения. Линия выхода горячей воды всегда остается открытой. При закрытом вентиле горячей воды перекрывается линия притока холодной воды. При открытии вентиля в нагреватель поступает вода из системы и нагревается в непрерывном режиме за счет мощности ТЭНов. Такие нагреватели как правило снабжены либо душевой насадкой либо краном и имеют мощность от 3 до 8 кВт. Все регулировочные механизмы встроены в корпус водонагревателя.
Внимание! Перекрывать воду на выходе из нагревателя категорически запрещено.