Устройство и принцип действия накопительного водонагревателя

Устройство накопительного водонагревателя позволило ему стать одним из самых популярных способов получения горячей воды в быту.

Водонагреватели разделяют на два типа: газовые и электрические.

Монтаж накопительного водонагревателя обычно не требует внесения больших изменений в сеть водоснабжения, прокладки отдельных линий электроснабжения и получения разрешения на установку. Достаточно выбрать подходящий вам по параметрам прибор, установить его на стену или пол и подключить к внутридомовым сетям.

Конструктивные элементы

Структура бойлера.

Любой накопительный водонагреватель, или, как его еще называют, бойлер, состоит из следующих основных элементов:

• теплоизолированный бак;
• нагревательный элемент;
• терморегулятор;
• корпус электрооборудования с панелью управления;
• индикаторы режимов работы и термометр;
• трубка забора горячей воды;
• магниевый электрод;
• рассекатель для холодной воды;
• резьбовые выводы для подключения к сети холодного водоснабжения и сантехническим приборам;
• запорная и предохранительная арматура;
• сеть электропитания;
• переключатели;
• крепежные лапы или опорные элементы.

Принцип действия

Принцип действия бойлера довольно прост. Холодная вода подается в теплоизолированную емкость водонагревателя снизу. Ее поток направляется с помощью рассекателя так, чтобы он омывал нагревательный элемент и не смешивался с вышележащими слоями нагретой воды.

В результате распределения потоков и конвекции горячая вода собирается в верхней части емкости бойлера цилиндрической или — для компактных моделей — слегка приплюснутой формы.

Схема установки бойлера.

Туда же выведена трубка забора горячей воды. Когда кран на сантехническом приборе открывается, образуется разность давлений, и горячая вода вытесняется из емкости в заборную трубку вновь поступающей холодной водой.

Когда кран на сантехническом приборе закрыт, вода в емкости водонагревателя не обновляется. При этом осуществляется ее постепенный нагрев до заданной температуры. Температуру нагрева задает пользователь рукояткой терморегулятора. Этот прибор с помощью специального датчика измеряет температуру воды в режиме реального времени. Он подает электропитание на нагревательный элемент, пока необходимая температура не достигнута, и снимает его по достижении заданного значения.

Чтобы вода из емкости не могла вытечь обратно в систему при отсутствии подачи в бойлер холодной воды, на входе в водонагреватель устанавливается обратный клапан. Он пропускает воду только в одном направлении — в емкость электроводонагревателя.

Обеспечение безопасной эксплуатации

Схема подключения бойлера.

Трубка забора горячей воды немного не доходит до верхней части емкости. Это нужно для создания демпфирующей воздушной подушки. Вода в жидком состоянии не сжимается, и при нагревании она имеет свойство расширяться. Если бы она заполняла весь объем бойлера, то в процессе расширения неминуемо разрушила бы его. Воздушная подушка в верхней части емкости, сжимаясь, компенсирует расширение воды, и давление внутри емкости остается в допустимых пределах.

Для предотвращения разрушения бойлера избыточным давлением нагретой воды в его конструкции имеется еще одно защитное устройство. Между обратным клапаном и емкостью устанавливается предохранительный клапан. При превышении допустимого давления он приоткрывается и сбрасывает избыток воды в атмосферу до нормализации давления. Порог срабатывания этого клапана задается жесткостью предварительно сжатой пружины и обычно составляет от 5,5 до 7,5 бар. Емкости бойлеров хорошего качества рассчитывают на работу при давлении до 9 бар. В результате предохранительный клапан обеспечивает безопасную эксплуатацию водонагревателя.

Сбросной выход предохранительного клапана большинство пользователей с помощью шланга подходящего диаметра подключают к системе канализации. Иначе вода с него будет капать на пол.

Для каждого накопительного водонагревателя производителем устанавливается допустимое давление входящей холодной воды. Оно обычно не должно превышать 2,5-3,5 бар. Если ваша сеть эксплуатируется с большим давлением, положено на входе в водонагреватель устанавливать автоматический регулятор давления. Если этого не сделать, предохранительный клапан большую часть времени будет открыт, и вы получите значительную утечку воды.

Помимо защиты от избыточного давления производители электроводонагревателей заботятся об электробезопасности своих приборов. Любой бойлер рассчитан на эксплуатацию в электросети с заземляющим проводом. Защита от перепадов напряжения и короткого замыкания обеспечивается с помощью подключения водонагревателя через автоматический выключатель. Защиту от токов утечки обеспечивает включение в схему устройства защитного отключения (УЗО).

Защита от коррозии

Схема бойлера косвенного нагрева.

Емкости водонагревателей изготавливают из тонкостенного стального листа. При этом они должны быть достаточно прочными и выдерживать значительное избыточное давление нагретой воды. Для нового бака это не является проблемой. Для емкостей водонагревателей характерна работа в условиях гальванической и электролитической коррозии. В результате со временем прочность стенок бака и сварных швов снижается, что может привести к разрушению емкости.

Производители пытаются продлить срок службы баков путем нанесения на внутреннюю поверхность стенок емкости защитных покрытий, это могут быть цинксодержащие покрытия, различные эмали, кроме того, бак может быть изготовлен из нержавеющей стали. Но даже в последнем случае тяжело обеспечить сохранение антикоррозийных свойств для сварных швов, ведь при сварочных работах часть легирующих добавок теряются, и швы все равно ржавеют. Применение специальных методов сварки сильно удорожает изделие, поэтому чаще производители обходятся без них.

Дополнительной защитой от коррозии является введение в конструкцию водонагревателя магниевого электрода. Электродный потенциал магния больше аналогичного показателя железа и меди. В результате жертвенный магниевый электрод постепенно растворяется, а стальные элементы и элементы из сплавов меди восстанавливаются. Магниевый электрод является сменной деталью.

Защита от накипи

Нагревательные элементы водонагревателей, которые, как правило, выполняются в виде трубчатых электронагревателей, контактируют с жесткой водопроводной водой. В зоне контакта воды с нагревательными элементами достигаются высокие температуры. При таких условиях из воды выпадают в виде накипи соли жесткости. Они ухудшают теплопередачу от нагревательных элементов к воде. В результате ТЭНы перегреваются и разрушаются.

Для защиты от этого явления в современных бойлерах ТЭНы помещают в защитные колбы, их называют сухими. Для уменьшения образования накипи не рекомендуется выставлять температуру нагрева воды выше 55°С. Это граничное значение, после которого выпадение накипи значительно интенсифицируется. Это также снижает вероятность ожогов.

Теплоизоляция емкости

Качественная теплоизоляция позволяет воде внутри емкости бойлера охлаждаться всего на несколько градусов в сутки. В качестве теплоизоляционных материалов сейчас применяют стекловолокно, пенополистирол, пенополиуретан.

Дополнительные устройства

Чтобы пользователь мог оценить текущую температуру воды в бойлере, эти изделия снабжаются термометрами с электронными или стрелочными указателями.

Текущие режимы работы отображаются светодиодными индикаторами. Для рационального использования электрической энергии некоторые модели снабжаются двумя ТЭНами, которые могут включаться отдельно.

Водонагреватель подключается к сети водоснабжения через запорную арматуру. Это позволяет отсоединить нагреватель от сети для обслуживания, ремонта или замены. Некоторые модели имеют третий вывод для комфортного опустошения. В противном случае это делают с помощью ручного привода на предохранительном кране.