Бесконтактный водонагреватель

Внутренняя часть двухступенчатого безрезервуарного нагревателя с гидравлическим приводом, обогреваемого однофазной электрической энергией. Медный бак содержит нагревательные элементы максимальной мощностью 7,2 кВт .

Бесконтактные водонагреватели, также называемые проточными , проточными , встроенными , мгновенными , по требованию или мгновенными водонагревателями, представляют собой водонагреватели, которые мгновенно нагревают воду по мере ее прохождения через устройство и не удерживают воду внутри, за исключением того, находится в змеевике теплообменника. В этих установках предпочтительны медные теплообменники из-за их высокой теплопроводности и простоты изготовления.

Бесконтактные нагреватели могут быть установлены по всему дому в нескольких точках использования (POU), вдали от центрального водонагревателя или без него, или более крупные централизованные модели целого дома все еще могут использоваться для обеспечения всех потребностей в горячей воде для всего дома. жилой дом. Основными преимуществами безбаквальных водонагревателей являются обильный, практически безграничный непрерывный поток горячей воды (по сравнению с ограниченным потоком непрерывно нагретой горячей воды от обычных водонагревателей с резервуаром ) и потенциальная экономия энергии.при некоторых условиях за счет использования энергии только во время использования и исключения потерь энергии в режиме ожидания, поскольку нет бака для горячей воды. Основным недостатком этих систем является их высокая начальная стоимость (оборудование и установка). Правильное обслуживание необходимо для каждого водонагревателя, чтобы обеспечить его долгий срок службы. Простые проблемы можно решить с помощью методов своими руками, однако отсутствие профессиональных знаний может привести к коротким замыканиям, обрывам проводов и даже к травмам в результате внезапных ожогов. кипятка. ^[1]  

Операция [ править ]

Бесконтактные газовые водонагреватели с электронным розжигом. Газовые водонагреватели имеют выпускное отверстие или одну-две выхлопные трубы наверху, и по-прежнему требуют электроэнергии для электроники, датчиков и зажигания.

Трехфазный, 21 кВт, 400-вольтный водонагреватель без резервуара в Европе, с новой европейской цветовой кодировкой для трехфазного питания. Также существуют обогреватели, в которых вместо этого используются несколько однофазных цепей.

Проточный газовый нагреватель воды с пилотным светом для зажигания

Обогреватель обычно выключен, но оснащен датчиками потока, которые активируют его, когда вода проходит через них. Петля отрицательной обратной связи используется , чтобы принести воду до заданной температуры. Вода циркулирует через медный теплообменник и нагревается за счет газового или электрического нагрева. Поскольку нет ограниченного резервуара горячей воды, который можно было бы исчерпать, водонагреватель обеспечивает непрерывную подачу. Для защиты агрегатов в кислой среде доступны долговечные покрытия или другие виды обработки поверхности. Кислотостойкие покрытия выдерживают температуру до 1000 ° C. ^[2]

Комбинированные котлы [ править ]

Комбинированные или комбинированные котлы (сокращенно комби ) объединяют центральное отопление с ГВС в одном устройстве. При использовании ГВС комбинированный котел прекращает подачу воды в отопительный контур и направляет всю мощность котла на нагрев ГВС. Некоторые комбайны имеют небольшие внутренние резервуары для хранения воды, объединяющие энергию накопленной воды и газовой или масляной горелки для более быстрой подачи горячей воды в краны или для увеличения расхода горячей воды. ^[3]

Комбинированные котлы рассчитываются по расходу ГВС. Номинальная мощность в кВт для бытовых агрегатов обычно составляет от 24 кВт до 54 кВт, что дает приблизительный расход от 9 до 23 литров (от 2,4 до 6,1 галлона США) в минуту. Более крупные единицы используются в коммерческих и институциональных приложениях или для многоквартирных домов. Модели с высокой пропускной способностью могут одновременно снабжать два душа.

Комбинированные котлы занимают меньше места, чем обычные цистерны, и их установка значительно дешевле, так как резервуары для воды и связанные с ними трубы и элементы управления не требуются. Еще одно преимущество состоит в том, что более одного блока можно использовать для снабжения отдельных зон нагрева или нескольких ванных комнат, что дает больший контроль времени и температуры. Например, один «комби» может питать систему отопления на нижнем этаже, а другой - наверху, дублируя защиту от полной потери отопления и ГВС в случае выхода из строя одного блока, при условии, что две системы соединены между собой клапанами (нормально закрытыми).

Комбинированные котлы популярны в Европе, где доля рынка в некоторых странах превышает 70%, а в Великобритании к 2020 году прогнозируется рост до 78%. ^[4] Эта тенденция частично объясняется социальной тенденцией к увеличению их числа, но домохозяйства меньшего размера и постоянно увеличивающаяся тенденция к созданию физически меньшего по размеру жилья и часто с высокой плотностью населения.

Недостатки комбинированных систем включают в себя меньший расход воды по сравнению с накопительным водонагревателем, особенно зимой (когда для смешивания используется больше горячей воды, потому что холодная вода более холодная), а также требование, чтобы общая номинальная мощность соответствовала потребностям пикового нагрева. Потребности в отоплении и ГВС обычно различаются, и, поскольку установщики выберут бойлер для удовлетворения большего спроса (обычно это ГВС в большинстве домов), он будет завышен для меньшего спроса; котел увеличенного размера будет работать менее эффективно из-за таких проблем, как короткая цикличность и повышенная температура возвратной воды, что снижает эффективность. В то время как нагрев воды «по запросу» повышает энергоэффективность, объем воды, доступный в любой момент времени, ограничен, конструкция «комби» должна соответствовать давлению подачи воды.^{[ необходима цитата ]}

(Некоторые конструкции, появившиеся до начала века, особенно Ideal Sprint, в стандартной комплектации включали регулятор потока, который позволял одной и той же модели эффективно функционировать в зонах водоснабжения как с высоким, так и с низким давлением, что позволяло компенсировать часто встречающиеся колебания давления в питающей сети. в других подобных городских условиях, таких как Большой Лондон.)

В то время как комбинированные котлы имеют больше движущихся частей и поэтому широко считаются менее надежными, чем резервуарные системы ^[5], двойная тенденция к замене частей на основе заранее установленного срока службы и сменных цифровых элементов управления для «традиционных» систем в значительной степени подорвала это положение. различие.

Водонагреватели в местах использования (POU) [ править ]

Электрический водонагреватель на месте использования (POU) или электрический душ (Великобритания)

Место использования(POU) водонагреватели без резервуаров располагаются непосредственно там, где используется вода, поэтому вода почти мгновенно нагревается, что снижает потери воды. Бесконтактные водонагреватели POU также могут экономить больше энергии, чем безбакерные водонагреватели, устанавливаемые централизованно, поскольку после отключения подачи горячей воды в длинных подающих трубах не остается. Тем не менее, водонагреватели без резервуара POU часто устанавливаются в сочетании с центральным водонагревателем, поскольку первый тип обычно ограничивается до 6 литров в минуту (1,5 галлона США в минуту), что достаточно только для легкого использования. Во многих ситуациях первоначальные затраты на покупку и установку отдельного нагревателя POU для каждой кухни, прачечной, ванной комнаты и раковины могут перевесить деньги, сэкономленные на счетах за воду и электроэнергию. В США водонагреватели POU до недавнего времени почти всегда были электрическими.^{[ необходима цитата ]} , а электричество часто значительно дороже, чем природный газ или пропан (когда последний вид топлива доступен).

В последние годы безбакковые нагреватели большей мощности стали более доступными, но их осуществимость все еще может быть ограничена способностью инфраструктуры обеспечивать энергию (максимальная сила тока или расход газа) достаточно быстро, чтобы удовлетворить пиковую потребность в горячей воде. В прошлом водонагреватели резервуарного типа использовались для компенсации более низких мощностей по доставке энергии, и они по-прежнему полезны, когда энергетическая инфраструктура может иметь ограниченную мощность, что часто отражается в надбавках за энергию при пиковом спросе.

Теоретически безбаковые водонагреватели всегда могут быть несколько более эффективными, чем водонагреватели с накопительными баками. В обоих типах установки (централизованной и POU) отсутствие бака экономит энергию по сравнению с обычными водонагревателями бакового типа, которым приходится повторно нагревать воду в баке, когда она остывает в ожидании использования (это называется «режим ожидания»). потеря"). В некоторых установках энергия, теряемая баком-обогревателем, расположенным внутри здания, просто помогает обогревать занимаемое пространство. Это верно для электрического агрегата, но для газового агрегата часть этой потерянной энергии уходит через выхлопное отверстие. Однако, если в любое время здание необходимо охладить для поддержания комфортной температуры, тепло, потерянное из резервуара с горячей водой, расположенного в кондиционируемом помещении, должно быть удалено с помощью кондиционера. системы, что требует большей охлаждающей способности и потребления энергии.

В центральном водонагревателе любого типа любая холодная вода, находящаяся в трубах между водонагревателем и местом использования, сливается в канализацию по мере того, как горячая вода выходит из водонагревателя. Этих потерь воды можно избежать, если установить рециркуляционный насос, но за счет энергии, необходимой для работы насоса, плюс энергии для повторного нагрева воды, рециркулирующей по трубам. Некоторые рециркуляционные системы сокращают потери в режиме ожидания, работая только в определенное время - например, выключаются поздно ночью. Это экономит энергию за счет большей сложности системы.

Гибридные водонагреватели [ править ]

Нагреватель гибридной воды является системой нагрева воды , которая объединяет технологические черты от обоего водонагревателей танка типа и безрезервуарного водонагревателей . ^[6]

Гибридный водонагреватель поддерживает давление воды и постоянную подачу горячей воды в нескольких системах горячего водоснабжения, и, как его собратья без резервуаров, гибрид эффективен и может обеспечивать непрерывный поток горячей воды по запросу. ^[7]

Гибридный подход призван устранить общие недостатки других технологий. Например, гибриды активируются либо термостатом (аналогично бакам), либо потоком (аналогично бестарным).

У гибридов есть небольшие резервуары для хранения, которые смягчают поступающую холодную воду. Это означает, что гибриды должны только повышать температуру воды с теплой до горячей, в отличие от безрезервуаров, которые должны повышать полностью холодную воду до горячей. Определяющими характеристиками «гибридного водонагревателя» являются:

• Сочетание расхода воды в баке и эффективности безбаквального водонагревателя.
• Встроенный небольшой резервуар для воды как часть теплообменника (обычно от 2 галлонов США (7,6 л; 1,7 имп. Галлона) до 20 галлонов)
• Двойная активация: измерение расхода и управление термостатом

Гибридные водонагреватели могут работать на газе ( природный газ или пропан ) или работать от электричества с использованием комбинации теплового насоса и обычного электрического нагревательного элемента.

Операция [ править ]

В газовом гибридном водонагревателе используется модулируемая инфракрасная горелка, которая приводится в действие потоком воды или термостатом. Многопроходный теплообменник отводит тепло, а затем рециркулирует его через трубы с перегородками для максимальной эффективности. Вода наполняет резервуар снизу вверх и равномерно распространяется по трубам отопления, производя непрерывную горячую воду с постоянным давлением и температурой.

В ситуациях с низким расходом гибрид ведет себя как нагреватель бакового типа за счет минимального фиксированного расхода топлива и срабатывания термостата. Несмотря на наличие некоторой емкости для хранения, небольшой объем сводит к минимуму расход топлива в режиме ожидания. Гибриды также имеют общие черты с нагревателями резервуарного типа, такие как напольная установка, стандартная вентиляция из ПВХ, дренажный поддон, и они могут быть установлены с рециркуляционным насосом для еще большей эффективности использования воды. ^[7]

В условиях высокого спроса и большого расхода гибридная технология ведет себя больше как безбаковый нагреватель, с высокой теплопроизводительностью и полной модуляцией для подачи непрерывного потока горячей воды для нескольких приложений. Это обеспечивает эффективность использования топлива, аналогичную безбаквальным обогревателям, но с более высокой пропускной способностью.

Эффективность [ править ]

В таблице ниже сравнивается эффективность различных типов безбаквального нагрева воды. ^{[ необходима цитата ]}

Элементы управления [ править ]

Бесконтактные водонагреватели можно разделить на две категории в зависимости от их нагревательной способности: «полностью вкл. / Полностью выключен» и «модулируемый». Блоки с полным включением / выключением не имеют переменного уровня выходной мощности ; устройство либо полностью включено, либо полностью выключено. Это может вызвать раздражающие и, возможно, опасные колебания температуры горячей воды, поскольку поток воды через нагреватель меняется. Модулированные водонагреватели без резервуаров изменяют свою тепловую мощность в зависимости от расхода воды, протекающей через агрегат. Обычно это делается с помощью датчика потока, регулирующего газового клапана, датчика температуры воды на входе и дроссельного клапана датчика температуры воды на выходе. ^{[ требуется разъяснение ]} Правильно настроенный модулирующий нагреватель может обеспечивать одинаковую температуру воды на выходе при различных расходах воды в пределах своей номинальной мощности, обычно поддерживая близкий диапазон ± 2 ° C.

Высокоэффективный конденсационный комбинированный котел обеспечивает как отопление помещений, так и нагрев воды, и становится все более популярным выбором в домах Великобритании. Фактически, комбинированные котлы сейчас составляют более половины всех новых бытовых котлов, установленных в Великобритании. ^[8]

В нынешних условиях Северной Америки наиболее рентабельной конфигурацией с точки зрения эксплуатации часто является установка центрального водонагревателя (резервуарного или безбаквального) для большей части дома и установка безбаквального водонагревателя POU на любых удаленных кранах или ванные комнаты. Однако наиболее экономичный дизайн может варьироваться в зависимости от относительных цен на электроэнергию, газ и воду в данной местности, планировки здания и того, сколько (и когда) используется горячая вода. В течение многих лет широко были доступны только электрические безбаквальные водонагреватели. и они все еще используются для недорогих нагревателей POU, но теперь для рассмотрения стали доступны нагреватели POU на природном газе и пропане.

Преимущества [ править ]

Бесконтактные водонагреватели имеют множество преимуществ: ^[9]

• Долгосрочная экономия энергии: хотя водонагреватель без резервуара обычно стоит дороже на начальном этапе, он обычно дешевле в эксплуатации из-за более низкого энергопотребления - поскольку он нагревает воду только тогда, когда это необходимо, вместо того, чтобы постоянно поддерживать резервуар с нагретой водой. Даже в домах или зданиях с высоким спросом на горячую воду можно добиться некоторой экономии. Если мгновенная горячая вода в кранах в ограниченное время является приоритетом, можно использовать систему рециркуляции с помощью аквастата и таймера, чтобы уменьшить дополнительные потери тепла из системы рециркуляции. Если накопительный бак электрического нагревателя хорошо изолирован, так что внешняя поверхность бака лишь немного теплее, чем окружающий воздух, экономия при использовании безбаквального нагревателя будет меньше.
• Экономия на использовании воды: пользователям в удаленных точках в здании не нужно запускать горячую воду, пока они ждут, пока она попадет в кран.
• Неограниченное количество горячей воды: хотя скорость потока определяет количество горячей воды, которую может произвести водонагреватель, он может подавать ее с этой скоростью неограниченное время. Однако это также может быть экологическим недостатком, так как исчерпание лимитов горячей воды используется, но безбаковый нагреватель такого ограничения не обеспечивает.
• Меньше физического пространства: большинство водонагревателей без резервуаров можно установить на стене или внутри здания. Это означает, что для нагрева воды необходимо отвести меньше физического пространства. Даже системы, которые нельзя монтировать на стене, занимают меньше места, чем водонагреватель резервуарного типа.
• Сниженный риск повреждения водой: отсутствие хранимой воды означает отсутствие риска повреждения водой в результате отказа или разрыва резервуара, хотя выход из строя трубы или фитинга остается возможным.
• Температурная компенсация: клапан температурной компенсации стремится устранить проблему, когда температура и давление от безбаквальных нагревателей снижаются во время непрерывного использования. Большинство безрезервуарных водонагревателей нового поколения стабилизируют давление и температуру воды с помощью перепускного клапана и смесительного клапана, встроенных в агрегат. Современные системы без резервуаров не являются обратно пропорциональными, потому что они регулируют количество воды, которое они нагревают и выпускают, и, следовательно, стабилизируют температуру воды с помощью клапана управления потоком. Водонагреватель должен решить проблему с изменением температуры, а не со скоростью потока. Чем шире повышение температуры, тем меньше поток из устройства - чем меньше повышение температуры, тем больше расход. Клапан управления потоком в сочетании с термисторами поддерживает стабильную температуру на протяжении всего использования устройства.
• Безопасность: водонагреватели без резервуаров точно контролируют температуру воды, что снижает вероятность возникновения опасных уровней температуры и скачков. ^{[ необходима цитата ]} Дополнительное преимущество безопасности проистекает из меньшего воздействия растворенных токсичных металлов, которые имеют тенденцию происходить при более высоких концентрациях в горячей воде, которая находилась в обычном баке водонагревателя в течение значительных периодов времени.

Недостатки [ править ]

С другой стороны, у безбаквальных водонагревателей есть и недостатки: ^[9]

• Затраты на запуск: помимо увеличения начальной закупочной цены в 2-4 раза (по сравнению с водонагревателем с резервуаром), установка системы без резервуара обходится дороже, особенно при модернизации. Они имеют тенденцию быть особенно дорогими в таких регионах, как США, где они не доминируют, по сравнению с установленной конструкцией танков. Если накопительный водонагреватель заменен на безбаковый, установщику, возможно, придется увеличить размер электропроводки или газопровода, чтобы справиться с нагрузкой, и заменить существующую вентиляционную трубу , что может увеличить расходы на модернизацию. Многие безрезервуарные установки имеют полностью регулируемые газовые клапаны, диапазон которых составляет от 10 000 до более 1 000 000 БТЕ ^{[ требуется пояснение ]} . Для большинства электрических установок требуетсяПровод AWG 10 или 8, соответствующий 5,5 или 8,5 мм ² для типичных нагревателей POU (точка использования) при напряжении в Северной Америке. Для более крупных электрических блоков всего дома может потребоваться провод сечением до AWG 2. В газовых приборах для оптимальной работы должны соблюдаться требования как к давлению, так и к объему.
• Задержка запуска: возможно более длительное ожидание горячей воды. Водонагреватель без бака нагревает воду только по требованию, поэтому вода в трубопроводе, находящаяся в нерабочем состоянии, начинается с комнатной температуры. Таким образом, может иметь место более очевидная «задержка потока», когда горячая вода достигает дальнего крана (в системах, не относящихся к месту использования). Многие модели, продаваемые в Великобритании, имеют небольшой накопитель тепла в комбинированном котле для решения этой проблемы. Это устройство для поддержания горячего водоснабжения значительно улучшает качество горячего водоснабжения, которое некоторые люди в противном случае находят неприемлемо плохим при использовании комбинированного котла, но при этом потребляется значительно больше топлива, особенно летом.
• Прерывистое использование:Существует небольшая задержка (1–3 секунды) между моментом, когда вода начинает течь, и тем, когда датчик потока нагревателя активирует нагревательные элементы или газовую горелку. В случае постоянного использования (душевые, ванны, стиральные машины) это не проблема, поскольку обогреватель никогда не прекращает нагреваться. Однако для периодического использования (например, выключение / включение крана с горячей водой у раковины) это может привести к сначала горячей воде, а затем небольшому количеству холодной воды при повторном включении нагревателя, а затем снова горячей воде. . Это особенно актуально, если трубы с горячей водой плохо изолированы. Пользовательский опыт заключается в том, что после первоначальной подачи горячей воды пользователь отключает клапан, а затем через короткое время снова включает его. Горячая вода снова начинает течь через клапан из горячей воды, уже находящейся в трубопроводе,но в то же время некоторые нагреватели должны пропускать некоторое количество холодной воды в трубопровод во время реактивации. Некоторое время спустя (в зависимости от длины трубопровода от бака до клапана) эта холодная часть воды поступает в раковину, а вскоре после этого снова идет горячая вода. Первоначальная мысль пользователя может заключаться в том, что нагреватель периодически выходит из строя.
• Гибкость источников тепла: в бесконтактных обогревателях в качестве тепла используется газ или электричество. Их конструкция может не подходить для использования других источников тепла, включая определенные варианты использования возобновляемых источников энергии. Единственным исключением является солнечный водонагреватель , который можно использовать вместе с водонагревателями без резервуаров. В резервуарных системах могут использоваться многие источники тепла, такие как централизованное отопление , центральное отопление , геотермальное отопление , микро-ТЭЦ и теплообменники с заземлением .
• Системы рециркуляции: поскольку водонагреватель без резервуара неактивен, когда горячая вода не используется, они несовместимы с пассивными ( конвекционными системами).на базе) системы рециркуляции горячей воды. Они могут быть несовместимы с активными системами рециркуляции горячей воды и, безусловно, потребляют больше энергии для постоянного нагрева воды в трубопроводе, что сводит на нет одно из основных преимуществ безбаквальных водонагревателей. Рециркуляционные насосы по требованию часто используются для минимизации времени ожидания горячей воды от безбаквальных водонагревателей и экономии воды, попадающей в канализацию. Циркуляционные насосы по запросу активируются кнопкой или другим датчиком. Датчик температуры воды, контактирующий с водой, установленный в точке использования горячей воды, сигнализирует об остановке насоса. Одноцикловые перекачки происходят только тогда, когда требуется горячая вода, что предотвращает потери энергии, связанные с постоянным нагревом воды в трубопроводах.
• Достижение более низких температур: водонагреватели без резервуаров часто требуют минимального расхода до того, как нагреватель активируется, и это может привести к разнице между температурой холодной воды и самой холодной температурой теплой воды, которая может быть достигнута с помощью смеси горячей и холодной воды.
• Поддержание постоянной температуры душа: аналогично, в отличие от нагревателя бака, температура горячей воды в немодулированном нагревателе без бака обратно пропорциональна скорости потока воды - чем быстрее поток, тем меньше времени вода проводит в нагревательном элементе. нагревается. Чтобы смешать горячую и холодную воду до «нужной» температуры из однорычажного смесителя (скажем, когда вы принимаете душ), нужно потренироваться. Кроме того, при регулировке смеси в середине душа изменение температуры сначала реагирует так же, как и водонагреватель с баком, но это также изменяет расход горячей воды. Следовательно, через некоторое конечное время температура снова изменится очень незначительно и требует перенастройки. Обычно это не заметно в приложениях без душа.
• Работа при низком давлении подачи: системы без резервуаров зависят от давления воды, подаваемой на объект. Другими словами, если для подачи воды в душ или водопроводный кран используется безбакерная система, давление будет таким же, как и давление, подаваемое к объекту, и не может быть увеличено, тогда как в системах с цистернами резервуары могут быть расположены над выпускными отверстиями для воды. (например, на чердаке / чердаке), чтобы сила тяжести могла помочь в доставке воды, а в систему можно добавить насосы для увеличения давления. Например, душевые кабины с сильным напором не могут использоваться с системами без резервуаров, поскольку системы без резервуаров не могут подавать горячую воду с достаточно высокой скоростью потока, необходимой для насоса.
• Измерение времени использования и пиковых электрических нагрузок: безбаковые электрические обогреватели, если они установлены в большом проценте домов в пределах области, могут создать проблемы управления спросом для электроэнергетических компаний. Поскольку это сильноточные устройства, а потребление горячей воды имеет тенденцию к пику в определенное время дня, их использование может вызвать короткие всплески спроса на электроэнергию, в том числе в периоды ежедневных пиковых электрических нагрузок, что увеличивает эксплуатационные расходы коммунальных предприятий. Для домохозяйств, использующих счетчики времени использования (где электроэнергия стоит больше в периоды пиковой нагрузки, например днем, и дешевле в ночное время), безбаковый электрический нагреватель может фактически увеличить эксплуатационные расходы, если горячая вода используется в часы пик. ^{[ необходима цитата ]} Проточные нагреватели также проблематичны, если они подключены к системам централизованного теплоснабжения, поскольку они повышают пиковую нагрузку, и большинство коммунальных предприятий предпочитают, чтобы все здания имели накопители горячей воды.
• Отключение электроэнергии: в случае отключения электроэнергии электрические нагреватели без резервуара не могут подавать горячую воду, в отличие от нагревателей на базе резервуара, которые могут подавать горячую воду, хранящуюся в резервуаре.
• Светодиодный стробоскопический эффект: большинство водонагревателей для бытовых нужд действуют, регулируя нагревательные элементы в соответствии с расходом. Это необходимо для предотвращения перегрева камеры нагрева. Полученная в результате модуляция используемой мощности, как известно, вызывает «дрожание» светодиодных светильников. ^{[ необходима цитата ]} Обычные лампы накаливания не подвергаются подобному воздействию, поскольку температура вольфрамового элемента не реагирует на высокочастотные модуляции.

Ссылки [ править ]