Водяное отопление

1: Подача муниципальной воды
2: Жидкость из резервуара для хранения воды к внешнему (пассивному) источнику тепла; пассивным источником тепла может быть земля (почва или грунтовые воды), солнце или воздух через тепловой насос или термодинамическая солнечная панель
3: жидкость от теплового насоса или термодинамическая солнечная панель в резервуар для хранения воды
4: насос, привод, контроллер и другие детали
5 : Водонагреватель
6: Резервуар для воды
7: Горячая вода для бытовых приборов

Небольшой водонагреватель

Нагрев воды - это процесс теплопередачи, в котором используется источник энергии для нагрева воды выше ее начальной температуры. Типичное бытовое использование горячей воды включает приготовление пищи, уборку, купание и обогрев помещений. В промышленности горячая вода и вода, нагретая до пара, находят множество применений.

В быту воду традиционно нагревают в сосудах, известных как водонагреватели , чайники , котлы , горшки или котлы . Эти металлические сосуды, которые нагревают партию воды, не производят непрерывную подачу нагретой воды заданной температуры. В редких случаях горячая вода поступает естественным путем, обычно из природных горячих источников . Температура изменяется в зависимости от скорости потребления, становясь холоднее по мере увеличения потока.

Приборы, обеспечивающие непрерывную подачу горячей воды, называются водонагревателями , водонагревателями , резервуарами для горячей воды , бойлерами , теплообменниками , гейзерами (только для Южной Африки) или калориферами . Эти названия зависят от региона, от того, нагревают ли они питьевую или непитьевую воду, используются они в быту или в промышленности, а также от источника энергии. В бытовых установках питьевая вода, нагреваемая для целей, отличных от отопления помещений, также называется горячей водой для бытового потребления ( ГВС ).

Ископаемое топливо ( природный газ , сжиженный нефтяной газ , нефть ) или твердое топливо обычно используется для нагрева воды. Они могут потребляться напрямую или могут производить электричество, которое, в свою очередь, нагревает воду. Электроэнергия для нагрева воды также может поступать из любого другого источника электроэнергии, такого как ядерная энергия или возобновляемые источники энергии . Альтернативные источники энергии, такие как солнечная энергия , тепловые насосы , рециркуляция тепла горячей водой и геотермальное отопление, также могут нагревать воду, часто в сочетании с резервными системами, работающими на ископаемом топливе или электроэнергии.

Густонаселенные городские районы некоторых стран обеспечивают централизованное отопление горячей водой. Это особенно характерно для Скандинавии , Финляндии и Польши . Системы централизованного теплоснабжения поставляют энергию для нагрева воды и помещений от теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) , отходящего тепла промышленных предприятий, мусоросжигательных заводов , геотермального отопления и центрального солнечного отопления . Фактический подогрев водопроводной воды осуществляется в теплообменниках на территории потребителей. Обычно у потребителя нет резервной системы внутри здания из-за ожидаемой высокой доступности систем централизованного теплоснабжения.

Сегодня в Соединенных Штатах горячая вода, используемая в домах, чаще всего нагревается с помощью природного газа, электрического сопротивления или теплового насоса. Водонагреватели с электрическим тепловым насосом значительно более эффективны, чем электрические резистивные водонагреватели, но также более дороги в приобретении. Некоторые энергокомпании предлагают своим клиентам финансирование, чтобы помочь компенсировать более высокие первоначальные затраты на энергоэффективные водонагреватели.

Виды водонагревательных приборов [ править ]

Горячая вода, используемая для отопления помещений, может нагреваться с помощью ископаемого топлива в бойлере, а питьевая вода может нагреваться в отдельном приборе. Это обычная практика в США, особенно когда обычно используется обогрев помещений теплым воздухом. ^[1]

Водонагреватели накопительные (емкостные) [ править ]

В домашнем и коммерческом использовании большинство водонагревателей в Северной Америке и Южной Азии относятся к типу резервуаров, также называемых накопительными водонагревателями . Они состоят из цилиндрического сосуда или контейнера, в котором вода постоянно остается горячей и готовой к использованию. Типичные размеры для домашнего использования находятся в диапазоне 75–400 л (20–100 галлонов США). Они могут использовать электричество , природный газ , пропан , мазут , солнечную энергию., или другие источники энергии. Обогреватели, работающие на природном газе, наиболее популярны в США и большинстве европейских стран, поскольку газ часто удобно транспортировать по всем городам и поселкам и в настоящее время является самым дешевым в использовании. В Соединенных Штатах типичные водонагреватели, работающие на природном газе, для домашних хозяйств без особых потребностей составляют 150–190 л (40–50 галлонов США) с горелкой мощностью 10,0–11,7 кВт (34 000–40 000 БТЕ / ч).

Это популярное устройство, когда требуется более высокая скорость потока в течение ограниченного периода времени. Вода нагревается в сосуде под давлением, который может выдерживать гидростатическое давление, близкое к давлению входящей сети. Редукционный клапан давления иногда используется для ограничения давления до безопасного уровня для судна. В Северной Америке эти сосуды называются резервуарами для горячей воды и могут включать в себя резистивный электрический нагреватель, тепловой насос или газовую или масляную горелку, которая непосредственно нагревает воду.

Там, где установлены водогрейные котлы, водонагреватели обычно нагреваются косвенно первичной водой из котла или электрическим погружным нагревателем (часто в качестве резервного котла). В Великобритании эти сосуды называются непрямыми цилиндрами и прямыми цилиндрами соответственно. Кроме того, если эти цилиндры являются частью герметичной системы, обеспечивающей горячую воду под давлением, они известны как невентилируемые цилиндры. В США, когда они подключены к бойлеру, они называются водонагревателями косвенного нагрева .

По сравнению с безбаквальными водонагревателями, накопительные водонагреватели имеют то преимущество, что они используют энергию (газ или электричество) относительно медленно, сохраняя тепло для дальнейшего использования. Недостатком является то, что со временем тепло уходит через стенку резервуара, и вода остывает, активируя систему обогрева, чтобы нагреть воду, поэтому приобретение резервуара с лучшей изоляцией повышает эффективность работы в режиме ожидания. ^[2] Кроме того, когда при интенсивном использовании горячая вода истощается, происходит значительная задержка до того, как горячая вода снова становится доступной. Баки большего размера, как правило, обеспечивают горячую воду с меньшими колебаниями температуры при умеренных расходах.

Накопительные водонагреватели в США и Новой Зеландии обычно представляют собой вертикальные цилиндрические резервуары, обычно стоящие на полу или на платформе, приподнятой на небольшом расстоянии от пола. Объемные водонагреватели в Испании обычно горизонтальные. В Индии они в основном вертикальные. В квартирах их можно монтировать в потолочном пространстве над прачечно-подсобными помещениями. В Австралии в основном используются газовые и электрические нагреватели резервуаров для улицы (с высокими температурами для увеличения полезной мощности), но солнечные резервуары на крыше становятся модными.

Крошечные электрические водонагреватели в местах использования (POU) емкостью от 8 до 32 л (2–6 галлонов) предназначены для установки на кухне и в ванной или на стене над раковиной. Как правило, в них используются нагревательные элементы малой мощности , от 1 кВт до 1,5 кВт, и они могут обеспечивать горячую воду на время, достаточное для мытья рук или, если она подключена к существующей линии горячей воды, до тех пор, пока горячая вода не поступит от удаленного водонагревателя большой мощности. Их можно использовать, когда переоборудование здания водопроводом для горячей воды слишком дорого или непрактично. Поскольку они поддерживают температуру воды термостатически, они могут подавать непрерывный поток горячей воды только при чрезвычайно низком расходе, в отличие от безбаквальных нагревателей большой емкости.

В тропических странах, таких как Сингапур и Индия, емкость накопительного водонагревателя может варьироваться от 10 до 35 л. Достаточно водонагревателей меньшего размера, поскольку температура окружающей среды и температура поступающей воды умеренные.

Место использования (POU) против централизованного горячего водоснабжения [ править ]

Решение о размещении может быть принято между водонагревателями в местах потребления и централизованными. Централизованные водонагреватели более традиционны и по-прежнему являются хорошим выбором для небольших зданий. Для больших зданий с периодическим или случайным использованием горячей воды, несколько водонагревателей POU могут быть лучшим выбором, поскольку они могут сократить длительные ожидания поступления горячей воды от удаленного нагревателя. Решение, где разместить водонагреватель (и), лишь частично не зависит от решения о водонагревателе с резервуаром или без резервуара или от выбора источника энергии для тепла.

Бесконтактные обогреватели [ править ]

Бесконтактные водонагреватели, также называемые проточными , проточными , линейными , мгновенными , по требованию или мгновенными водонагревателями, становятся все более популярными. ^{[ необходима цитата ]} Эти мощные водонагреватели мгновенно нагревают воду, протекающую через устройство, и не удерживают воду внутри, за исключением того, что находится в змеевике теплообменника. В этих установках предпочтение отдается медным теплообменникам из-за их высокой теплопроводности и простоты изготовления.

Бесконтактные нагреватели могут быть установлены по всему дому более чем в одной точке использования (POU), вдали от центрального водонагревателя, или более крупные централизованные модели могут использоваться для обеспечения всех потребностей в горячей воде для всего дома. Основными преимуществами безрезервуарных водонагревателей являются обильный непрерывный поток горячей воды (по сравнению с ограниченным потоком непрерывно нагретой горячей воды от обычных водонагревателей с резервуаром) и потенциальная экономия энергии при определенных условиях. Главный недостаток - гораздо более высокая начальная стоимость; Исследование, проведенное в США в Миннесоте, показало, что безрезервуарные водонагреватели окупятся в течение 20-40 лет. ^{[ необходима цитата ]} По сравнению с менее эффективным резервуаром для горячей воды, работающим на природном газе, природный газ по требованию будет стоить на 30  % больше в течение срока его полезного использования.^{[ необходима цитата ]}

Автономные устройства для быстрого нагрева воды для бытовых нужд известны в Северной Америке как водонагреватели без резервуаров или водонагреватели по запросу . В некоторых местах их называют многоточечными обогревателями , гейзерами или аскотами . В Австралии и Новой Зеландии они называются установками мгновенного нагрева горячей воды . В Аргентине их называют калефонами . В этой стране calefones использовать газ вместо электричества. Подобный дровяной прибор был известен как нагреватель щепы .

Обычно при использовании водяного отопления бойлер также нагревает питьевую воду , обеспечивая непрерывную подачу горячей воды без дополнительного оборудования. Приборы, которые могут подавать как отопление помещений, так и горячую воду, называются комбинированными (или комбинированными ) котлами. Хотя нагреватели по запросу обеспечивают непрерывную подачу горячей воды для бытового потребления, скорость, с которой они могут ее производить, ограничена термодинамикой нагрева воды из имеющихся источников топлива.

Электрические насадки для душа [ править ]

Электрическая лейка душа имеет электрический нагревательный элемент, который нагревает воду, когда она проходит. Эти самонагревающиеся душевые лейки представляют собой специализированные водонагреватели без резервуаров для установки в местах использования (POU) и широко используются в некоторых странах.

Электрический душ, изобретенный в Бразилии в 1930-х годах и часто используемый с 1940-х годов, является бытовым прибором, который часто используется в странах Южной Америки из-за более высоких затрат на распределение газа. Раньше модели изготавливались из хромированной меди или латуни, что было дорого, но с 1970 года изделия из литого пластика популярны из-за низкой цены, как у фена. Электрические души имеют простую электрическую систему, работающую как кофеварка, но с большим потоком воды. Реле потока включает устройство, когда через него проходит вода. После прекращения подачи воды устройство автоматически выключается. Обычный электрический душ часто имеет три режима нагрева: высокий (5,5 кВт), низкий (2,5 кВт) или холодный (0 Вт) для использования при наличии системы центрального отопления или в жаркое время года.

Использование энергии [ править ]

Энергопотребление электрических душей в режиме максимального нагрева составляет около 5,5 кВт для 120 В и 7,5 кВт для 220 В. Более низкие затраты на электрические души по сравнению с более высокими затратами на бойлеры объясняются продолжительностью использования: электрический душ использует энергии только в то время, когда вода течет, в то время как бойлер работает много раз в день, чтобы поддерживать некоторое количество стоячей воды горячей для использования в течение дня и ночи. Кроме того, передача электроэнергии в воду в электрическом душевом лейке очень эффективна, приближаясь к 100  %. Электрический душ может сэкономить энергию по сравнению с электрическими водонагревателями, которые теряют некоторое количество тепла в режиме ожидания.

Безопасность [ править ]

Существует широкий выбор электрических душей с различными типами регулирования нагрева. Нагревательный элемент электрического душа погружается в струю воды с помощью нихромового резистивного элемента, который защищен и электрически изолирован, как те, что используются в масляных обогревателях, радиаторах или утюжках для одежды, обеспечивая безопасность. В соответствии со стандартами электробезопасности современные электрические души изготавливаются из пластика, а не в металлических корпусах, как раньше. Как электрический прибор, который использует больше электрического тока, чем стиральная машина или сушилка, установка электрического душа требует тщательного планирования и, как правило, предназначена для подключения непосредственно от распределительной коробки со специальным автоматическим выключателем.и наземная система. Плохо установленная система со старыми алюминиевыми проводами или плохими соединениями может быть опасной, так как провода могут перегреваться или электрический ток может протекать через поток воды через тело пользователя на землю. ^[3]

Солнечные водонагреватели [ править ]

Все чаще используются водонагреватели на солнечных батареях . Их солнечные коллекторы устанавливаются вне жилищ, обычно на крыше, стенах или поблизости, а резервуар для хранения питьевой горячей воды, как правило, представляет собой уже существующий или новый традиционный водонагреватель или водонагреватель, специально разработанный для солнечного тепла. На Кипре и в Израиле 90 процентов домов имеют солнечные системы водяного отопления. ^[4]

Самые основные солнечные тепловые модели - это модели с прямым усилением, в которых питьевая вода напрямую направляется в коллектор. Говорят, что многие такие системы используют интегрированное хранилище коллектора (ICS), поскольку системы прямого усиления обычно имеют хранилище, интегрированное в коллектор. Нагрев воды напрямую по своей природе более эффективен, чем косвенный нагрев через теплообменники, но такие системы предлагают очень ограниченную защиту от замерзания (если таковая имеется), могут легко нагревать воду до температур, небезопасных для бытового использования, а системы ICS страдают от серьезных потерь тепла в холодные ночи. и холодные пасмурные дни.

Напротив, системы с непрямым или замкнутым контуром не пропускают питьевую воду через панели, а, скорее, прокачивают теплоноситель (воду или смесь воды и антифриза) через панели. Накапливая тепло в панелях, теплоноситель проходит через теплообменник , передавая свое тепло горячей питьевой воде. Когда панели холоднее, чем резервуар для хранения, или когда резервуар для хранения уже достиг максимальной температуры, контроллер в системах с обратной связью останавливает циркуляционные насосы. В системе обратного слива вода стекает в резервуар для хранения, который находится в кондиционируемом или полукондиционированном помещении, защищенном от отрицательных температур. Однако с системами антифриза насос должен запускаться, если температура панели становится слишком высокой (для предотвращения разложения антифриза) или слишком низкой (для предотвращения замерзания смеси воды и антифриза).

Плоские коллекторы обычно используются в системах с обратной связью. Плоские панели, которые часто напоминают световые люки , являются наиболее прочным типом коллектора, а также обладают лучшими характеристиками для систем, рассчитанных на температуру в пределах 56 ° C (100 ° F) от температуры окружающей среды . Плоские панели регулярно используются как в системах чистой воды, так и в системах антифриза.

Другой тип солнечных коллекторов - это вакуумные трубчатые коллекторы , которые предназначены для холодного климата, не подверженного сильному граду, и / или приложений, где необходимы высокие температуры (например, выше 94 ° C [201 ° F]). Помещенные в стойку вакуумные трубчатые коллекторы образуют ряд стеклянных трубок, каждая из которых содержит ребра поглощения, прикрепленные к центральному теплопроводному стержню (медному или конденсационному). Эвакуировали описание относится к вакууму , создаваемый в стеклянных трубках во время производственного процесса, что приводит к очень низкой потере тепла и позволяет эвакуированные системы труб достижения экстремальных температур, намного превышает температуру кипения воды.

Геотермальное отопление [ править ]

В таких странах, как Исландия и Новая Зеландия , а также в других вулканических регионах, нагрев воды может осуществляться с использованием геотермального отопления , а не сжигания.

Система с гравитационным питанием [ править ]

Там, где используется водогрейный котел, традиционная схема в Великобритании заключается в использовании нагретой котлом ( первичной ) воды для нагрева питьевой ( вторичной ) воды, содержащейся в цилиндрическом сосуде (обычно сделанном из меди), который подается из резервуар или контейнер для хранения холодной воды, обычно в кровле здания. Это обеспечивает достаточно стабильную подачу горячей воды для бытового потребления при низком статическом напоре, но обычно с хорошим расходом . В большинстве других частей мира водонагревательные приборы не используют емкость или контейнер для хранения холодной воды, а нагревают воду до давления, близкого к давлению поступающей водопроводной воды .

Другие улучшения [ править ]

Другие усовершенствования водонагревателей включают устройства обратных клапанов на их входе и выходе, таймеры цикла, электронное зажигание в случае моделей, использующих топливо, герметичные системы впуска воздуха в случае моделей, использующих топливо, и изоляцию труб. Типы герметичных воздухозаборных систем иногда называют « ленточными » воздухозаборниками. «Высокоэффективные» компрессорно-конденсаторные агрегаты могут преобразовывать до 98  % энергии топлива для нагрева воды. Выхлопные газы сгорания охлаждаются и механически вентилируются либо через крышу, либо через внешнюю стену. При высокой эффективности сгорания необходимо обеспечить дренаж для обработки воды, конденсирующейся из продуктов сгорания, которыми в первую очередь являются диоксид углерода и водяной пар.

В традиционном водопроводном оборудовании в Великобритании котел для отопления помещений настраивается для нагрева отдельного водонагревателя или водонагревателя для горячей питьевой воды. Такие водонагреватели часто оснащаются дополнительным электрическим погружным нагревателем для использования, если котел какое-то время не работает. Тепло от котла для отопления помещений передается в резервуар / резервуар водонагревателя с помощью теплообменника, и котел работает при более высокой температуре, чем горячее водоснабжение. Большинство водонагревателей для питьевой воды в Северной Америке полностью отделены от блоков обогрева помещений из-за популярности систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха / принудительной подачи воздуха в Северной Америке.

Водонагреватели для сжигания воды в жилых помещениях, производимые с 2003 года в США, были модернизированы, чтобы противостоять воспламенению легковоспламеняющихся паров, и включают в себя тепловой выключатель в соответствии с ANSI Z21.10.1. Первая особенность заключается в предотвращении воспламенения паров горючих жидкостей и газов в непосредственной близости от обогревателя, что может привести к пожару или взрыву в доме. Вторая особенность предотвращает перегрев бака из-за необычных условий горения. Эти требования безопасности были приняты в ответ на то, что домовладельцы хранят или проливают бензин или другие легковоспламеняющиеся жидкости возле своих водонагревателей и вызывают пожары. Поскольку большинство новых конструкций включают пламегасители определенного типа.экрана, они требуют контроля, чтобы убедиться, что они не забиваются ворсом или пылью, что снижает доступность воздуха для горения. В случае засорения пламегасителя устройство термической защиты может выключить нагреватель.

Обратная смачивань плита ( НЗЫ ), обратная смачивань нагреватель (НЗЫ) или обратно котел (Великобритания), представляет собой простой бытовой вторичный подогреватель воды с помощью побочного тепла. Обычно он представляет собой трубу с горячей водой, идущую за камином или печью (а не накопитель горячей воды ), и не имеет средств ограничения нагрева. Современные водонагреватели могут иметь более сложную конструкцию трубы для облегчения теплообмена . Эти конструкции вытесняются государственными постановлениями об эффективности, которые не учитывают энергию, используемую для нагрева воды, как «эффективно» использованную. ^[5]

История [ править ]

Другой тип водонагревателя, разработанный в Европе, предшествовал накопительной модели. В Лондоне, Англия, в 1868 году художник по имени Бенджамин Вадди Моэн изобрел первый проточный водонагреватель для бытовых нужд, в котором не использовалось твердое топливо . Гейзер, названный в честь исландского фонтанирующего горячего источника, изобретение Моэна заставляло холодную воду наверху течь по трубам, которые нагревались горячими газами от горелки внизу. Затем горячая вода стекала в раковину или ванну. Изобретение было несколько опасным, потому что не было дымохода для отвода нагретых газов из ванной. Водонагреватель до сих пор иногда называют гейзером в Великобритании.

Изобретение Мона повлияло на работу норвежского инженера-механика Эдвина Рууда . Первый автоматический газовый водонагреватель резервуарного типа был изобретен примерно в 1889 году Руудом после иммиграции в Питтсбург, штат Пенсильвания (США). Производственная компания Ruud, существующая до сих пор, добилась многих успехов в проектировании и эксплуатации резервуарных и безбактовых водонагревателей.

Термодинамика и экономика [ править ]

Вода обычно попадает в жилые дома в США при температуре около 10 ° C (50 ° F), в зависимости от широты и сезона. Температура горячей воды 50 ° C (122 ° F) является обычной для мытья посуды, стирки и принятия душа, что требует, чтобы нагреватель поднимал температуру воды примерно на 40 ° C (72 ° F), если горячая вода смешана с холодной водой. в момент использования. Стандартный расход душа в соответствии с Единым Кодексом по сантехнике составляет 9,5 л (2,5 галлона США) в минуту. Использование раковины и посудомоечной машины составляет 4–11 л (1–3 галлона США) в минуту.

Природный газ часто измеряется объемом или теплосодержанием. Обычными единицами измерения объема являются кубический метр или кубические футы при стандартных условиях или теплосодержание в киловатт-часах , британские тепловые единицы (BTU) или терм , который равен 100 000 BTU. БТЕ - это энергия, необходимая для поднятия одного фунта воды на один градус по Фаренгейту. Американский галлон воды весит 8,3 фунта (3,8 кг). Для повышения температуры 230 л (60 галлонов США) воды с 10 ° C (50 ° F) до 50 ° C (122 ° F) при  эффективности 90 % требуется 60 × 8,3 × (122–50) × 1,11 = 39 840 БТЕ . Нагревателю мощностью 46 кВт (157 000 БТЕ / ч), который может существовать в безбаквальном обогревателе, потребуется около 15 минут. По 1 доллару заtherm , стоимость газа составит около 40 центов. Для сравнения, типичный электрический водонагреватель с баком емкостью 230 л (60 галлонов США) имеет нагревательный элемент мощностью 4,5 кВт (15 000 БТЕ / ч), что при 100  % эффективности дает время нагрева около 2,34 часа. При цене 0,16 доллара за кВт-ч электричество будет стоить 1,68 доллара.

Энергетическая эффективность водонагревателей в жилых помещениях может сильно различаться, особенно в зависимости от производителя и модели. Однако электрические обогреватели, как правило, немного более эффективны (не считая потерь на электростанциях) с эффективностью рекуперации (насколько эффективно энергия передается воде), достигающей около 98  %. Газовые обогреватели имеют максимальную эффективность рекуперации всего около 82–94  % (оставшееся тепло теряется с дымовыми газами). Общие энергетические коэффициенты могут составлять всего 80  % для электрических и 50  % для газовых систем. Водонагреватели с резервуаром для природного газа и пропана с энергетическим коэффициентом 62  % или выше, а также водонагреватели с электрическим резервуаром с энергетическим коэффициентом 93  % или выше считаются высокоэффективными агрегатами. Соответствующие требованиям Energy Star водонагреватели для резервуаров с природным газом и пропаном (по состоянию на сентябрь 2010 г.) имеют энергетический коэффициент 67  % или выше, что обычно достигается с помощью прерывистого пилотного клапана вместе с автоматической заслонкой дымохода, дефлекторными вентиляторами или механической вентиляцией. Баковые водонагреватели с прямым электрическим сопротивлением не включены в программу Energy Star, однако в программу Energy Star включены электрические тепловые насосы с энергетическим коэффициентом 200  % или выше. Газовые водонагреватели без резервуаров (по состоянию на 2015 год) должны иметь коэффициент энергии 90  % или выше для получения сертификата Energy Star. Поскольку производство электроэнергии на тепловых станциях имеет уровни эффективности от 15  % до чуть более 55  % ( комбинированный циклгазовая турбина), около 40  % типичных для тепловых электростанций, электрический водонагреватель прямого сопротивления может быть наименее энергоэффективным вариантом. Однако использование теплового насоса может сделать электрические водонагреватели более энергоэффективными и привести к снижению выбросов углекислого газа, тем более, если используется источник электроэнергии с низким содержанием углерода . Использование централизованного теплоснабжения с использованием отработанного тепла от производства электроэнергии и других отраслей для обогрева жилых домов и горячего водоснабжения дает повышенную общую эффективность, устраняя необходимость сжигания ископаемого топлива или использования электроэнергии с высокой энергетической ценностью для производства тепла в индивидуальном доме.

К сожалению, для нагрева воды требуется много энергии, как это может случиться, когда вы ждете кипячения галлона воды на плите. По этой причине безбаквальные водонагреватели по запросу требуют мощного источника энергии. Для сравнения: стандартная настенная розетка на 120 В и номиналом 15 ампер является источником энергии, достаточной только для нагревания разочаровывающе небольшого количества воды: около 0,17 галлона США (0,64 л) в минуту при температуре 40 ° C (72 ° F). высота.

Энергия, потребляемая электрическим водонагревателем, может быть снижена на 18  % за счет оптимального графика и контроля температуры, основанного на знании характера использования. ^[6]

Минимальные требования США [ править ]

16 апреля 2015 года в соответствии с Национальным законом об энергосбережении в бытовых приборах (NAECA) вступили в силу новые минимальные стандарты эффективности бытовых водонагревателей, установленные Министерством энергетики США . ^[7] Все новые водонагреватели для резервуаров для хранения газа емкостью менее 55 галлонов США (210 л; 46 имп галлонов), проданные в США в 2015 году или позже, должны иметь коэффициент энергии не менее 60  % (для 50-американских галлонов). галлонов, больше для меньших единиц), увеличено по сравнению с минимальным стандартом до 2015 года, когда  коэффициент энергии составлял 58 % для единиц газа на 50 галлонов США. Водонагреватели с электрическим накопительным баком емкостью менее 55 галлонов США, продаваемые в США, должны иметь коэффициент энергии не менее 95. %, что выше минимального стандарта 90  %, установленного до 2015 года для электрических агрегатов на 50 галлонов США.

Согласно стандарту 2015 года, впервые к водонагревателям емкостью 55 галлонов США или больше предъявляются более строгие требования к эффективности, чем к водонагревателям на 50 галлонов США или меньше. В соответствии со стандартом до 2015 года газовый водонагреватель для хранения газа на 75 галлонов США (280 л; 62 имп гал) с номинальной потребляемой мощностью 22 кВт (75 000 БТЕ / ч) или менее мог иметь коэффициент энергии всего лишь 53  %. , в то время как в соответствии со стандартом 2015 года минимальный коэффициент энергии для водонагревателя резервуара для хранения газа на 75 галлонов США теперь составляет 74 %, что может быть достигнуто только при использовании конденсационной технологии. Накопительные водонагреватели с номинальной потребляемой мощностью 22 кВт (75 000 БТЕ / ч) или более в настоящее время не подпадают под эти требования, поскольку коэффициент энергии для таких агрегатов не определен. Электрический водонагреватель с накопительным баком на 80 галлонов США (300 л; 67 имп галлонов) мог иметь минимальный энергетический коэффициент 86  % в соответствии со стандартом до 2015 года, в то время как в соответствии со стандартом 2015 года минимальный коэффициент энергии для 80 галлонов. электрический водонагреватель накопительного бака теперь составляет 197  %, что возможно только с технологией теплового насоса . Этот рейтинг измеряет эффективность в момент использования. В зависимости от того, как вырабатывается электричество, общая эффективность может быть намного ниже. Например, на традиционной угольной электростанции только 30–35 % энергии угля превращается в электричество на другом конце генератора. ^[8] Потери в электрической сети (включая потери в линии и потери при преобразовании напряжения) дополнительно снижают электрический КПД. По данным Управления энергетической информации, потери при передаче и распределении в 2005 г.  составили 6,1 % чистой выработки. ^[8] Напротив, 90  % энергетической ценности природного газа доставляется потребителю. ^{[ необходима цитата ]} (Ни в одном случае энергия, затраченная на разведку, разработку и добычу ресурсов угля или природного газа, не включается в приведенные показатели эффективности.) Газовые водонагреватели без резервуаров должны иметь коэффициент энергии 82 % или больше согласно стандартам 2015 г., что соответствует стандарту Energy Star до 2015 г.

Безопасность водонагревателя [ править ]

Опасность взрыва [ править ]

Водонагреватели потенциально могут взорваться и причинить значительный ущерб, травмы или смерть, если не установлены определенные предохранительные устройства. Предохранительное устройство, называемое клапаном сброса температуры и давления (T&P или TPR), обычно устанавливается в верхней части водонагревателя для слива воды, если температура или давление становятся слишком высокими. Большинство водопроводных норм требуют, чтобы сливная труба была подключена к клапану, чтобы направлять поток отводимой горячей воды в канализацию, как правило, в ближайшую канализацию в полу или за пределы жилого помещения. Некоторые строительные нормы и правила позволяют выпускной трубе заканчиваться в гараже. ^[9]

Если водонагреватель, работающий на газе или пропане, установлен в гараже или подвале, многие правила сантехники требуют, чтобы он был поднят над полом не менее чем на 18 дюймов (46 см), чтобы снизить вероятность пожара или взрыва из-за разлива или утечки горючего. жидкости в гараже. Кроме того, некоторые местные нормы предписывают, чтобы нагреватели резервуарного типа в новых и модернизированных установках должны быть прикреплены к соседней стене ремнем или анкером, чтобы предотвратить опрокидывание и разрыв водопроводных и газовых труб в случае землетрясения . ^[10]

В старых домах, где водонагреватель является частью котла для отопления помещений, и правила водоснабжения позволяют, некоторые сантехники устанавливают автоматическое отключение газа (например, «Watts 210») в дополнение к клапану TPR. Когда устройство определяет, что температура достигает 99 ° C (210 ° F), оно отключает подачу газа и предотвращает дальнейший нагрев. ^{[ необходима цитата ]} Кроме того, необходимо установить расширительный бак или внешний предохранительный клапан, чтобы предотвратить повышение давления в водопроводе из-за разрыва труб, клапанов или водонагревателя.

Термические ожоги (ожоги) [ править ]

Ошпаривание - серьезная проблема для любого водонагревателя. Кожа человека горит быстро при высокой температуре, менее чем за 5 секунд при 60 ° C (140 ° F), но намного медленнее при 53 ° C (127 ° F) - ожог второй степени занимает целую минуту . Пожилые люди и дети часто получают серьезные ожоги из-за инвалидности или медленной реакции . ^[11] В США и других странах принято ставить регулирующий клапан на выходе из водонагревателя. Результат смешивания горячей и холодной воды через регулирующий клапан называется «темперированной водой». ^[12]

Регулирующий клапан смешивает достаточно холодной воды с горячей водой из нагревателя, чтобы поддерживать температуру выходящей воды на более умеренном уровне, часто устанавливаемом на 50 ° C (122 ° F). Без термоклапана снижение заданной температуры водонагревателя является наиболее прямым способом уменьшения ожогов. Однако для санитарии необходима горячая вода, температура которой может вызвать ожог. Этого можно добиться, используя дополнительный нагреватель в приборе, который требует более горячей воды. Большинство бытовых посудомоечных машин , например, содержат внутренний электрический нагревательный элемент для повышения температуры воды выше температуры, обеспечиваемой бытовым водонагревателем.

Бактериальное заражение [ править ]

На температуру водонагревателя влияют две противоречивые проблемы безопасности: риск ожога чрезмерно горячей водой с температурой выше 55 ° C (131 ° F) и риск инкубации колоний бактерий, особенно Legionella , в воде, которая недостаточно горячая, чтобы их убить. Оба риска потенциально опасны для жизни и уравновешиваются установкой термостата водонагревателя на 55 ° C (131 ° F). Европейские руководящие принципы по контролю и профилактике болезней легионеров, связанных с путешествиями, рекомендуют хранить горячую воду при температуре 60 ° C (140 ° F) и распределять ее таким образом, чтобы температура была не менее 50 ° C (122 ° F), а лучше 55 ° C. C (131 ° F) достигается в течение одной минуты в точках использования. ^[13]

Если есть посудомоечная машина без дополнительного нагревателя, для оптимальной очистки может потребоваться температура воды в диапазоне 57–60 ° C (135–140 ° F) ^[14], но регулирующие клапаны установлены не выше 55 ° C. (131 ° F) можно наносить на смесители, чтобы избежать ожогов. При температуре резервуара выше 60 ° C (140 ° F) в резервуаре для воды может образоваться известковый налет , в котором впоследствии могут скапливаться бактерии. Более высокие температуры также могут усилить травление посуды в посудомоечной машине.

Термостаты резервуара не являются надежным индикатором внутренней температуры резервуара. Для газовых резервуаров для воды может не отображаться калибровка температуры. Электрический термостат показывает температуру на верхнем уровне термостата, но вода ниже в баке может быть значительно холоднее. Выходной термометр лучше показывает температуру воды. ^[15]

В отрасли возобновляемых источников энергии (в частности, солнечные и тепловые насосы) конфликт между ежедневным тепловым контролем легионеллы и высокими температурами, которые могут снизить производительность системы, является предметом горячих споров. В документе, стремящемся к экологическому освобождению от обычных стандартов безопасности при легионеллезе, главный технический комитет по солнечной теплоте Европы CEN TC 312 утверждает, что производительность солнечных водонагревательных систем упадет на 50%, если они будут ежедневно нагреваться до основания. Однако некоторые работы по анализу симулятора солнечной энергии с использованием Polysun 5 показывают, что потеря энергии в 11% является более вероятной цифрой. Независимо от контекста, требования к энергоэффективности и безопасности ошпаривания ведут к значительно более низким температурам воды, чем пастеризация легионеллы.температура около 60 ° C (140 ° F). ^{[ необходима цитата ]}

Legionella pneumophila была обнаружена в месте использования за горизонтально установленными электрическими водонагревателями объемом 150 литров. ^[16]

Тем не менее, с легионеллой можно безопасно и легко бороться с помощью хороших проектных и инженерных протоколов. Например, повышение температуры водонагревателей один раз в день или даже раз в несколько дней до 55 ° C (131 ° F) в самой холодной части водонагревателя на 30 минут эффективно контролирует легионеллу. Во всех случаях и, в частности, в энергоэффективных приложениях болезнь легионеров чаще всего является результатом проблем инженерного проектирования, которые не принимают во внимание влияние расслоения или низкого расхода. ^{[ необходима цитата ]}

Также можно контролировать риски, связанные с легионеллой, путем химической обработки воды. Этот метод позволяет поддерживать более низкую температуру воды в трубопроводе без сопутствующего риска легионеллы. Преимущество более низких температур труб заключается в том, что снижается скорость потерь тепла и, следовательно, снижается потребление энергии.

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Как это работает - водонагреватель от Popular Mechanics