Устройство и принцип работы бойлера

В нынешнее время автономное горячее водоснабжение в квартирах и частных домах становится все более популярным. Централизованное ГВС стало дорогим и неэкономичным, оттого оно постепенно уходит в прошлое. На смену ему приходят водонагреватели различных конструкций, самые распространенные из них – аппараты накопительного типа. В данной статье мы как раз и рассмотрим устройство и принцип работы бойлера для нагрева воды.

Виды накопительных водонагревателей

На данный момент существует несколько разновидностей агрегатов для автономного горячего водоснабжения. Все они созданы с одной целью, но достигают ее по-разному, то бишь, с использованием различных энергоносителей. Домовладелец имеет возможность выбрать тот, что оптимально подходит ему по всем параметрам.

Итак, на современном рынке предлагаются нагревательные бойлеры следующих видов:

• электрические накопительные нагреватели;
• бойлеры косвенного нагрева;
• газовые бойлеры;
• проточные нагреватели.

Примечание. В прямом переводе с английского слово «бойлер» означает «котел». Это значит, что к ним относятся не только накопительные, но и всяческие проточные водонагреватели. Не принимать их во внимание будет некорректным по отношению к пользователям.

Электрические бойлеры

Это самый распространенный вид аппаратов для ГВС, чаще всего применяющийся в квартирах и небольших частных домах. Причина такой популярности — относительно невысокая стоимость и простота установки, для которой не требуется никаких разрешительных документов. Аппараты довольно надежны в эксплуатации и удовлетворяют большинству требований пользователей. Чтобы понимать принцип действия водонагревателя, рассмотрим его устройство, показанное на рисунке:

Агрегат представляет собой бак, обычно – круглой или овальной формы, заключенный в слой теплоизоляционного материала (как правило – пенополиуретан), прикрытого декоративным кожухом. Сама емкость может быть сделана из таких материалов:

• сталь с эмалированным покрытием;
• нержавеющая сталь;
• пластик.

Электрический ТЭН, размещенный в нижней части бака, нагревает воду до температуры, ограничиваемой термостатом. Ее максимальное значение, принятое во всех электрических бойлерах, равно 75 ºС. Пока нет водоразбора, устройство электрического бойлера предусматривает поддержание установленной температуры в режиме автоматического включения и выключения ТЭНа. Последний имеет дополнительную защиту от перегрева и в нештатной ситуации автоматически отключится при достижении температуры воды 85 ºС.

Примечание. Оптимальный режим работы для бойлера – это нагрев до 55 ºС. В таком режиме аппарат обеспечивает нужное количество воды для ГВС и в то же время экономит электроэнергию. К сожалению, часто накопительный водонагреватель работает на максимальной мощности из-за того, что в зимнее время из водопровода поступает слишком холодная вода и ТЭН в экономичном режиме не успевает ее прогревать.

Водоразбор происходит через трубку, выведенную в верхнюю зону бака, где вода самая горячая. В то же время подпитка холодной водой предусмотрена в нижнюю часть бойлера, где установлен ТЭН. Для защиты стальных баков от электрохимической коррозии устройство водонагревателя включает в себя магниевый анод. С течением времени он разрушается, а потому требует замены приблизительно 1 раз в 2—3 года.

Бойлеры косвенного нагрева

Эти аппараты не производят тепловую энергию самостоятельно, хотя некоторые модели имеют встроенный ТЭН для поддержания температуры воды в разных ситуациях. В обычном режиме бойлер готовит воду для ГВС, подогревая ее змеевиком с протекающим по нему теплоносителем. Ниже на схеме показано устройство бойлера косвенного нагрева:

В утепленный бак большой емкости (бывает до 1000 л) встроен змеевик с подведенным к нему теплоносителем от котла. Как и в электрическом бойлере, подача холодной воды осуществляется в нижнюю часть емкости, отбор горячей – из верхней части. Агрегат способен обеспечить значительный расход горячей воды, а потому применяется в частных домах с большим числом потребителей.

Обычный обмен теплом между средами с разной температурой – это и есть принцип работы бойлера косвенного нагрева. Но чтобы получить воду из крана с температурой 55 ºС, котел должен нагревать теплоноситель минимум до 80 ºС, это один из недостатков данного водонагревателя. Второй недостаток – длительное время загрузки бака большой емкости, так что в случае интенсивного водоразбора проживающим в доме людям надо приспособиться пользоваться ГВС по определенному графику.

Как и электрические бойлеры, водонагреватели косвенного нагрева оснащены магниевым анодом для защиты стального бака от коррозии. Боле сложные и дорогие модели оборудованы двумя змеевиками, через один протекает теплоноситель от котла, а второй можно присоединить к альтернативному источнику тепловой энергии. Им может служить другой котел либо солнечный коллектор. Для поддержания температуры в разных ситуациях в верхнюю зону емкости встраивается ТЭН с термостатом.

Агрегаты косвенного нагрева производятся в настенном и напольном исполнении, могут работать с любыми источниками тепловой энергии. Производители котельного оборудования часто предлагают их в связке с двухконтурными котлами. В этом случае теплогенератор поддерживает температуру отопления и загружает бойлер, поочередно переключаясь между этими двумя системами.

Газовые накопительные водонагреватели

Эти аппараты конструктивно и внешне напоминают электрические бойлеры. Все тот же подвешиваемый на стену бак, покрытый слоем утеплителя, только внизу установлена газовая горелка, а вверху имеется патрубок дымохода. Газовый бойлер работает по такому же принципу, только источником тепла служит горелка, нагревающая емкость с водой. Устройство водонагревателя показано на схеме:

Как видно на рисунке, нагрев осуществляется не только от горелки, но и путем отбора тепла продуктов горения. Это достигается за счет стального газохода с рассекателями, проходящего вертикально сквозь емкость и обменивающегося теплом с водой. Работой горелки управляет электронный блок, чья задача – потушить или разжечь ее при достижении установленной температуры либо ее понижении. Как водится, для защиты корпуса конструкция бойлера предусматривает магниевый анод.

Данный тип водонагревателей не слишком популярен из-за сложностей при оформлении и подключении газоиспользующих установок. Кроме того, для эксплуатации газового бойлера понадобится полноценный дымоход, выполнить это требование не всегда возможно или слишком дорого.

Достоинство накопительных водонагревателей состоит в том, что они сходу могут выдать большой расход воды для ГВС, но в течение ограниченного промежутка времени. После этого им требуется перерыв для приготовления очередной порции воды.

О проточных нагревателях воды

В отличие от накопительных бойлеров принцип работы проточного водонагревателя состоит в том, чтобы не заблаговременно, а быстро прогревать проточную воду по мере необходимости.

Источниками тепла служат те же электрические ТЭНы и газовые горелки, только включаются они после того, как в доме открывается кран горячей воды. К таким нагревателям относятся:

• газовые колонки;
• проточные электронагреватели.

Примечание. Иногда для обеспечения ГВС частного дома применяется пластинчатый бойлер, представляющий собой водоводяной теплообменник. Как и бойлер косвенного нагрева, он передает энергию теплоносителя воде, только делает это в проточном режиме.

Конструкция газовой колонки довольно сложна, а потому заслуживает отдельной темы. Электрический же водонагреватель прост: в нем проточную воду греет мощный ТЭН. Обладая таким достоинством, как небольшие размеры, аппарат имеет слишком высокую потребляемую мощность и оттого сфера его применения ограничена. Устройство проточного электрического бойлера показана на рисунке:

Преимущество проточных водогрейных аппаратов состоит в том, что нагретую воду они могут подавать без подготовки и в течение неограниченного времени. Зато имеет пределы ее расход, что важно при большом количестве потребителей.

Заключение

Если распределить все перечисленные приборы по популярности, то первое место уверенно займут электрические бойлеры, причины этому понятны. На втором месте находятся газовые колонки, третье остается за бойлерами косвенного нагрева.

Электробойлер для отопления: альтернатива котлу своими руками

Электрический водонагреватель или бойлер для отопления — это эффективное и доступное устройство для многих потребителей, проживающих в частных домах. Конечно, котел для таких целей адаптирован лучше, но не каждый может позволить себе такую систему. Для небольших частных и дачных домов вполне подойдет более простой и выгодный вариант. К тому же, в некоторых случаях при правильном подходе к монтажу, отопление жилого помещения от водонагревателя может быть не менее функционально, чем котловое.

Отопление через бойлер

Водонагреватель — это электронагревательный аппарат, изначально выпускаемый для ГВС. Он выполнен в форме емкости, с внутренним расположением теплового электронагревательного элемента — ТЭН. Существуют конструкции в которых установлена группа греющих элементов от 2 до 3. С тем, чтобы понять, способно ли такое устройство служить в качестве источника отопления дома, нужно рассмотреть принципиальные различия отопительного котлоагрегата и электробойлера.

В первом варианте при подогреве воды осуществляется ее естественная циркуляция, для этого выполнены соответствующие вводы. В котлоагрегат в верхнюю часть конструкции поступает обратная остывшая вода от приборов отопления, а отводится через подающий патрубков снизу. Бойлер для отопления частного дома конструктивно выполнен так, что оба патрубка располагаются с одной и той же стороны и это не позволяет теплоносителю, двигаться по принципу естественной циркуляции. Поэтому принципиально важно — бойлер для отопления в такой системе обвязать с применением циркуляционного насоса, который будет обеспечивать принудительное продвижение воды по контуру.

Технические характеристики

Бойлер для отопления частного дома, который предполагается включать в схему для обогрева, должен функционировать в температурном диапазоне 60-70 С и обладать низкой термической инертностью системы. Последняя характеристика напрямую зависит от разновидности теплообменника и электрической мощности ТЭНа. В емкостях до 250 л нагрев достигается за 1.5 – 2.5 часа. Кроме того такие водонагревающие устройства обязаны функционировать от бытовой электросети 220 В., с нагрузкой не превышающей 30 – 40 А, чтобы домашний умелец мог подключить устройство самостоятельно, не требуя специального разрешения от РЭС.

Стандартное конструктивное строение бытового водонагревателя:

1. Корпус, который защищает функциональные элементы от вмешательства извне.
2. Накопительная емкость, расположенная в середине конструкции, изолированная от него теплоизолятором. Наилучший объем для автономного отопления считаются устройства от 150 до 300 л.
3. Нагревающий элемент — ТЭН. Может выполняться в разнообразных конструктивных формах: стержневой, спиральной и круглой.
4. Существенная характеристика для таких бойлеров — тепловая мощность. Она должна находится от 7 до 12 кВт, что позволит обогреть помещение до 120 м2.
5. Патрубки входа/выхода на бойлере для отопления. Производительность нагрева обусловливается скоростью теплопередачи, зависящей от диаметра выходящего патрубков. В бойлерах ГВС они обычно имеют сечение до 20 мм, а для отопительной функции нужно не менее 32 мм. В данном случае, чем больше диаметр, тем производительнее функционирует отопительная система. Конечно при условии, когда при этом, достаточно тепловой мощности нагревательного элемента.
6. Контролирующие первичные температурные датчики теплоносителя, интегрированные в схему работы циркуляционного насоса.
7. Реле контроля работы электрической сети, для того чтобы защитить устройство от возможных длительных перегрузок.

Критерии выбора

Как выбрать бойлер для отопления дома? Для этого нужно учитывать следующие факторы:

1. Конструктивные особенности. Оптимальный вариант для обогревательного бойлера — расположение входного отверстия сверху бака, а выходного — снизу, причем их диаметр должен составлять более 2 дюймов. При расположении входа и выхода с одной стороны устанавливается насос.
2. Мощность аппарата. При использовании бойлера для нагреваводы необходимо подбирать аппарат максимальной мощности — 3,5-5 кВт, что даст возможность обогревать помещение площадью до 50 м². Специализированный обогревательный бойлер должен иметь мощность не менее 7-8 кВт.
3. Объем бака. Для обогрева подойдет только аппарат с большим баком, что даст возможность эксплуатировать ТЭН в щадящем режиме — максимальная мощность устаналивается при первоначальном нагреве (1-1,5 ч) для формирования запаса теплоносителя, а в дальнейшем понижается. В бытовых бойлерах объем бака должен составлять порядка 70-120 л, в специализированных — более 200 л.
4. Используемые материалы. В процессе эксплуатации материал бака подвергается значительной коррозии.

При выборе бойлера следует обратить внимание на наличие защитного покрытия и используемый материал:

1. Стеклофарфоровое или эмалевое покрытие хорошо защищает от коррозии только при его целостности. При механическом воздействии и резких перепадах температур возникают трещины и иные повреждения, что создает зону активной коррозии.
2. Корпус бака из нержавеющей стали или титана прочен и долговечен, не подвержен коррозии. Главный недостаток — такие бойлеры имеют более высокую стоимость.

Преимущества и недостатки отопления с электробойлером

Главное преимущество схемы — простота. Собрать такую конструкцию способен практически любой мастер, поскольку для этой цели не потребуются ни особая квалификация, ни сложные инструменты. Еще одно преимущество — невысокая цена. Чаще всего, водонагреватели электрические для отопления продаются по более низким ценам чем электрокотлы. Благодаря этому, при создании системы теплоснабжения небольших объектов, можно существенно сэкономить. При этом можно получить очень надежную высокофункциональную систему, способную управляться через современные линии связи, например, вай фай. Именно поэтому она хорошо интегрируется в программу “Умный дом”.

К недостаткам использования водонагревателей можно отнести:

1. Невысокая мощность.
2. ТЭН постоянно находится в рабочем состоянии, что приводит его к быстрому износу. Для гарантии нужно выбирать устройства имеющие 2 и более ТЭНов.

Состав прибора, его параметры

Бойлер состоит из следующих элементов:

• Бак.
• ТЭН.
• Анод (нужен для предотвращения коррозии).
• Теплоизоляция (сохраняет тепло воды).
• Термостат (с его помощью устанавливают нужную температуру).
• Наружный корпус (от него зависит вид аппарата).
• Предохранительный клапан (необходим, чтобы устранять чрезмерное давление).

К параметрам прибора относят:

• Материал, используемый для теплоизоляции (минеральная вата, полиуретан, пенополиуретан).
• Объем.
• Покрытие бака (эмаль, сталь, стеклофарфор).
• Вариант расположения (вертикально, горизонтально, рядом с раковиной).
• Мощность ТЭНа.
• Встроен ли змеевик (если да, то бойлер можно подключить к котлу).
• Материал анода (магний, титан).

Как работает электрический водонагреватель для отопления

Как правило, такие устройства применяют исключительно для ГВС. Но современные технологии позволяют использовать его в качестве дополнительного теплового контура для нагрева воды системы отопления. Прежде чем применять водоподогреватель для подготовки теплоносителя приборов отопления необходимо произвести модернизацию его схемы подпитки:

Создать принудительный контур циркуляции теплоносителя.

Выполнить обвязку отопительной схемы с установкой обязательны устройств защиты и регулирования: расширительный бак, циркуляционный электронасос и запорно-регулирующая арматура, блок управления и защиты с первичными датчиками по температуре и давлению среды.

Оригинальность идеи, и ее практическая реализация, состоит в синхронной эксплуатации одного и того же источника: для ГВС и отопления. По этой причине предварительно рекомендуется подобрать электронасос требуемой электромощности. Он должен быть способен обеспечить покрытие всех гидравлических потерь в системе и равномерно распределить тепло по отопительным приборам. Специалисты рекомендуют в системах одновременного нагрева ГВС, и отопления предусмотреть установку фильтров очистки воды на входе перед бойлером.

Бак-аккумулятор и бойлер для отопления

Накопительный бак, в конечном счете, целиком и полностью идентичен классическому водонагревателю. Различие состоит во внутреннем змеевике, который присоединяется к отопительной системе.

Профессионально организованное система теплоснабжения через теплообменник подразумевает, что данный компонент станет осуществлять функцию термического аккумулятора. Жидкая среда, находящаяся в баке, принимает тепло через змеевиковый теплообменник, подсоединенный к внутридомовой отопительной трубной системе.

Бойлер косвенного нагрева

Оптимальной альтернативой варианта отопления небольших помещений, является включение в схему теплоснабжения бойлера косвенного нагрева. Они могут быть универсальными, способными работать на разных видах энергоносителей: газ, дымовые газы от сгорания твердого топлива и электричество.

Обычно такие устройства устанавливают в схемах теплоснабжения для повышения общего КПД в виде дополнительного источника нагрева. Основным считается традиционный отопительный котел. Для результативной работы водонагревателя непрямого нагрева требуется его установка перед вводом обратной сетевой воды в котлоагрегат. Таким способом, возможно, выполнить оптимальную систему отопления.

Что такое одноконтурный котел

Одноконтурные газовые котлы служат для нагрева теплоносителя, которым заполнена система отопления. Приготовление воды для горячего водоснабжения одноконтурный котёл не производит. В помещениях, где отапливаемая площадь, порой, превышает триста квадратных метров, используются напольные котлы. Эти отопительные устройства гораздо мощнее, чем настенные.

Настенные одноконтурные отопительные устройства чаще всего используются в квартирах многоэтажек, и могут отапливать площадь до трехсот квадратных метров. Данные котлы гораздо компактнее напольных, и весят чуть больше 40 килограмм. Настенный одноконтурный котёл органично вписывается в интерьер. Также эти настенные устройства более функциональны, нежели их напольные собратья. Мощность самых продвинутых моделей настенных одноконтурных котлов составляет не более 35 киловатт.

Одноконтурный газовый котел не имеет в своей конструкции каких-либо сложных элементов и механизмов. Данный котел состоит из:

• горелки;
• теплообменника;
• блока управления;
• водяного насоса;
• электродвигателя турбины (если котел с закрытой камерой сгорания);
• манометра;
• датчиков;
• запорной арматуры.

Настенные одноконтурные котлы могут комплектоваться расширительным бачком, который спрятан под кожухом котла. Также расширительный бачок может входить в состав и напольного отопительного устройства, которое обладает небольшой мощностью.

Электробойлер для отопительной системы своими руками

Цена промышленных модификаций отопительных водонагревателей очень высокая — от 12000 до 70000 руб. и выше. Поэтому их альтернативой может стать нагреватель выполненный собственными силами. Для этого случая допускается применять произвольный стальной бак, повышенной прочности, с параметрами соответствующими расчетным.

Для обвязки схем отопления самодельного водонагревателя потребуются такие детали:

1. Бак. Предпочтительнее будет оформить заказ у специализированной организации на устройство из некорродирующей стали либо собрать его своими силами. На корпусе необходимо расположить отверстия, для того чтобы выполнить пайку входных/выходных патрубков.
2. Змеевиковый нагревательный элемент, наилучший выбор — медный. Данный металл имеет лучший коэффициент теплопередачи и температурную эластичность.
3. Элементы крепления для обвязки систем отопления и ГВС.
4. Автоматика безопасности с первичными датчиками и защитными устройствами в виде воздушника и расширительного бака. Комплект приобретается в торговой сети по параметрам рабочего бака.
5. Теплозащита бойлера от потерь тепловой энергии. Для этого в прослойке между баком и защитным кожухом размещается стекловата/базальтовый теплоизолятор не менее 5 см.

Монтаж бойлера к отоплению

Монтаж схемы теплоснабжения с применением водонагревателя в виде источника отопления выполняется следующим образом:

1. Выбирают место и подготавливают его для установки водонагревателя. Площадка должна иметь ровную горизонтальную поверхность размером не менее 1х1 м.
2. Фундамент для конструкций с объемом более 200 л исполняют бетонным, усиленный арматурой.
3. Монтаж конструкции водонагревателя выполняют в строгом вертикальном положении.
4. Устанавливаю циркуляционный электронасос.
5. Выполняют обвязку труб. Выход водонагревателя для отопления соединяется с электронасосом, а вход – с обраткой.
6. Устанавливается запорно-регулирующая аппаратура и датчики контроля системы безопасности.
7. Выполняется подключение устройства к электропитанию через отдельный щиток с автоматом и УЗО.
8. После сборки схемы, выполняют гидравлическую опрессовку системы отопления и проверяют работоспособность электрической цепи нагрева ТЭН.

Бойлер для электроотопления — инструкция по обслуживанию

Обслуживание электробойлеров в системах теплоснабжения ничем не отличается от выполнения требуемых операций для обслуживания ТЭНового устройства. Бойлер для отопления будет хорошо работать, если придерживаться следующих правил:

1. Ежемесячно контролировать цельность термоизоляции установки.
2. Наблюдать за температурным перепадом теплоносителя, он не должен превышать 15-20 С.
3. Вести контроль плотности трубных соединений на отсутствие утечек.
4. Ежегодно перед отопительным сезоном выполнять техническое обслуживание системы с промывкой внутреннего контура и заменой прокладок.
5. Следят за параметрами работы электросети, при частых сбоях в электрических линиях нужно установить стабилизатор для сохранности электронного блока управления.

Для выбора мощности отопления от бойлера исходят из расчета 1 кВт на 10 м2 нагреваемого помещения. Данная формула хорошо применима в системах, размещенных в центральном климатическом районе России. Далее потребуется определиться с минимальным объемом бака. При условии, минимального уровня аккумуляционной способности – 5 кВт и температурном перепаде между прямой и обратной воды -20 С, объем бака составит:

V=5/20=0.25 м3 или 250 л

Инертность нагрева

Скорость повышения температуры воды в трубах для электрических котлов достаточно высокая. Среднее время нагрева с 25 град до 60 составляет 15-20 мин в зависимости от объема системы. В этом плане отопление с помощью водонагревателя значительно уступает традиционному. Для того чтобы объем воды в бойлере емкостью 150 литров достиг нужного значения температуры необходимо ждать около часа. Основными критериями, влияющими на этот показатель, являются мощность ТЭНов, объем бака и всей системы в целом.

Однако когда электрический котел перестает работать – вода в трубах быстро остывает. В то же время в системе водонагревателя большой объем горячей жидкости находится в баке и потребуется несколько циклов циркуляции, чтобы она остыла. Т.е. в случае непредвиденного отключения электричества теплоноситель в бойлерной системе будет еще некоторое время горячим.

Резюмируя эти факторы можно определить основные условия использования электрического водонагревателя для отопления:

• Площадь отапливаемого помещения должна быть относительно небольшой. Это обусловлено соотношением 1 кВт тепловой энергии на 10 м.кв;
• Хорошее качество проточной воды для сохранения всех элементов отопления;
• Для наполнения бака необходимо создать такой же напор, как и в водопроводе – 4 атм. Это касается только тех случаев, когда устанавливается обычный бойлер не предназначенный для отопления из водонагревателя. В специализированных моделях значение минимального давления значительно ниже – от 1,5 атм.

Можно использовать электрический водонагреватель для отопления дома с небольшой площадью до 80 м.кв. Прежде всего это относится к дачным постройкам.

Вторым способом использования проточного водонагревателя для отопления является обустройство системы теплый пол. Но даже в этом случае необходимо внимательно ознакомиться со схемой подключения прибора к трубопроводу.

Обзор водонагревателей для электроотопления

Производители отопительных аппаратов, уже выпускают обычные бойлера, адаптированными для установки в теплоснабжающих сетях. Их тепловая мощность увеличена до 12 кВт, кроме того они имеют повышенные диаметры вводов для подключения во внутридомовой системе отопления.

Отопление от бойлера реализовать не сложно. Так как такое оборудование широко представлено на рынке, как отечественными, так и зарубежными производителями. Выбор их будет зависеть от требуемого вида энергоносителя и, типа нагрева: емкостные или косвенного нагрева. Последние больше используются в автономных схемах теплоснабжения, поэтому здесь действует принцип — чем больше, тем лучше. Они хорошо применяются во время отопительного сезона, а

летом для ГВС — разумнее применить комбинированные водонагреватели.

Наиболее популярные модели водонагревателей, которые используются в системах отопления:

1. Бойлер для отопления Thermex Champion Titaniumheat 150 V, производство Россия, ТЭН, объем 150 л, цена – 12190 руб.
2. Водонагреватель для отопления Gorenje TGU150NGB6, производство Сербия, ТЭН, объем 150 л, цена – 14320 руб.
3. Ariston ABS PRO R 150 V, производство Россия, ТЭН, объем 150 л, цена – 14970 руб.
4. Bosch WSTB 200, производство Германия, косвенный нагрев, объем 197 л, цена – 40833 руб.
5. Baxi Premier plus 150 (30 кВт), производство Италия, косвенный нагрев, объем 150 л, бак из нержавейки цена – 68600 руб.
6. Buderus Logalux SU160/5 производство Германия, косвенный нагрев “змеевик в змеевике”, нержавеющая сталь DUPLEX, объем 160 л, цена – 68869 руб.

Фотографии по тексту для наглядности о сказанном

Бак-накопитель и электробойлер

Монтаж электробойлера в контуре отопления

Бойлер Ariston ABS PRO R 150 V

Модель водонагревателя Thermex Champion Titaniumheat 150 V

Разновидности электробойлеров для отопительной системы

Бойлер косвенного нагрева