Устройство, схема и принцип действия бойлера

Виды бойлеров косвенного нагрева

Современные бойлеры косвенного типа имеют разнообразную конструкцию и форму. Помимо округлого тонкостенного бака, существуют бойлеры, имеющие более сложное устройство, позволяющее оборудованию быть более экономичным и эффективным. Классификация оборудования выполняется по нескольким признакам.

Типы теплообменника

Косвенные водонагреватели могут иметь теплообменник различной конструкции:

• одноконтурный змеевик — спиралеобразная металлическая тонкостенная труба, расположенная внутри ёмкостного бака. Из-за циркуляции теполоносителя по трубе змеевик нагревается и передаёт тепловую энергию холодной воде, которая находится в баке. Это самая простая и доступная конструкция на рынке;
• двухконтурный змеевик — конструкция аналогичная описанному выше варианту с той лишь разницей, что водонагреватель обеспечивает одновременную подачу нагретой воды и теплоносителя для центрального отопления. Такое оборудование несколько дороже более простого аналога, но гораздо эффективнее при необходимости нагрева большого количества воды;
• конструкция типа «бак в баке» – оборудование имеет бак, состоящий из ёмкостей большего и меньшего размера. Внутри большого бака располагается вода, которую необходимо нагреть, а внутри меньшего — теплоноситель. Такие бойлеры обладают не только высокой скоростью нагрева воды до 75–90 оС, но и выполняются в более габаритных корпусах;
• комбинированный бойлер — конструкция водонагревателя с двумя теплообменниками. Первый представляет собой обычный змеевик из алюминиевой или медной трубы. Второй выполнен в виде трубчатого электронагревателя. Комбинированные модели имеют довольно высокую стоимость, но и сочетают в себе функции разных устройств.

Материал теплообменника

Для изготовления теплообменника в виде змеевика и внутреннего бака используются такие материалы, как:

• латунь — низкая теплопроводность, 100–110 Вт/(м∙°C);
• алюминий — средняя теплопроводность, 200–240 Вт/(м∙°C);
• медь — высокая теплопроводность, 360–390 Вт/(м∙°C).

Чем более высокую теплопроводность имеет материал теплообменника, тем дороже бойлер.

Способ установки

В зависимости от способа установки устрйоства подразделяются на два типа:

1. Настенный — оборудование монтируется на подвесной кронштейн, закреплённый на поверхности стены. Ёмкость бытовых настенных бойлеров обычно не превышает 200 л, но в линейке некоторых производителей можно встретить конструкции вместимостью до 650 л.
2. Напольный — бак устанавливается на поверхность пола в непосредственной близости от нагревательного котла. Средняя ёмкость бытовых напольных моделей варьируется от 200 до 500 л. Промышленные варианты имеют только напольный способ установки.

Способ компоновки

По способу расположения конструктивных элементов водонагреватели подразделяются на два типа:

1. Вертикальный — наиболее распространённый способ компоновки, позволяющий сэкономить внутреннее пространство в помещении. Вертикальные устройства имеют ограниченный объём и размеры, поэтому такое исполнение вполне подходит для использования в частном секторе.
2. Горизонтальный — не имеет чётких ограничений по объёму и габаритам. Как правило, такие устройства за счёт большего размера имеют множество дополнительных функций. Например, более толстый теплоизоляционный слой, рециркуляция и накопление.

Выбор бойлера для самостоятельного изготовления

Общее устройство бойлера косвенного нагрева довольно простое — при умении работать с электроинструментом и сваркой водонагреватель можно изготовить самостоятельно.

Изготавливать самостоятельно бойлер c теплообменником типа «бак в баке» не желательно. Во-первых, потребуется найти или изготовить сам бак, что потребует достаточно много сил и времени. Во-вторых, при изготовлении водонагревателей большого объёма габариты конструкции увеличиваются в несколько раз.

К тому же заводские модели, изготавливаемые по этой технологии, имеют специальное покрытие (эмаль, керамика, серебряное напыление) на теплообменнике. Повторить нанесение подобного покрытия в «гаражных условиях» не получится.

Бойлер косвенного нагрева своими руками

Бойлер косвенного нагрева – это бюджетный аналог электрического , который не зависит от электричества или газовой магистрали. Подогрев воды в бойлере происходит за счет спиралеобразной трубы, находящейся внутри емкости. По змеевику из отопительного контура поступает горячая вода, которая через поверхность трубки нагревательного элемента отдает тепло воде в водонагревателе. Выходная труба для доставки горячей воды расположена обычно в верхней части накопительного бака. Обе трубки оснащают шаровыми кранами, позволяющими легко соединить конструкцию с водопроводом и отопительной системой. Чтобы минимизировать теплопотери, емкость надежно укутывают слоем теплоизоляции.

К главным достоинствам изготовленного своими силами бойлера можно отнести:

• установку рядом с котлом системы отопления;
• дешевизну монтажных работ;
• отсутствие расхода энергии на прогрев воды;
• постоянное поддержание температуры воды в нагревателе;
• возможность присоединения к центральной отопительной магистрали.

Есть у данного варианта и минусы:

• для монтажа бойлера потребуется достаточно свободного пространства;
• нагрев большого объема холодной воды займет много времени;
• во время прогрева емкости эффективность работы отопительного контура несколько снижается;
• на змеевике внутри бака быстро образуется налет, что требует регулярного (один-два раза в год) очищения.

Соорудить бойлер своими руками значительно проще, чем полноценный водонагреватель. Именно простота конструкции делает его столь популярным.

Бойлеры прямого нагрева

В таких системах передача тепловой энергии идет непосредственно на нагреваемую для дальнейшего бытового использования воду. Они могут быть электрическими или газовыми.

Электрический бойлер прямого нагрева

Компоновка, расположение, размещение входных и выходных патрубков, система контроля и автоматики от производителя к производителю может существенно различаться, однако принципиальная схема – едина. На рисунке приведен ее общий упрощенный вид:

Электрический бойлер прямого нагрева — схема

• Вся конструкция собрана в металлическом корпусе (1), имеющем то или иное внешнее декоративное исполнение. Внутри расположен бак для воды (2), а пространство между ним и внешним корпусом заполнено термоизоляционным материалом (3), чаще всего – пенополиуретаном.
• Подача холодной воды осуществляется через заборный патрубок (4), на который ставится обратный клапан и предохранительный клапан, срабатывающий при превышении давления внутри бойлера. Труба подачи (10) обычно, во избежание образования турбулентных потоков воды, оснащается сетчатым распылителем.
• Через шнур питания (5) на нагревательный элемент — ТЭН (9) подается переменный ток.Устройство обязательно снабжается системой контроля температуры и терморегулятором, позволяющим выставить требуемый уровень нагрева воды и производить автоматическое отключение подачи электропитания при достижении необходимой температуры.
• Патрубок (6) подключается к системе горячего водоснабжения — через него подогретая вода через трубку (8) из верхней части бойлера поступает на точки потребления. Необходимое давление поддерживается постоянно открытой подачей холодной воды – она пополняет бак по мере расхода, и он всегда остается наполненным.
• Воздушный клапан (7) служит для стравливания воздуха при первоначальном заполнении бойлера водой – он не дает образоваться воздушной подушке.

Чтобы в баке с водой не возникало гальванической коррозии, в нем располагают анод, выполненный из магния. Его электропотенциал меньше, чем у корпуса бака или поверхности нагревательного элемента, поэтому разрушительные процессы коррозии будут воздействовать именно на него. Периодически, по мере коррозии и зарастания, анод заменяют на новый.

 Подобная схема проста, и является наиболее распространенной среди бытовых бойлеров. Подобные устройства, как правило, недороги, что обуславливает их популярность у потребителей. Главный недостаток – ТЭН работает непосредственно в нагреваемой проточной воде, что ведет к достаточно быстрому его зарастанию растворенными в ней минеральными отложениями.

Газовый бойлер прямого нагрева

Газовый бойлер достаточно прост по принципу своего действия и имеет следующее общую компоновку:

Газовый накопительный водонагреватель

• В металлическом корпусе (чаще всего – из нержавеющей стали), имеющем надежную термоизоляцию, расположен бак для воды.
• Через патрубок (1) в нижнюю часть емкости подается холодная вода. В верхней части бака вварен патрубок для забора подогретой воды с последующей ее раздачей на точки потребления.
• Газовая горелка находится под донной частью емкости (4), ее закрывает от воды полукруглая панель, играющая роль теплообменника.
• Вторым теплообменником является труба для отвода продуктов сгорания – она проходит через емкость с водой. Отвод газов производится через обычный дымоход или систему коаксиального типа (в зависимости от модели бойлера – с открытой или закрытой камерой сгорания).
• Магниевый анод (5) служит для сбора накипи – его необходимо регулярно менять, по мере зарастания.
• Бойлер обязательно снабжен системой автоматического контроля – термостатом (3), для отслеживания уровня температуры, клапаном для перекрытия подачи газа при достижении установленного уровня нагрева воды, устройством пьезорозжига – для автоматического запуска газовых горелок при остывании жидкости по мере ее расхода.

Бойлер, работающий на газе, имеет высокую производительность, он значительно экономичнее электрического. Однако есть у него и существенные недостатки – он требует обязательного дымохода, и его установка сопряжена с процессом согласования проекта с контролирующими органами технадзора. Кроме того, такие бойлеры прямого нагрева – намного дороже электрических.

Обслуживание водонагревателя

Перечень работ по обслуживанию не слишком объёмист:

• замена магниевого анода;
• чистка от накипи;
• проверка обратного клапана на входе.

Следует заметить, что многие мастера по обслуживанию бойлеров в частных беседах или в дискуссиях на тематических форумах дают следующий совет: пока водонагреватель нормально работает, разбирать его и что-либо менять не нужно. Известны случаи, когда бойлеры по 10 и более лет исправно работали без всякого вмешательства — тут всё зависит от количества солей в воде, то есть её жёсткости.

Если бойлер дорогой и на гарантии, лучше менять анод с помощью сервисных специалистов

Если же прибор стал явно хуже греть воду, а во время работы нагревателя внутри раздаётся шипение или потрескивание, значит, слой накипи развил значительную толщину и магниевый анод действительно пора менять

Заодно бак и ТЭН нужно осторожно очистить от солевых отложений

Тем, у кого вода в водопроводе обладает повышенной жёсткостью, рекомендуется принять меры по её умягчению. Есть два пути:

1. Установить перед бойлером умягчающий фильтр с картриджем, заполненным ионообменной смолой. Данное вещество замещает ионы кальция и магния безвредным натрием. Лучше выбирать такие фильтры, которые можно регенерировать (восстановить) в домашних условиях.
2. Установка гидромагнитной системы (ГМС). Данное устройство является энергонезависимым. Оно снабжено постоянным магнитом, поле которого вызывает кристаллизацию солей жёсткости, вследствие чего они из раствора превращаются в шлам — взвесь мелких частиц. Шлам задерживается фильтром тонкой очистки, установленным после магнита.

3 Способы нагрева

Метод нагрева выбирается в зависимости от наличия определенного топлива и условий эксплуатации. Важную роль играет и удобство эксплуатации устройства. По источнику нагрева бойлеры делятся на четыре группы:

1. 1. Электрические. Это самая распространенная и многочисленная группа агрегатов. Такие модели заслуженно считаются наиболее удобными в эксплуатации, поскольку требуют только подключения к электрической сети. Подавляющее большинство электробойлеров имеют мощность от 1 до 3 кВт. Питаются они от стандартной сети переменного тока. В случае частых перебоев с электроснабжением рекомендуется рассмотреть модели с другим способом нагрева.
2. 2. Газовые. Вторые по популярности устройства. Газовый нагрев выгодно с экономической точки зрения использовать лишь в газифицированных домах. Возможно и подключение агрегата к баллону. Однако применение сжиженного природного газа из баллонов сопряжено с большими денежными затратами.
3. 3. Твердотопливные. Эти модели ранее были довольно популярными, но сегодня используются редко. Топливом служит кокс или каменный уголь. В некоторых моделях предусмотрено использование дров. Экологичность таких устройств невысокая, однако их с успехом применяют в сельской местности, где уголь и дрова стали самым доступным видом топлива.
4. 4. Косвенного нагрева. Для нагрева используется сторонний источник тепла. Для этих целей могут применяться всевозможные печи и камины, сквозь которые проходит водяной контур. Иногда нагрев осуществляется системой отопления, однако такой способ нецелесообразен, ведь горячая вода нужна круглый год, а отопление — только в холодные месяцы.

Особенности работы бойлера накопительного типа

Обезопасить себя от непредвиденного отключения подачи горячей воды можно при помощи специального устройства, обеспечивающего нагрев в любое время года. Принцип работы накопительного водонагревателя достаточно прост, но эффективен: он способен сохранять температуру 85 °C длительное время при минимальных затратах электроэнергии. Состоит из бака (необходимая емкость которого выбирается), ТЭНа (трубчатого электронагревателя) и теплового электрода. В отличие от своего аналога, проточного водонагревателя (который удерживает температуру всего около 40 °C), его обязательно оценят любители принимать сильный контрастный и просто горячий душ.

Устройство электрических водонагревателей

Большинство современных накопительных водонагревателей создаются по типу обычного термоса. Емкость изготовлена из стабилизированной стали, а её внутренняя поверхность – из стеклофарфора или титана. Каждый из этих материалов обладает полезной способностью удерживать тепло в баке длительный период времени, оставляя воду чистой. Принцип действия накопительного водонагревателя несложен, в его стандартную схему входят:

• ТЭН – нагревательный элемент, представляющий собой нихромовую спираль, облаченную в медный кожух;
• соединительные трубы для подачи жидкости (холодной и горячей);
• кран слива водогрея;
• предохранительный клапан для предотвращения произвольного слива и регуляции давления в системе;
• термостат, термометр и индикатор;
• магниевый анод – его наличие защищает от возникновения электрохимической коррозии;
• кронштейн для крепления устройства к стене;
• внутренний бак, наружный корпус и крышка.

Как работает накопительный бойлер и водонагреватель, понять просто. Задается необходимый температурный режим, после достижения которого нагрев прекращается. В момент расходования воды или её остывания отключаются установленные ТЭНы.

Производители часто пишут только общие особенности работы современных водонагревателей, забывая предложить покупателю более точную маркированную схему. Подсоединение бойлера накопительного типа при помощи квалифицированного специалиста обходится в среднем не меньше, чем в 30 % от стоимости обогревателя.

Если решено устанавливать накопительный нагреватель самостоятельно, предлагаем следующие рекомендации, которые оградят от серьезных ошибок и помогут в скором монтаже:

• Перед началом проверьте давление в водопроводе: оно не должно превышать 6 атм, в противном случае поставьте специальный редуктор.
• Определите возможности электропроводки в квартире. Если нагреватель планируется использовать часто и для выполнения сразу нескольких функций, то рекомендуется проложить от него к щитку отдельный кабель.
• Посредством двух шаровых кранов (для холодной и горячей жидкости) присоединяем устройство к системе водоснабжения.
• Чтобы обеспечить защиту от механического разрушения потребуется установить предохранительный клапан. Не лишним будет и в целом понимание того, как работает система безопасности накопительного водогрея.
• Если качество воды оставляет желать лучшего (или вы принципиально не доверяете коммунальным службам), поставьте фильтр для её очистки на входе в водонагреватель.
• До того как подключить прибор к энергосети, следуйте элементарным мерам безопасности.

Производители, согласно принципу действия и функциям водонагревателя, особое внимание уделяют встроенным системам безопасности. Однако лично соблюдать элементарные правила обращения с установкой также необходимо:

• избегайте подключения электрода в момент, когда в баке имеется даже небольшое количество жидкости;
• если заземление отсутствует – не включайте устройство;
• по характеристикам бойлеры накопительного обогрева разных моделей могут отличаться друг от друга. При монтаже используйте сменные детали и узлы соединений из такого же комплекта;
• вода, прошедшая через водонагревательную систему, непригодна для питья и в пищу;
• перед подключением устройства к энергосети отключите подачу тока во всём помещении;
• не забывайте менять магниевый анод (примерно каждые полгода);
• следите, чтобы необходимый температурный режим соблюдался постоянно, не доходя до предела. В инструкции по эксплуатации производители всегда указывают его максимальный порог.

Следуйте этим несложным рекомендациям. Помните, качественный водонагреватель накопительного типа работает по принципу любой другой техники: если обращаться с ней бережно и аккуратно, всё будет функционировать превосходно.

Виды водонагревателей косвенного нагрева

Все бойлеры косвенного нагрева отличаются конструкцией, типом монтажа и внутренним устройством. По виду установки водонагреватель может быть:

• Настенным;
• Напольным.

Настенные бойлеры чаще используются для бытовых нужд, их емкость редко превышает 150 литров. Связано это с тем, что большой вес выдержит не любая стенка.

Напольные бойлеры могут быть большей емкости, их часто используют в промышленных нуждах. Самые большие модели могут иметь объем более 1000 литров.

По конструкции различают вертикальные и горизонтальные водонагреватели косвенного нагрева. Вертикальные более распространены, они не занимают много места. Такой бойлер легко поместится в небольшой ванной или туалете.

Горизонтальные бойлеры встречаются реже. Их обычно ставят там, где необходим большой расход воды и есть свободное место. Например – в котельной, подсобном помещении. Они часто выпускаются в виде напольных вариантов большой емкости.

По принципу работы различают:

• Накопительный бойлер;
• Система «бак в баке»;
• Бойлер косвенного нагрева с ТЭНом;
• Комбинированный водонагреватель;
• Бойлер с рециркуляцией.

Накопительный бойлер

По сути, это обычный бак с теплоизоляцией, через который проходит змеевик с горячей водой от системы отопления. Пока в ней циркулирует вода – водонагреватель работает. Если ее нет – приходится пользоваться горячей водой из-под крана.

Возникает вопрос: Как работает бойлер косвенного нагрева летом? Ответ – он не работает. Из него на лето лучше сливать воду, чтобы она не застаивалась. В противном случае появится неприятный запах, в баке могут завестись грибок или плесень.

Система «бак в баке»

В таком водонагревателе вместо змеевика установлен отдельный бак. В него поступает горячая вода или теплоноситель высокой температуры, +90…+95 градусов. Внутренний бак греет воду, находящуюся вокруг него в наружном. А ее можно использовать для собственных нужд.

Плюс системы «бак в баке» – быстрый прогрев воды. Минус – большой вес бойлера. Ведь кроме полезного объема в нем находится вода, содержащаяся во внутреннем баке.

Некоторые производители выпускают бойлеры «бак в баке» с дополнительными контурами (см. рис.). Например, отопительный контур может быть запитан от центральной системы отопления, а внутренний бак прогреваться за счет газового котла.

Бойлер косвенного нагрева с ТЭНом

Это самый распространенный вариант. В таком водонагревателе установлен один или два (в зависимости от объема) ТЭНа. Их можно включать вручную, либо автоматически. Удобство заключается в следующем:

• Бойлер работает зимой от системы отопления, а летом – от электричества;
• Если идет большой расход воды – автоматически включится ее подогрев за счет электричества;
• Можно включить ТЭН чтобы быстро подогреть холодную воду.

Комбинированный водонагреватель с газовым котлом

Такие косвенные водонагреватели недешевы, но позволяют сэкономить при использовании. Вам не придется покупать отдельно бойлер и газовый котел – все совмещено в одном устройстве.

Бойлер с рециркуляцией

Для установки такого водонагревателя необходимо делать соответствующую разводку труб. Но и уровень комфорта будет соответствующим. Водонагреватель с рециркуляцией позволяет не ждать, пока горячая вода дойдет то точки потребления.

Пример:
Обычный бойлер косвенного нагрева находится в подвале дома, в котельной. А вы хотите помыть руки в ванной комнате на втором этаже. Сначала придется подождать, пока сольется холодная вода из системы и только потом пойдет горячая. На это может уйти одна-две минуты.

При использовании бойлера с рециркуляцией горячей воде не потребуется преодолевать два этажа до крана. Она постоянно подается к нему.

В бойлере с рециркуляцией установлен насос, который постоянно качает воду по системе. Даже когда кран в ванной комнате закрыт, горячая вода из водонагревателя идет к нему и возвращается по отдельной трубе.

При этом будут небольшие затраты электроэнергии на работу насоса, но в некоторых случаях такая система вполне оправдана.

Виды водонагревателей

В индивидуальных домах при отсутствии магистрали центрального водоснабжения воду получают из колодезных или скважинных источников, закачивая ее в бытовой водопровод с помощью погружных или поверхностных электронасосов (насосных станций). При этом для комфортного проживания потребитель нуждается в горячей воде, которую можно получать различными способами. Популярный вариант агрегата для подогрева воды – газовая колонка, монтируется в случае, если дом подключен к централизованной газоподающей магистрали.

При отсутствии газа в индивидуальном доме или квартире остается единственный удобный вариант нагрева воды (отопительный котел не имеет смысла рассматривать из-за технологических сложностей получения в нем расходуемой горячей воды) – применение различного вида электрических водонагревателей (бойлеров).

Еще один метод нагрева холодной воды для домов, лишенных электроэнергии и газа – дровяные (твердотопливные) колонки с общепринятым народным названием Титан.

Рис. 2 Как подключить Титан – обвязка и конструктивное устройство колонки на твердом топливе

Проточные. Представляют собой трубчатый электронагревательный элемент (ТЭН) в виде неизолированной спирали, помещенный в трубопровод, внутри которого протекает вода, включается только при водопотреблении.

Чтобы обеспечить сквозной нагрев большого водного объема до высокой температуры, понадобится значительная электрическая мощность прибора около 10 кВт (ее все равно не хватит для нагревания объемов воды, необходимых для одновременного заполнения ванны, принятия душа и мытья посуды). Данную мощность выдержит не каждая проводка в частном доме (для его комфортного снабжения горячей водой понадобится 20 кВт мощности нагревателя), а тем более в квартире.

Для подачи электроэнергии на водонагревательный прибор придется вести отдельную линию проводом большого сечения от электрического щитка, что не всегда приемлемо и ведет к значительным финансовым расходам. Поэтому проточный нагреватель – прибор для небольших объемов потребления горячей воды.

Рис. 3 Основные узлы проточного бойлерного водонагревателя

Накопительные.