Мировые тенденции в области инженерных коммуникаций в последние десятилетия все больше тяготеют к максимальной децентрализации. Приготовление всего необходимого для комфортной жизни или полноценного производственного процесса непосредственно на месте потребления является важной составляющей ресурсосберегающего природопользования. В качестве энергоносителя наиболее удобным вариантом является электричество. К преимуществам электрического водонагрева относятся:
- доступность — электричество сейчас проведено практически в каждое здание, включая глухие деревни и летние дачные домики;
- простота — электричество стало уже настолько привычным атрибутом нашей повседневной жизни, что для эксплуатации нового электроприбора от пользователя не потребуется никаких новых навыков;
- экологичность — об экологической чистоте электричества сейчас ведутся достаточно ожесточенные споры, ведь, действительно, при производстве электроэнергии ущерб окружающей среде все-таки наносится, но смысл экологичности электропотребления заключается в том, что загрязнение воздуха происходит не в мегаполисе, где воздух и без того сильно загазован, а в отдалении от него;
- безопасность — для установки бытового электрического водонагревателя накопительного типа обычно не требуется никаких дополнительных разрешений, установка и эксплуатация исправного бойлера не представляет угрозы жизни пользователя, его мощность не создает дополнительной чрезмерной нагрузки на общедомовую электросеть, причем водонагреватель практически не требует обслуживания, а техника безопасности не сложнее, чем при нагреве электрочайника.
Для индивидуального водопотребления вполне подходят водонагреватели, предназначенные для настенного монтажа, емкостью до 200 л. Горячей воды в быту требуется обычно меньше, чем может показаться. Ведь воду в емкости можно нагревать до гораздо более высоких температур, чем требуется, и потом уже смешивать с холодной водой. Любые расчеты по емкостному водонагревателю удобно производить по общим формулам (1) и (2):
Q = cμсмеш(tсмеш – tхол), (1)
где Q — энергия, которую необходимо затратить для нагрева воды, Дж; c — удельная теплоемкость воды, которая при 10 °C равна 4,192 кДж/(кг⋅°C); μсмеш — масса нагреваемой воды, кг; tсмеш — необходимая температура нагретой воды; tхол — температура нагреваемой воды. Для простоты расчетов удельную теплоемкость воды обычно принимают равной 4,2 кДж/(кг⋅°C), а массу воды μ численно приравнивают к ее объему V в литрах (μ = ρV, где ρ — плотность воды, которая при 10 °C равна 0,99973 г/см3); Q = P τ, где P — требуемая мощность для нагрева данного объема воды на указанную разницу температур, кВт; τ — время нагрева, с. Поскольку требуется не кипяток, а разбавленная вода, используем выведенное из формулы (1) выражение:
cμгор(tсмеш – tгор) + cμхол(tсмеш – tхол) = 0, (3)
где μгор — масса горячей воды в бойлере; tгор — температура горячей воды в бойлере. Проведя вычисления по данным формулам, с учетом возможности задания значения tгор вплоть до 85 °С, получаем требуемый объем обычно в пределах 100 л. Итак, настенный электрический емкостный (накопительный) водонагреватель или бойлер создан для аккумулирования определенного запаса воды с последующим нагревом ее до заданной температуры и ее поддержанием с целью распределения по системе горячего водоснабжения (ГВС).
Холодная вода поступает в нижнюю часть водонагревательной емкости. Для того, чтобы струя поступающей воды не смешивалась с нагретой, применяют разнообразные рассеиватели, способствующие распределению воды вдоль дна бака. Нагревшаяся вода под действием конвекционных сил поднимается вверх, вытесняя холодные слои. Так происходит естественная циркуляция воды. После нагревания всего объема воды до нужной температуры нагрев отключается.
Водонагревательная емкость изготавливается из стали или нержавеющей стали. В первом случае она нуждается в дополнительной защите от коррозии, которую обеспечивает специальная эмаль. Состав эмали и способ ее изготовления производители держат в секрете, давая лишь общую информацию о названии технологии и температуре нанесения. Для нержавеющих бойлеров важную роль играет качество сварных швов. Из представленных в обзоре производителей нержавеющими моделями располагают Ariston (ABS Platinum), Timberk (FS, RS), Thermex (Flat, Diamond).
Ariston использует аргонно-дуговую сварку швов вольфрамовым электродом по системе Micro Plasma TIG (Tungsten Inert Gas). Аргон практически не вступает в химические взаимодействия с расплавленным металлом и другими газами в зоне горения дуги. Будучи на 38 % тяжелее воздуха, аргон вытесняет его из зоны сварки и надежно изолирует сварочную ванну от контакта с атмосферой. Thermex выбрал японскую технологию сварки нержавеющей стали G.5, где сварка производится электронным лучом в вакуумном поле.
Наибольшее распространение такая сварка получила в аэрокосмической промышленности, где качество и надежность играют ключевую роль. Технология сварки G.5 не нарушает структуру нержавеющей стали и сохраняет легирующие добавки, что сохраняет высокую степень устойчивости сварных швов водонагревателей к коррозии. На рынке представлены также так называемые «безнапорные модели», в которых водонагревательная емкость сделана из пластика.
Эксплуатация такого водонагревателя накладывает определенные ограничения на параметры эксплуатации. В частности, они могут использоваться лишь со специальной водоразборной арматурой и только для одной водоразборной точки. К преимуществам таких баков относятся отсутствие коррозии и малый вес. Водонагревательная емкость располагается обычно вертикально и имеет круглое либо квадратное внешнее сечение облицовки.
Но некоторые производители включают в свой ассортимент узкие (Ariston, AEG, Stiebel Eltron, Nibe, Thermex), плоские (Gorenje, Austria Email, Ariston) и даже горизонтальные модели (Nibe, Timberk, Gorenje, Ariston) для монтажа в условиях ограниченного пространства. Нагрев производится с помощью электроТЭНа, расположенного в нижней части емкости. Там же размещены штуцеры наполнения и забора воды.
В горизонтальных и универсальных баках нагревательный элемент иногда заводится сбоку, но данное конструктивное решение менее предпочтительно, поскольку не соответствует направлению естественной конвекции, поэтому в глубине бака может возникнуть зона недогрева, где начнут размножаться бактерии. ТЭН бывает один или несколько. В последнем случае возможна активация опции ускоренного нагрева, позволяющего единократно увеличить мощность нагревательного элемента (Ariston, Thermex).
В прежние годы конструктивное исполнение нагревательной группы во всех типах настенных бойлеров было «мокрым», то есть ТЭН и трубка с термодатчиком всегда располагались внутри самого бака. Это накладывало определенные ограничения на качество воды, в частности, ее жесткость. Поскольку температура нагревательного элемента намного выше температуры окружающей среды, накипь на нем откладывается в первую очередь.
Да и замена либо профилактика ТЭНа требовала полного опорожнения бойлера. Сейчас некоторые изготовители применяют в своих баках «сухой ТЭН», размещенный под дном водонагревательной емкости, который можно демонтировать в любое время. Некоторые современные водонагреватели оснащены цифровым дисплеем с электронным управлением температурой воды, даже с возможностью программирования (Ariston, Gorenje, Thermex). Цвет водонагревательной емкости, как правило, белый. Но вовсе не обязательно. Рынок активно завоевывают модели бойлеров черного цвета и цвета металлик (Timberk, Gorenje, Thermex).
