Газовые накопительные водонагреватели выпускаются в настенном (от 50 до 150 л) и напольном (от 100 л) вариантах. Описанные в обзоре водонагреватели имеют открытую камеру сгорания, т.е. используют для горения кислород из помещения, в котором они расположены. Основные элементы водонагревателя таковы:
- стальной бак, защищенный изнутри специальным покрытием и снабженный магниевым анодом либо анодом с внешним питанием для предотвращения коррозии;
- теплоизоляция толщиной от 25 до 50 мм;
- стальной наружный корпус;
- газовая горелка с пьезоили электроподжигом газа;
- блок управления и система защиты, перекрывающая поступление газа в случае каких-либо неисправностей;
- вытяжной колпак, препятствующий обратному потоку отходящих газов.
Обычно КПД газового бойлера составляет приблизительно 90 %. Температура воды в водонагревательной емкости задается при помощи терморегулятора и поддерживается автоматически. Зажигание горелки при наличии пьезоподжига производится в два этапа: для розжига запальной горелки, которая горит постоянно, нужно нажать кнопку, а основная горелка включается автоматически при снижении температуры воды в бойлере.
Если водонагреватель оснащен электроподжигом, то этап с розжигом запальника пропускается, но вместо него необходимо подключить водонагреватель к электросети. В конструкцию некоторых газовых водонагревателей входит водяной предохранительный клапан, который защищает бак от избыточного давления. Если его нет в комплекте базовой поставки, то необходимо обязательно установить на подачу холодной воды группу безопасности.
Большинство водонагревателей оснащены стальной горелкой для работы на магистральном природном газе, которую обычно можно при необходимости переоборудовать на эксплуатацию со сжиженным газом. Использование емкостного газового бойлера прямого нагрева можно рекомендовать в следующих случаях.
1. Наличие значительных единовременных водопотреблений. Максимальная мощность стандартной газовой колонки обычно составляет P = 24 кВт, некоторые производители предлагают отдельные модификации с мощностью 28 кВт. От таких водонагревателей можно ожидать проток v при температуре входящей воды tх = 10 °C и температуре нагретой воды tг = 50 °C не более:
где P — мощность нагрева, Вт; τ — время нагрева, с; c — удельная теплоемкость воды, равна 4,183 кДж/(кг⋅K), в приблизительных расчетах принимают значение 4200; ρ — плотность воды, равна 0,9982 г/см3, в приблизительных расчетах принимают значение 1. Такой проток подходит для полноценного обеспечения горячей водой не более двух водоразборных точек типа душа или рукомойников. Двухсотлитровая ванна будет наполняться примерно 20 минут, при этом вода будет иметь температуру, как указывалось выше, не более 50 °C. Поэтому для комфортного пользования горячей водой в домах с пиковым водопотреблением, превышающим 10 л/мин., можно уже рекомендовать установку газовых емкостных водонагревателей, а не проточных.
2. Необходимость нагрева воды в системе ГВС до значительных температур. Многие газовые колонки имеют ограничение на максимальную температуру нагрева не более 55–60 °C. Но даже если оно отсутствует, повышение температуры до, например, 80 °C все равно пройдет с ограничениями в силу недостаточно внушительного протока:
Поэтому, если имеется потребность в более высоких температурах, емкостной водонагреватель является наиболее простой альтернативой. Это может требоваться при различных технологических процессах, например, на пищевых производствах.
3. Наличие большого количества водопотребителей с большой вероятностью одновременной работы. Если предполагается, что водонагреватель должен обеспечивать несколько водоразборных точек в одно и то же время, лучше предпочесть накопительный тип. Это поможет избежать ситуации с уменьшением температуры нагретой воды или протока.
Примерами могут служить индивидуальные дома с несколькими санузлами, кафе или другие общественные заведения с несколькими рукомойниками, душевые на предприятиях. Например, для одновременной работы двух душевых с расходом 8 л/мин. потребуется проток: 8 × 2 = 16 л/мин. При таком расходе температура воды, получаемая при помощи проточного водонагревателя, не поднимется выше:
Нагрев воды при помощи проточного газового водонагревателя будет приводить к серьезному дискомфорту, что позволяет сделать вывод о необходимости обеспечения нагрева в накопительной емкости. В данном случае при пользовании душем в течение 15 минут потребуется 240 л воды с температурой 50 °C. Поскольку нужен не кипяток, а разбавленная вода, то используем выражение [2]:
cmг(tсмеш – tг) + cmх(tсмеш – tх) = 0,
где mг — масса горячей воды в бойлере, численно приблизительно равна объему бойлера; mх — масса холодной воды для подмешивания, численно приблизительно равна объему; tг — температура горячей воды в бойлере, tсмеш — температура смешанной воды, tх — температура холодной воды. Если нагретая в бойлере вода имеет начальную температуру 85 °C, необходимо разбавить ее ровно пополам, т.е. для обеспечения поставленной задачи подойдет газовый водонагреватель емкостью от 120 л.
4. Значительная протяженность трубопроводов ГВС. Даже если сама газовая колонка способна обеспечить комфортную температуру и проток, при большой протяженности трубопроводов (допустим, колонка, расположена на первом этаже, а водоразборная точка — на третьем в противоположном углу здания) нагретая вода успевает остыть, поэтому, если нет возможности переноса водонагревательного прибора ближе к водопотребителям, целесообразно использовать емкостной водонагреватель, прогревающий горячую воду до более высокой температуры.
Многие напольные емкостные водонагреватели также позволяют организовывать линию рециркуляции, что создает дополнительный комфорт при эксплуатации. При необходимости имеется возможность каскадного подключения нескольких водонагревателей и/или буферной емкости для увеличения объема готовой к употреблению нагретой воды.
5. Нестабильное давление газа. Несмотря на то, что газоснабжение в России носит довольно стабильный характер, и полное отключение магистрального газа встречается нечасто, в сельской местности нередко имеют место серьезные колебания давления газа, которые приводят к значительному изменению максимальной мощности газового водонагревательного оборудования. В случае с колонкой все скачки будут сказываться на температуре и протоке нагретой воды, если же используется емкостной водонагреватель, проблема коснется лишь скорости нагрева воды.
6. Низкое качество входящей воды. При отсутствии предварительной водоподготовки низкое качество воды может повлиять на срок службы водонагревательного оборудования. Это касается не только высокого содержания в воде солей жесткости, но и прочих примесей — железа, песка, органических веществ и даже микроорганизмов. При карбонатной жесткости водопроводной воды в пределах 7–8 мг-экв/л скорость накипеобразования составляет 2–3 мм/мес.
Это может привести к значительному уменьшению внутреннего диаметра трубок газовой колонки и снижению теплосъема. В случае с накопительным бойлером проблема стоит не столь остро. Стоит отметить, что вода в колонке обычно греется до более низких температур, значит, скорость накипеобразования будет меньше. Кроме того, при увеличении скорости протока увеличивается касательное напряжение сдвига, приводя к размыву отложений [3].
Вероятно присутствующие в воде взвеси различных химических элементов (Si, Fe и т.д.) также с большой долей вероятности вскоре забьют тонкие трубки теплообменника газовой колонки.
7. Низкое давление входящей воды, незначительный расход. Газовые емкостные водонагреватели (как и вообще нагреватели накопительного типа) обладают малым гидравлическим сопротивлением: напор в точке водоразбора практически равен напору на входе. Емкостные водонагреватели могут без проблем работать при небольшом расходе (2,5–3 л/мин.) и низком давлении воды (для некоторых моделей хватает давления от резервуара с водой, расположенном непосредственно над аппаратом).
8. Ограничения, связанные с дымоотведением. По различным причинам в помещении, где предполагается установка водонагревательного прибора, может быть заложен дымоход с сечением, недостаточным для отвода продуктов сгорания от газовой колонки (для нее диаметр трубы должен быть не менее 110– 130 мм). В этом случае вариант с газовым бойлером представляется наиболее оптимальным выходом из ситуации, поскольку его мощность меньше, а, значит, требуется дымоход меньшего сечения.
Так, емкостному водонагревателю с тепловой мощностью 7–10 кВт достаточно диаметра 90 мм. На рынке встречаются также модели, не предусматривающие подключения к дымоходу в принципе (их производит, например, венгерский FEG Konvektor), продукты сгорания выводятся непосредственно в помещение. Мощность таких приборов не превышает 1,8 кВт, что соизмеримо с мощностью газовой горелки обычной бытовой плиты, поэтому для удаления продуктов сгорания хватает естественной вытяжки на кухне или проветривания помещения.
9. Ограничения по кубатуре помещения. Этот вариант также связан с более низкой мощностью накопительных водонагревателей по сравнению с колонками. Установить же газовый проточный водонагреватель с закрытой камерой сгорания имеется возможность далеко не всегда в связи с инженерными особенностями помещения. Все вышеперечисленные случаи соответствуют и критериям выбора емкостного водонагревателя косвенного нагрева, прибора более популярного, чем водонагреватель газовый. Однако у газового бойлера есть и дополнительные преимущества перед «косвенниками».
10. Независимость от источника отопления. Наличие газового ввода в дом не всегда означает наличие индивидуальной системы отопления. Соответственно, для домов с центральным отоплением косвенный бойлер не подходит. Если же обогрев помещения осуществляется по индивидуальной схеме, длительное пользование горячей водой в приоритетном режиме может приводить к чрезмерному переохлаждению контура отопления: в помещении становится холодно, в котле впоследствии из-за поступления значительного объема остывшей ниже 55 °C воды из радиаторов может образовываться конденсат.
Функционирование водонагревателя, не связанное с работой отопительных контуров, упрощает проектирование и монтаж системы отопления и дает больше простора для действий при пользовании горячей водой. Например, появляется возможность полностью отключить систему отопления для ремонта котла без ущерба для системы горячего водоснабжения.
