Табл. 1. Технические характеристики однофазных электрических водонагревателей
Однофазный проточный водонагреватель представляет собой прибор для настенного монтажа, предназначенный для нагрева санитарной воды в проточном режиме. В отличие от емкостного водонагревателя, вмещающего для длительного нагрева фиксированный объем воды, проточник нагревает протекающую через него воду только в момент водоразбора в количестве, ограниченном лишь мощностью прибора.
В силу этого обстоятельства максимальная температура нагрева в проточном водонагревателе не превышает 65 °C («ЭВАН» предлагает модели с максимальной температурой нагрева до 75 °C). Представленные на рынке проточные водонагреватели в большинстве своем являются напорными, то есть врезаются в общую систему холодного и горячего водоснабжения. Проток в таких приборах перекрывается водоразборной арматурой после прибора, поэтому в момент отсутствия водоразбора находится под магистральным давлением.
Ряд производителей предлагают безнапорные проточные модели (Electrolux Smartfix 2.0, Timberk Optikum, Ariston Bravo, Redring Redring и Autosensor), вода в которых перекрывается до поступления в прибор, поэтому при отсутствии водоразбора давление внутри нагревательной колбы не превышает атмосферного. Такие устройства могут использоваться только вместе со специальной водоразборной арматурой и обслуживать одну водоразборную точку.
Проточные водонагреватели различаются по способу распознавания протока воды и управления: гидравлическому или электронному. В гидравлических приборах проток определяется механическим способом: дифференциальное реле давления регистрирует разницу давления при открывании крана на водоразборной точке и включает подачу электроэнергии на нагревательный элемент. В зависимости от скорости протока и соотношения давления мембрана может прогибаться сильнее или слабее, активируя разные ступени мощности.
На практике встречается обычно не более трех ступеней. Стандартная схема включения нагревательного элемента для приборов с гидравлическим управлением — активация половины (или одной трети, затем двух третей) мощности с последующим переключением на полную, если расход превышает определенный лимит. Следует, однако, заметить, что данный вариант целесообразен при значительных мощностях нагревательного элемента, когда существует реальная возможность перегрева тонкой струйки воды.
Из представленных в обзоре проточников ступенчатую гидравлическую модель предлагает только Stiebel Eltron (DHC — 8 кВт). В электронных приборах устанавливают датчик протока с турбинкой и электронный микропроцессор для определения протока независимо от разницы давлений, что позволяет бесступенчато изменять мощность нагрева.
К преимуществам электронных моделей относятся комфорт при эксплуатации вследствие возможности программирования конкретной температуры и экономия энергии и воды до 20 %, выражающаяся в отсутствии необходимости подстраивать проток с целью получения желаемой температуры. Какая бы система ни использовалась, для нее непременно требуется определенный минимальный проток для срабатывания датчика или реле и для предотвращения закипания воды внутри прибора из-за чрезмерно стремительного нагрева малого объема воды большой мощностью.
Колбу с ТЭНом или спиральным нагревательным элементом стараются изготавливать как можно меньшего объема для более эффективного и равномерного прогрева. В качестве материала для трубчатого нагревательного элемента используют медь или нержавеющую сталь. Медь обладает одним из наиболее высоких коэффициентов теплопроводности среди известных материалов — 390 Вт/(м⋅K), уступая лишь серебру, карбиду кремния и графиту.
Спиральный нагревательный элемент изготавливают из более прочного металла — нержавеющей стали. Из преимуществ следует отметить значительно меньшую инерцию и, соответственно, более эффективное реагирование и увеличенную скорость нагрева. Из недостатков — повышенные требования к жесткости воды и контроль отсутствия воздушных пробок. На входном патрубке обычно расположены фильтр тонкой механической очистки, механический ограничитель протока, обратный клапан.
Фильтрация поступающей в прибор воды особенно важна, если она поступает из местного источника водозабора (колодец, скважина). Обратный клапан призван в первую очередь защитить электронику, получающую сигналы от датчика протока, от ложной информации, а также, в некоторых случаях, и сам датчик протока от поломки (отдельные модели могут выйти из строя при долговременном или регулярном обратном ходе воды).
Помимо этого, клапан предотвращает возврат воды из местной системы водоснабжения к источнику водозабора или в водопровод, что неизбежно привело бы к опорожнению колбы с нагревательными элементами и их вероятному перегоранию. Ограничитель протока необходим, поскольку физическая пропускная способность водонагревателя превышает его возможности эффективного нагрева, что приводит к снижению температуры нагретой воды при значительных объемах водоразбора.
Это касается, в первую очередь, моделей с гидравлическим управлением, поскольку в электронных приборах адаптация протока к имеющейся мощности входит обычно в базовый функционал автоматических настроек. Особо отметим, что для быстрого нагрева холодной воды в проточном режиме требуется значительная электрическая мощность. Интенсивность нагрева регулируется в гидравлических моделях изменением протока на водоразборной точке.
Электронные модели иногда умеют поддерживать стабильный проток для предотвращения колебания температуры либо изменяют его в зависимости от температуры входящей воды с целью достижения установленной величины нагрева. Для определения протока воды с заданной температурой через прибор существуют две формулы — эмпирическая Qэ = 0,5P и физическая:
которые дают приблизительно одинаковые результаты. Здесь Qэ — эмпирически подсчитанный проток для температуры на выходе 38 °C и на входе 11 °C, л/мин.; Qф — нагреваемый проток воды, не привязанный к определенным температурным значениям, л/мин.; P — мощность водонагревателя, кВт; c — удельная теплоемкость воды, которая при 10 °C равна 4,192 кДж/ (кг⋅°C); tх и tг — температура входящей и нагретой воды соответственно, °C; 60 — коэффициент для перевода секунд в минуты, 1000 — коэффициент для перевода ватт в киловатты. Рассмотрим для примера проточный водонагреватель мощностью 8 кВт. Приблизительный расчет по эмпирической формуле показывает, что ожидаемый проток составит величину Qэ = 0,5 × 8 = 4 л/мин. По уточненным данным, при нагреве от 11 до 38 °C суммарный проток на водоразборных точках не превысит величину в 4,23 л/мин.:
Ввиду значительной нагрузки на электросеть проточные водонагреватели следует подключать с ведома энергоснабжающей организации и через отдельный автомат защиты с соблюдением минимально допустимого сечения кабеля. Определить величину электрического тока и, соответственно, подходящий автомат защиты можно с помощью следующей формулы: I = P/U, где I — электрический ток, А; P — мощность, Вт; U — напряжение, имеющееся в электросети. Так, для прибора мощностью 6 кВт потребуется автомат защиты, превышающий 27 А, для модели 8 кВт — не менее 36 А.
