Устройство и виды бойлеров: электрический, газовый котёл, проточный нагрев

Чтобы быть независимым от централизованного горячего водоснабжения, многие люди в своих квартирах и домах устанавливают бойлеры. Это особенно актуально в сельской местности и на дачных участках. Кроме главного преимущества установки нагревателя воды — комфорта, ежемесячно можно экономить и средства, так как самостоятельный подогрев воды будет дешевле. Разновидности нагревателей связаны с их устройством, зависящим от способа нагрева.

Назначение и виды бойлеров

Слово бойлер произошло от английского boiler, что в переводе означает котёл. В быту бойлером называется устройство, использующее для своей работы различного вида топливо или электроэнергию, которое аккумулирует тепло и передаёт его воде. Вне зависимости от способа нагрева бойлеры разделяются на накопительные и проточные.

Первый водонагреватель появился в 1760 году, когда швейцарец Гораций де Соссюр предложил использовать ёмкость для нагрева солнечной энергией. На основе этого изобретения появился нагреватель Climax, изготавливавшийся на заводе и предназначенный для домашнего пользования.

Появление водопровода и развитие газовой промышленности послужило толчком к возникновению прибора, подогревающего воду при помощи продуктов горения газов. В результате чего в 1889 году американец Эдвин Руд предложил автоматический газовый накопительный водонагреватель. В 1894 году в Германии был предложен прибор, в котором вода нагревалась во время прохождения по трубам под воздействием пламени горелки.

Одновременно с этим стали появляться приборы, использующие для нагрева электричество. В 1905 году был представлен первый в мире проточный водонагреватель Vaillant, располагающийся на стене. В начале 1949 года корпорация Stiebel Eltron разрабатывает и запускает в серийное производство проточный нагреватель воды с гидравлическим управлением.

В 1950-х годах был предложен электрический нагревательный котёл для воды. Вначале в их конструкции использовались эмалированные баки, а затем — выполненные из нержавеющей стали. Действие котлов основывалось на использование тэна, погружённого в воду. В 90-х годах компания Atlantic внедрила использование «сухого» тэна. Эта технология была поддержана ведущими компаниями в производстве нагревателей: Aeg, Electrolux, Stiebel Eltron и другими.

Таким образом, по способу нагрева воды бойлеры бывают:

электрические;
газовые.

При этом каждый из них может быть с проточным подогревом воды или накопительным. По популярности использования более половины рынка принадлежит накопительным электробойлерам для нагрева воды, 35% занимают проточные газовые, 14% электрические проточные водонагреватели и менее одного процента составляют газовые накопительные устройства.

Принцип действия котлов уже не изменяется многие десятилетия, а их развитие направлено на повышение эргономичности и энергоэффективности. Современные нагреватели оборудуются автоматикой, позволяющей поддерживать оптимальную температуру и продлевать срок службы устройств.

Электрический котёл

Доступность электричества повлекла за собой рост популярности электрических котлов. Такие котлы различаются по своему устройству и форме. Но независимо от того, проточного они вида действия или накопительного, объединяет их одно — наличие тэна. Именно благодаря тэну и происходит нагрев воды.

Главным требованием при использовании электрического котла является соответствие электрической линии мощности устройства. Это связано с её большим потреблением в момент нагревания воды, особенно это актуально для проточного вида устройств. По правилам ПУЭ, электрический бойлер подключается к отдельно заведенной электролинии с распределительного ящика со своим пакетным предохранителем.

Типы применяемых тэнов

Трубчатый электронагреватель (ТЭН) выполняется в виде пустотелой металлической трубки. Внутри трубки находится нихромовая спираль, способная нагреваться до высокой температуры. К концам спирали подводится переменное напряжение из сети 220 вольт. Ток, протекая по спирали, нагревает её до высокой температуры. Эта температура отводится корпусом трубки, а затем рассевается в окружающее её пространство.

Между трубкой и проволокой укладывается специальный диэлектрический наполнитель. Обладая высокой теплопроводностью, он препятствует появлению напряжения на токопроводящих частях тэна. Устройства нагрева различают по способу установки в бойлере: сухого и погружного видов. Кроме этого, они различаются по мощности, которая может составлять значение от 400 Вт до 8 кВт, в зависимости от вида бака и скорости нагрева.

В погружных водонагревателях тэн напрямую контактирует с водой. Прижим тэна осуществляется через резиновую прокладку, что обеспечивает герметичность конструкции. Бойлеры с сухим тэном устроены по-другому. У них греющая часть нагревателя устанавливается в специальную герметичную колбу, изготовленную из термоустойчивого материала с высокой теплопроводностью. Физический контакт с водой у тэна отсутствует, вначале он нагревает колбу, а затем та передаёт тепло воде.

Также тэны различаются по форме. Для котлов с сухим тэном они выпускаются прямой тонкой формы. В то время как форма погруженных тэнов имеет разнообразный вид.

Электрический бойлер для нагрева воды с сухим тэном стоит дороже, но за это производители обещают более долгий срок службы, экономию электричества и удобство обслуживания. Гарантийные обязательства на устройства с сухим тэном превышают почти в два раза свой срок, чем аналогичные устройства с погружным нагревателем.

Прибор накопительного действия

Принцип работы такого устройства напоминает термос, имеющий тэн. Вода наполняет ёмкость и нагревается до нужной температуры. Далее, по мере её охлаждения включается подогрев. Такой бойлер состоит из следующих частей:

бака;
нагревательного устройства (тэн);
электронного блока управления;
регулятора температуры с датчиком;
магниевого или титанового анода;
реле включения и выключения.

Бак выполняется из стальной колбы с внутренними стенками из антикоррозийного покрытия. С внешней стенки бака проложен теплоизолятор, предназначенный для препятствия отвода тепла через корпус. В бак встраивается тэн. В середине бака находится термопара, регистрирующая изменение температуры. Сигнал с датчика температуры передаётся на блок электроники, который сравнивает полученные показания с установленными на терморегуляторе. В зависимости от этих данных электроника включает или отключает силовое реле, к которому подключена электросеть. Температура чаще всего регулируется в пределах от 10 до 80 градусов.

Бак имеет два патрубка трубы: один — для подачи холодной воды, другой — для отвода подогретой воды в систему внутреннего водоснабжения. При открытии крана с холодной водой она поступает в колбу и заполняет всё её пространство. Включается тэн и нагревает воду до установленной температуры терморегулятором.

При открытии крана с горячей водой, она начинает вытекать из ёмкости бака, а её место заполняет вода с холодного трубопровода. Следуя своим физическим свойствам, холодная вода находится всегда ниже по уровню, чем горячая. Поэтому и забор подогретой воды находится выше, чем подача холодной. Магниевый или титановый анод из-за своих электрохимических свойств препятствует образованию накипи и коррозии на внутренних стенках бака и тэна.

Теплообменник проточного вида

Проточного вида действия водонагреватель предназначен для нагрева воды в режиме реального времени. Использование такого вида устройства экономит не только площадь из-за его мини-размера, но и не имеет ограничения по объёму подогретой воды за один раз.

Устройство проточного типа задействует в своей работе следующую схему: холодная вода, проходя через нагреватель, достигает установленной температуры и подаётся на выход крана. Основными элементами конструкции являются:

датчик протока;
управляющее реле;
датчик температуры;
блок электроники;
смеситель.

При достаточном давлении воды происходит замыкание контактов датчика протока, позволяющего запускаться остальным процессам, участвующим в нагреве. Если контакты разомкнуты, нагрев не включится, таким образом предохраняется тэн от перегрева. Датчик протока включает реле управления мощностью, через которое подаётся ток на нагревательный элемент. К поверхности тэна приставлен датчик температуры, служащий для дополнительной защиты от перегрева. От чрезмерного давления в конструкции используется стабилизатор.

Для поддержания и установления температуры применяется система управления. Она может быть как механического, так и электронного вида. Для работы первого вида используется гидравлический узел. В состав узла входит мембрана, смещаемая при протекании воды и выталкивающая рычаг выключения. Второй вид использует процессор, обрабатывающий сигнал, приходящий с датчика температуры и управляющий мощностью нагревательного элемента.

Проточные бойлеры могут устанавливаться как на отдельный кран, так и на всю водопроводную систему объекта. В зависимости от места установки агрегаты бывают напорными или безнапорными. В первом случае давление внутри устройства совпадает с давлением воды в водопроводе. А во втором, на входе прибора устанавливается вентиль, позволяющий управлять давлением.

Газовый водонагреватель

Чаще всего используется нагреватель проточного типа работы. Его вид представляет собой прибор, размещаемый на стене, и к которому, кроме водопроводных труб, подсоединяются газовые. Важно отметить, что самостоятельная установка газовых бойлеров запрещена. Их монтаж осуществляют только сертифицированные специалисты с разрешения поставщика газа.

Выпускаются газовые бойлеры (колонки) двух видов: c открытой и закрытой камерой сгорания. Открытый тип отличается от закрытого способом поступления воздуха. В закрытом типе используется вентилятор, нагнетающий воздух. Основными частями газовых котлов являются:

змеевик;
система розжига;
датчик появления пламени;
поджигатель;
клапан защиты.

В основе принципа действия работы лежит подогрев трубы открытым огнём при прохождении по ней воды. При открытии вентиля на входном патрубке появляется поток воды, открывается клапан подачи газа и срабатывает автоматический поджог. Теплоноситель, проходя снизу вверх по змеевику, отводит на себя тепло и переправляется на выход из устройства. Необходимый для горения приток воздуха обеспечивается принудительным вентилятором или естественным его поступлением через смотровое окно.

Продукты горения удаляются через вытяжное отверстие, подключённое к вентиляции или дымоходной трубе. После закручивания крана на выходе срабатывает автоматика, перекрывая подачу газа.

Температурой воды управляет специальный блок электроники, контролируя мощность пламени. Ранее применялось ручное управление заслонкой, позволяющей регулировать поток газа самостоятельно, но в современных моделях за этим следит микроконтроллер. В качестве датчиков используется термопара и термоэлектрический градусник, работающий на свойстве биметаллической пластины менять свою форму при температуре.

Во время нагрева воды в ёмкости котла до необходимой температуры клапан закрывается, и пламя в горелке гаснет. При этом запальник остаётся во включённом состоянии до следующего поджога горелки. Когда вода в бойлере остынет, клапан открывается, и газ, проходя через электромагнитное устройство, зажигается вновь.

Водяной узел состоит из диафрагмы и штока. Во время подачи воды шток выталкивается под давлением, надавливая на механизм газового клапана. Для предотвращения «хлопков» газового бойлера при нагреве воды в устройство устанавливается перепускной клапан. Такой клапан имеет шарик, который при резком возрастании давления перекрывает канал подачи газа, а при нормализации открывает его.

Стоит также отметить, что независимо от вида бойлера, они могут выпускаться двухконтурными и одноконтурными. Первые могут использоваться для нагрева как системы водоснабжения, так и отопления. Какой бы вид нагревателя ни был, главным параметром, на который следует обратить внимание, является мощность, а для накопительного вида — объём ёмкости бака.