Накопительный водонагреватель или система горячего водоснабжения ( HWS ) — это бытовой водонагреватель , который использует резервуар для хранения горячей воды для максимизации мощности нагрева воды и обеспечения мгновенной подачи горячей воды. [1] Обычные накопительные водонагреватели используют различные виды топлива , включая природный газ , пропан , мазут и электричество . Менее традиционные технологии нагрева воды, такие как водонагреватели с тепловым насосом и солнечные водонагреватели , также можно отнести к накопительным водонагревателям.
Основное различие между накопительным нагревателем и проточным нагревателем заключается в том, что накопительный нагреватель сначала нагревает воду и сохраняет ее для последующего использования, а проточный нагреватель нагревает воду по требованию.
Проточные водонагреватели, как следует из названия, обеспечивают горячую воду практически мгновенно. Время нагрева составляет всего 1 или 2 минуты, после чего можно получить доступ к горячей воде. Но, учитывая низкую емкость (максимум 5–6 литров (1,3–1,6 галлона США) в определенный момент времени) этих типов обогревателей, вы не можете ожидать, что ведро или бочка будут заполнены с той же скоростью. Они стоят значительно дороже, чем накопительные обогреватели, но имеют более длительный срок службы. В среднем это 15-20 лет. Проточный водонагреватель обеспечивает воду столько, сколько вам нужно. Нет потерь тепла и дешевле накопительного водонагревателя. [2]
Накопительные нагреватели работают не так быстро, как версии быстрого приготовления, поскольку им требуется нагревать большой резервуар с водой, который затем сохраняется для последующего использования. Водонагреватели с накопительными баками идеально подходят для использования больших объемов воды (большие резервуары могут вмещать около 75 галлонов США (280 л)) и популярны из-за низких первоначальных затрат и длительного среднего срока службы, составляющего 10-15 лет. Но эти системы наименее энергоэффективны, что делает их эксплуатацию дорогостоящей в долгосрочной перспективе. Они также требуют больше места для установки. [ нужна цитата ]
Солнечное тепло является экологически чистым и возобновляемым. Это самая современная система. Все чаще используются водонагреватели, работающие на солнечной энергии . Их солнечные тепловые коллекторы устанавливаются снаружи жилищ, обычно на крыше или стенах или поблизости, а резервуар для хранения питьевой горячей воды обычно представляет собой уже существующий или новый обычный водонагреватель или водонагреватель, специально разработанный для солнечной тепловой энергии.
Самые простые солнечные тепловые модели относятся к типу с прямым коэффициентом усиления, в которых питьевая вода направляется непосредственно в коллектор. Говорят, что во многих таких системах используется интегрированное хранилище коллектора (ICS), поскольку в системах с прямым усилением обычно хранилище интегрировано в коллектор. Прямой нагрев воды по своей сути более эффективен, чем косвенный нагрев через теплообменники, но такие системы обеспечивают очень ограниченную защиту от замерзания, если таковая имеется, могут легко нагреть воду до температур, небезопасных для бытового использования, а системы ICS страдают от серьезных потерь тепла в холодные ночи и холодные, пасмурные дни.
Напротив, системы с непрямым или замкнутым контуром не пропускают питьевую воду через солнечные панели , а скорее прокачивают теплоноситель (либо воду, либо смесь воды и антифриза) через панели. Собрав тепло в панелях, жидкий теплоноситель проходит через теплообменник , передавая свое тепло горячей питьевой воде. Когда панели холоднее, чем резервуар для хранения, или когда резервуар для хранения уже достиг максимальной температуры, контроллер в системах с замкнутым контуром останавливает циркуляционные насосы . В системе обратного слива вода стекает в накопительный бак, расположенный в кондиционируемом или полукондиционированном помещении, защищенном от отрицательных температур. Однако в системах защиты от замерзания насос необходимо запустить, если температура панели становится слишком высокой (чтобы предотвратить разложение антифриза) или слишком низкой (чтобы предотвратить замерзание смеси воды и антифриза).
Плоские коллекторы обычно используются в системах с замкнутым контуром. Плоские панели, которые часто напоминают мансардные окна , являются наиболее долговечным типом коллекторов, а также имеют наилучшие характеристики для систем, рассчитанных на температуру в пределах 100 °F (38 °C) от температуры окружающей среды. Плоские панели регулярно используются как в системах чистой воды, так и в системах антифриза.
Другой тип солнечного коллектора — это вакуумный трубчатый коллектор , который предназначен для холодного климата, где не бывает сильного града, и/или для применений, где необходимы высокие температуры (т. е. выше 200 °F (93 °C)). Размещенные в стойке вакуумные трубчатые коллекторы образуют ряд стеклянных трубок, каждая из которых содержит поглощающие ребра, прикрепленные к центральному теплопроводящему стержню ( медному или конденсационному ). Вакуумное описание относится к вакууму , создаваемому в стеклянных трубках во время производственного процесса, что приводит к очень низким потерям тепла и позволяет системам вакуумных трубок достигать экстремальных температур, значительно превышающих точку кипения воды.
Водонагреватели для хранения природного газа и пропана работают одинаково: газовая или пропановая горелка, расположенная в нижней части резервуара для хранения, нагревает воду. Накопительные водонагреватели, работающие на мазуте, устроены аналогичным образом: испаряющийся туман масла и воздуха воспламеняется электрической искрой . [3]
Выбросы водонагревателей, работающих на ископаемом топливе , удаляются с помощью различных вентиляционных технологий. Системы с атмосферной вентиляцией используют воздух помещения в качестве воздуха для горения и вытяжного воздуха. Отработанный воздух выбрасывается через выхлопной дымоход под действием выталкивающих сил, возникающих в результате сгорания. Модели с принудительной вентиляцией работают аналогично системам атмосферной вентиляции, но добавляется вытяжной вентилятор, способствующий удалению дымовых газов. Системы прямой вентиляции не используют воздух помещения для горения; вместо этого плавучесть выталкивает воздух снаружи через систему сгорания водонагревателя и, наконец, выбрасывает продукты сгорания наружу. Системы прямой вентиляции с электроприводом включают в себя вытяжной вентилятор, способствующий удалению продуктов сгорания. [4]
В большинстве электрических водонагревателей для нагрева воды в накопительном баке используются элементы электрического сопротивления . Двухэлементный электрический водонагреватель имеет один элемент вверху накопительного бака и один элемент внизу. Каждый элемент контролируется независимым термостатом . Нижний элемент обеспечивает восстановление потерь в режиме ожидания, а верхний элемент обеспечивает дополнительный нагрев при использовании большого количества горячей воды. Некоторые обогреватели содержат только нижний элемент. [3]
Электрические водонагреватели, хранящие горячую воду, могут хорошо подойти для интеллектуальной сети , поскольку они нагревают, когда нагрузка на электрическую сеть низкая, и отключаются, когда нагрузка высока. Это можно реализовать, разрешив поставщику электроэнергии отправлять запросы на сброс нагрузки или используя ценообразование на электроэнергию в режиме реального времени. См. Экономика 7 .
Водонагреватели с тепловым насосом используют тепловой насос с воздушным источником для передачи тепловой энергии из воздуха вокруг устройства в резервуар для хранения. Электрический резистивный элемент(ы) обычно включается для обеспечения резервного нагрева, если тепловой насос не может обеспечить достаточную теплопроизводительность. [5] [6]
Как и в случае с ископаемым топливом , сжигание древесины вызывает выбросы парниковых газов. Однако древесина является возобновляемым источником энергии. Устойчивая система отопления предполагает использование солнечного тепла летом и минимум древесины зимой.
Накопительные баки водонагревателей обычно изготавливаются из стали со стеклянной облицовкой внутри. Вода разъедает открытую сталь, поэтому стеклянная облицовка предотвращает или замедляет коррозию.
Резервуары также имеют магниевые анодные стержни. Анодный стержень замедлит коррозию стального резервуара, проржавев на своем месте. [7] Когда анодный стержень полностью корродирован, стальной резервуар будет корродировать гораздо быстрее.
Учитывая постоянный контакт с водой, коррозия со временем все равно происходит. Если коррозия резервуара образовала в нем дыры, можно попытаться залатать его временными мерами, но долгосрочное решение — полностью заменить резервуар.
Вода с более низким значением pH быстрее разъедает анодные стержни и стальной резервуар. Для правильного обслуживания резервуара необходимо знать уровень pH хранимой воды, следить за коррозией анодного стержня и заменять анод, когда он становится слишком корродированным.