Бак для горячей воды — мечта домоседа

Бак для горячей воды (он же – бак-аккумулятор горячей воды, тепловой накопитель, устройство для тепловой аккумуляции горячей воды, теплоаккумулятор, цилиндрический бак-теплоаккумулятор) – резервуар, используемый для хранения горячей воды с целью отопления помещения или потребления на бытовые нужды.

Металлический бак для воды
Металлический бак для воды

Вода – удобная среда хранения тепла, так как обладает высокой удельной теплоемкостью. Это значит, что, по сравнению с другими веществами, она может хранить больше тепла на единицу веса. Вода – нетоксична и дешева.

Качественно изолированный резервуар может сохранять тепло в течение несколько дней, что уменьшает стоимость топлива. Баки-аккумуляторы горячей воды могут обладать встроенной системой газовых или топливных горелок или электрической спиралью для нагрева воды. Некоторые типы систем используют внешние теплообменники или нагретую воду из других источников энергии. В домашних условиях самыми распространенными источниками энергии являются горелки на органическом топливе, погружные электронагреватели или центральное отопление.

Теплоизоляция бака для воды
Теплоизоляция бака для воды

Водонагреватели для стирки, купания или прачечной обладают термостатным контролем для управления температурой в диапазоне от 40 до 60 С (от 104 до 140 F) и соединен с домашним хозяйственно-питьевым водопроводом.

В регионах, где местное водоснабжение имеет в своем составе высокую долю растворенных минералов типа известняка, нагревание воды приводит к тому, что минералы оседают в резервуаре (образование накипи). В резервуаре может образовываться утечка из-за коррозии всего лишь через несколько лет, проблема обостряется из-за растворенного в воде кислорода, ускоряющего коррозию как самого бака, так и деталей.

Изоляция

Как правило, баки запаса горячей воды обернуты теплоизоляционным материалом, чтобы уменьшить потребление энергии, ускорить процессы нагрева и поддерживать желаемую рабочую температуру. Более сильная теплоизоляция позволяет уменьшить потери тепла через стенки аккумулятора и трубопроводов. Доступны водонагреватели с различными номинальными данными изоляции, но возможно добавить новые слои изоляции на внешнюю сторону для уменьшения потерь тепла. В экстремальных условиях сам нагреватель может быть замкнут в специально сконструированном изолированном пространстве.

Комбинированные емкости с изоляцией
Комбинированные емкости с изоляцией

Самым распространенным доступным типом изоляции для водонагревателей является стеклопастик, фиксируемый на месте при помощи липкой ленты или скоб на внешнюю оболочку водонагревателя. Изоляция не должна блокировать поток воздуха или выход выхлопного газа при использовании горелок.

В крайне влажных регионах монтаж дополнительной изоляции к уже хорошо изолированному баку может стать причиной конденсации, ведущей к ржавлению, плесени или другим проблемам в работе, поэтому стоит сохранять движение воздуха, обычно – при помощи конвекции, спровоцированной бросовым теплом, но может помочь отчасти вентиляция при повышенной влажности.

Большинство современных водонагревателей имеют изоляцию из пенополиуретана. Там где важен доступ к внутренней части резервуара (в случае с особенно агрессивными материалами или уровнем кислорода в местном водоснабжении) пенополиуретан может использоваться в инкапсулированной форме, позволяя убирать слой изоляции для регулярных проверок целостности и починки резервуара в случае потребности.

Солнечный бак запаса горячей воды

В системе солнечного водонагревателя баки запаса горячей воды хранят тепло с солнечных коллекторов. Резервуар имеет встроенный теплообменник для нагревания бытовой холодной воды. В относительно мягком климате типа средиземноморского накопительные баки (сильно изолированные, но обернутые металлом) часто монтируются на крыше.

Солнечный бак запаса горячей воды
Солнечный бак запаса горячей воды

Все подобные резервуары обладают одними и теми же проблемами, к примеру, искусственно нагреваемые резервуары включают отложения известняка и коррозию, и страдают от общего уменьшения общей эффективности, если ее тщательно не поддерживают.
Солнечные теплообменники на кровле
Солнечные теплообменники на кровле

Утечка из резервуара

Баки-аккумуляторы горячей воды могут быть сделаны из углеродистой стали, обшитой стекловидной эмалью, нержавеющей стали или меди.

В то время как баки-аккумуляторы горячей воды для бытовых нужд из меди и нержавеющей стали более распространены в Европе, емкости из углеродистой стали распространены в Соединенных Штатах, где регулярными проверками зачастую пренебрегают, в баке начинается течь, вследствие чего заменяется все приспособление. Даже в случае пренебрежения резервуары из углеродистой стали могут служить на пару лет дольше гарантийного срока производителя, который в США чаще всего составляет от 3 до 12 лет.

Первоначальная стоимость облицованных стекловидной эмалью резервуаров гораздо ниже, и зачастую включает один и более брусьев с протекторными анодами, разработанными для защиты резервуара от перфорации, спровоцированной коррозией, что необходимо для резервуара, так как хлорированная вода очень едкая по отношению к углеродистой стали. Так как практически невозможно полностью применять любое защитное покрытие (без наличия микроскопических трещин или крохотных дефектов защитного слоя), производители могут рекомендовать регулярно проверять каждый протекторный анод, заменяя его при необходимости.

Некоторые производители предлагают расширенный гарантийный набор, включающий замену протекторных анодов. Так как традиционные бака для запаса горячей воды может протекать каждые 5-15 лет, включая высококачественные сооружения, а значит, сейчас требуется строительное и водопроводное законодательство для США, чтобы поверхностные металлические или пластиковые панели для сборки нефти в случае ее утечки.

Бак запаса горячей воды с замкнутой циркуляцией

Этот метод накапливает тепло в резервуаре с использованием внешних теплообменников (катушки) которые можно подключить напрямую или использовать для питания других (внешних) теплообменников.

Главным преимуществом является недопущение прямой утечки горячей воды для бытовых нужд, из-за чего холодная вода подается в резервуар с перерывами, что в регионах с «жесткой» водой приводит к уменьшению известкового налета или любого растворенного в воде минерала, а также относительно небольшие потери воды, случающиеся из-за утечки.

Дополнительным преимуществом является уменьшенное содержание кислорода в подобной замкнутой системе, что позволяет несколько снизить требования к материалам, используемым для бака запаса горячей воды и схем замкнутой циркуляции, внешних теплообменников и дополнительных труб.

Накопительная система с насосной станцией
Накопительная система с насосной станцией

Хоть внешний теплообменник, используемый для нагревания горячей воды для бытовых нужд, будет накапливать минералы, антинакипин может увеличить срок службы подобной системы.

Стратифицированный бак запаса горячей воды с замкнутой циркуляцией

У следующего метода хранения тепла в баке запаса горячей воды есть много названий: разделенный на слои бак запаса горячей воды с замкнутой циркуляцией, стратифицированный аккумулятор тепла, бак со слоем термоклина, стратифицированный резервуар запаса. Но во всех случаях главным отличием являются те усилия, что прилагаются для поддержки вертикального расслоения водного столба, другими словами – для поддержки горячей воды в верхней части бака, в то время как вода на дне будет иметь гораздо более низкую температуру.

Такая система желательная к применению в регионах с широким климатическим диапазоном, где охлаждение летом – так же важно, как и отопление – зимой, и влечет за собой применение одного или нескольких следующих решений:

• Различные нагревательные и охладительные замкнутые системы должны отправлять нагретую или охлажденную воду так медленно, насколько это возможно (Это непременно приведет к тому, что нагревательным и охладительным замкнутым системам требуются насосы с регулируемой мощностью и труб с максимальным возможным диаметром).
• Холодная вода для кондиционирования перемещается со дна, а теплая (возвращаемая) вода подается в верхнюю часть.
• Горячая вода для отопления подается с вершины бака и охлажденной возвращается вниз.
• Устройства, «увеличивающие стратификацию» в пределах бака запаса горячей воды (но если скорость поступления воды максимально уменьшена, в этом может не возникнуть потребности).
• Потребуются более совершенные системы контроля тепла.

Если у стратифицированного бака запаса горячей воды сть замкнутая циркуляция, температура воды может достигать 90-95 C на верху и 20-40 C внизу. Обычная вода является сравнительно слабым проводником тепла по сравнению со стеклом, кирпичом и грунтом.

(Иллюстрировано на примере тихого озера, где поверхность озера может иметь комфортную температуру для плавания, но более глубокие слои столь холодны, что представляют опасность для пловцов, что схоже с эффектом, отмеченным на табличках «Осторожно, холодные глубоководные течения» на лондонских городских доках).

Следовательно, может храниться произвольный объем горячей воды до тех пор, пока стратификация остается целой. В этом случае не должно присутствовать вертикальных металлических пластин или труб, так как они могут проводить тепло сквозь слои воды, ухудшая результаты стратификации. При эффективном использовании эта методика позволяет сохранять температуру воды на уровне 95 C (т.е. ниже точки кипения), получая высокую плотность энергии, и эта энергия может храниться долгая время, оставляя горячую воду неразбавленной.

В зависимости от целей установленных систем, перехват обмена воды на разных уровнях позволит сделать температуру воды подходящей для использования в различных целях.

Во многих системах солнечного отопления параметры энергии можно считать функцией от времени, что делает необходимым время для преобразования дневного света в тепло, и максимальная температура горячей воды будет находиться около вершины бака.

Двухэлементный электрический нагревательный элемент

Когда поток начинает движение из выпускного отверстия в наивысшей точке, холодная вода попадает в бак на его дне. Это понижает температуру, что заставляет термостат включить электрический нагревательный элемент на дне бака. Когда вода из верхней части бака выпускается, горячая вода наверху заменяется сравнительно более холодной, верхний термостат запускает элемент, расположенный там же. Когда поток останавливается, элементы отключаются, пока их настройки не будут изменены.

Хотя достаточно часто термостаты вверху и внизу настраиваются по-разному ради сохранения энергии, фактически, горячая вода повышает средние величины термостата, контролирующего верхний элемент, который должен поставлять самую горячую воду, в то время как нижний – самую теплую.

Если термостаты в подобной системе расположены в обратном порядке – теплый элемент подпитывается сверху, а горячий – из центра – это может не только повысить энергоэффективность системы. Но подача обжигающе горячей воды для бытовых вод может быть опасна, а в случае ее прямой подачи к стиральной машине, предназначенной для теплой воды, это может привести к ее поломке вплоть до ремонта.

Проблемы безопасности

Горячая вода может причинить болезненные и опасные ожоги, особенно – для детей и пожилых людей. Температура воды на выходе не должна превышать 49 C. Некоторые законы установили ограничение на заданную температуру для бака в 49 C. С другой стороны, вода, хранимая при температуре ниже 60 , может привести к росту бактерий, в том числе – провоцирующих легионеллез, который особенно опасен для людей с ослабленным иммунитетом.

Типовая схема теплоснабжения
Типовая схема теплоснабжения

Одно из технических решений будет использовать смесители на выпускных отверстиях, используемых для раковин, ванн или душей, который будут автоматически примешивать холодную воду для поддерживания температуры на уровне 49 C. Предложение добавить этот пункт в строительное законодательство Канады было безуспешным.

Ссылка на основную публикацию
Яндекс.Метрика
Adblock detector