Inleiding
Elektrische boilers worden vaak gebruikt in huishoudelijke omgevingen om warm water te leveren aan kleine woon- en bedrijfsgebouwen. Een veelvoorkomend -en over het algemeen ouder- alternatief voor een elektrische boiler is een gasboiler, die gas gebruikt voor het genereren van warmte in plaats van elektriciteit. Boilers worden vaak geïnstalleerd in de kelder van een gebouw. Ze verwarmen water voor gebruik in keukens, badkamers en andere plaatsen waar warm water gewenst is.
Warmwatersysteem
Elektrische boilers verwarmen water meestal via weerstandselementen die door elektriciteit worden aangedreven. Er zijn echter ook andere ontwerpen van elektrische boilers beschikbaar, zoals de elektrodeketel, maar deze worden niet gebruikt voor huishoudelijke toepassingen. Omdat weerstandstype boilers gebruikmaken van weerstandselementen, worden ze ook wel elektrische weerstandsketels genoemd.
Hoe Elektrische Boilers Werken
Koud water wordt via een dompelbuis naar de bodem van de keteltank gevoerd en vervolgens verwarmd door elektrische weerstanden. Naarmate het water wordt verwarmd, stijgt het door natuurlijke convectie naar de bovenkant van de tank en wordt het via de uitlaat voor warm water afgevoerd voor gebruik elders in het gebouw.
Onderdelen van Elektrische Boiler
Geniet je van dit artikel? Zorg er dan voor dat je onze Engineering Video Cursussen bekijkt! Elke cursus bevat een quiz, handboek, en je ontvangt een certificaat wanneer je de cursus voltooit. Geniet ervan!
Onderdelen van Elektrische Boiler
Keteltank & Isolatie
De keteltank is meestal gemaakt van roestvrij staal, met het binnenoppervlak beschermd door een glasgebaseerde coating, glasgebaseerde bekleding, of email. Polymeer-gebaseerde coatings worden in sommige nieuwere modellen gebruikt, maar dit is niet gebruikelijk.
De tank is omgeven door isolatie om de hoeveelheid warmte die verloren gaat aan de omringende lucht te verminderen, waardoor de efficiëntie toeneemt. De afbeelding hieronder toont glasvezelisolatie, een veelvoorkomend type thermische isolatie.
Thermische Isolatie
Koudwaterinlaat & Dompelbuis
Koud water wordt via de koudwaterinlaat naar de boiler gevoerd en stroomt door de dompelbuis naar de bodem van de tank. Gezien het proces van natuurlijke convectie, zorgt het introduceren van kouder water aan de onderkant van de tank ervoor dat het natuurlijk naar de bovenkant van de tank stijgt naarmate de temperatuur stijgt; dit gebeurt omdat de dichtheid van het water afneemt naarmate de temperatuur stijgt. Convectie bepaalt ook dat de watertemperatuur op verschillende niveaus in de tank varieert, waarbij het koudste water zich onderaan de tank verzamelt en het heetste bovenaan.
Temperatuurvariatie in Boiler
De koudwaterinlaat bevat een klep - meestal een kogelkraan - om de watertoevoer naar de tank te regelen. Kogelkranen (ook bekend als kwartslagkranen) worden gebruikt omdat ze eenvoudig en snelwerkend zijn.
Kogelkraan
Uitlaat voor Warm Water
Zodra het water in de tank is verwarmd, verlaat het de tank via de uitlaat voor warm water. De uitlaat voor warm water heeft ook een eigen klep zodat de boiler hydraulisch kan worden geïsoleerd; dit wordt bereikt door de inlaat- en uitlaatkleppen op de boiler te sluiten.
Weerstands-/Verwarmingselementen
De verwarmingselementen zijn loodrecht op de lengte van de tank geïnstalleerd. Elk verwarmingselement bestaat uit een elektrische weerstand die is ondergebracht in een warmtegeleidende buis en is verbonden met een externe elektrische voeding. Elektrische stroom stroomt door de weerstand en warmte wordt gegenereerd omdat het weerstandspad (gemeten in ohm) hoog is; de gegenereerde warmte wordt overgedragen aan het water rondom de weerstandsbuizen.
In gasboilers wordt een gas brander gebruikt om het water te verwarmen. Gasboilers zijn anders ontworpen omdat ze zowel een uitlaat als een luchtinlaat nodig hebben. Het warmtewisselingsgebied binnen een gasboiler is groter dan dat van een elektrische weerstandsboiler, vanwege het grote uitlaatgas kanaal binnen de boiler.
Weerstandselementen
Thermostaat
Een elektrische boiler bevat ten minste één thermostaat die wordt gebruikt om de temperatuur van het water in de tank te regelen; dit wordt bereikt door te bepalen wanneer de verwarmingselementen worden in- en uitgeschakeld. Als elke weerstand zijn eigen thermostaat heeft, wordt de bovenste weerstand meestal ingesteld om in te schakelen bij een hogere temperatuur dan de onderste weerstand; deze opstelling houdt rekening met het temperatuurverschil dat meestal in de tank bestaat (beide verwarmers schakelen tegelijkertijd in als het temperatuurverschil in de tank in aanmerking wordt genomen, in plaats van dat de onderste verwarming altijd als eerste inschakelt omdat het onderste deel van de tank een lagere temperatuur heeft). Het op het juiste moment in- en uitschakelen van de weerstanden leidt tot gelijkmatige slijtage van de weerstanden, wat betekent dat alle weerstanden op hetzelfde interval kunnen worden onderhouden.
De watertemperatuur binnen een boiler is meestal 50°C (120F), maar dit varieert afhankelijk van de gewenste temperatuur en de toepassing.
Thermostaat
Luchtontluchting
Hoewel niet aanwezig in elk model van elektrische boiler, kan een luchtontluchting worden gebruikt om lucht te laten ontsnappen uit de tank; bijvoorbeeld na onderhoud. Als er geen luchtontluchtingsklep aanwezig is, kan lucht uit de tank worden ontlucht door:
- De verbindingen van de koudwaterinlaat, de uitlaat voor warm water of de opofferingsanode los te maken.
- De tank met water te vullen totdat er water uit de bovenkant van de tank komt via de losgemaakte verbinding(en).
- De verbindingen weer vast te draaien om te voorkomen dat er nog lucht in het systeem komt.
Het is mogelijk om lucht te ontluchten op het punt van gebruik, hoewel het vaak tijd kost om lucht volledig uit het systeem te verwijderen (spetterende, onregelmatige waterstroom is het resultaat). Een alternatieve methode is het gebruik van een automatische ontluchtingsklep; deze worden vaak op verschillende posities binnen grotere watersystemen geïnstalleerd om ervoor te zorgen dat lucht continu uit het systeem wordt ontlucht.
Temperatuur-/Drukontlastklep
Een temperatuur-/drukontlastklep (TPR-klep) is nabij de bovenkant van de tank geïnstalleerd. De TPR-klep opent als het water in de tank een te hoge temperatuur bereikt, of als er overdruk optreedt (de druk wordt te hoog). In beide gevallen opent de klep en laat water ontsnappen via een afvoerpijp. Het doel van de afvoerpijp is om iedereen die in de buurt werkt te beschermen tegen verbranding door het afgevoerde hete water.
De temperatuur-/drukontlastklep (TPR) kan worden getest door de hendel op te tillen, hoewel dit alleen het werkingsmechanisme test en niet de juiste overtemperatuur- en overdrukinstelpunten.
Temperatuur-/Drukontlastklep met Hendel Gemarkeerd
Opofferingsanode
Naast de dompelbuis bevindt zich een lange cilindervormige staaf; dit is de opofferingsanode. De anode corrodeert na verloop van tijd en voorkomt galvanische corrosie op belangrijkere -en duurdere- metalen oppervlakken. Opofferingsanodes worden over het algemeen vervaardigd van magnesium, aluminium, zink, of een legering van de drie; het anodemateriaal omringt een stalen staaf die langs de centrale as van de anode is geïnstalleerd.
Anodes worden voor veel andere toepassingen gebruikt omdat galvanische corrosie optreedt wanneer twee metalen elektrisch zijn verbonden en er een elektrolyt aanwezig is. Veelvoorkomende toepassingen zijn pijpleidingbescherming en scheepsbescherming.
Anodes Beschermen Scheepsonderdelen Tegen Galvanische Corrosie
Aftapkraan
Een aftapkraan bevindt zich aan de onderkant van de keteltank; dit is meestal een kogelkraan. De aftapkraan wordt gebruikt om water af te tappen uit de tank, bijvoorbeeld wanneer er onderhoud moet worden uitgevoerd. Omdat de kraan zich aan de onderkant van de tank bevindt, kan deze worden gebruikt om bezinksel te verwijderen, zoals kalkaanslag, roest, stukjes gecorrodeerde anode enz. die zich op de bodem van de tank hebben verzameld. Het verwijderen van bezinksel uit de bodem van de tank is een goede gewoonte en moet periodiek plaatsvinden, bijvoorbeeld elke 6 maanden. Het proces van het verwijderen van bezinksel wordt vaak 'spoelen' genoemd omdat het bezinksel letterlijk uit het systeem wordt 'gespoeld'.
Veelvoorkomende Problemen & Probleemoplossing
Gebroken Dompelbuis
Een dompelbuis kan breken en losraken van de bovenkant van de keteltank en vervolgens naar de bodem van de tank vallen. Hierdoor zal koud water aan de bovenkant van de keteltank binnenkomen in plaats van aan de onderkant, en als het niet lang genoeg in de tank blijft om te worden verwarmd, zal het door de uitlaat voor warm water worden afgevoerd voor distributie naar de warmwaterkranen van het gebouw.
Bevestigde en Losgeraakte Dompelbuis
Hoe Vervang Je Een Gebroken Dompelbuis
Om een dompelbuis te vervangen, moet de boiler elektrisch en hydraulisch worden geïsoleerd (stroom uit en inlaat- en uitlaatkleppen gesloten). Warmwaterpompen die water uit de boiler halen, moeten worden uitgeschakeld. De waterdruk in de tank moet worden verlaagd door de aftapkraan langzaam te openen. Zodra de druk is verlaagd, sluit de aftapkraan en ontkoppel de koudwaterinlaatleiding zodat de dompelbuis kan worden verwijderd en vervangen. Na vervanging, ontlucht de lucht (ontlucht de lucht) en zet de boiler weer in gebruik.
Gecorrodeerde Anode
De opofferingsanode van een boiler moet worden gecontroleerd, omdat deze na verloop van tijd zal corroderen. De anode moet periodiek visueel worden beoordeeld en worden vervangen wanneer er nog maar weinig van de anode over is. Als een anode te lang tussen vervangingen blijft zitten, kan de stalen staaf in het midden bloot komen te liggen, wat een teken kan zijn dat onvoldoende bescherming van metalen oppervlakken binnen de boiler plaatsvindt. De afbeelding hieronder toont een nieuwe anode vergeleken met een die is gecorrodeerd/versleten; de stalen staaf is te zien als een dun stuk cilindrisch metaal op de versleten anode.
Nieuwe en Gecorrodeerde Anode Vergeleken
Hoe Vervang Je De Boileranode
Om de anode te vervangen, moet de boiler hydraulisch worden geïsoleerd door de inlaat- en uitlaatkleppen te sluiten, zodat er geen water in of uit de boiler stroomt. Warmwaterpompen die water uit de boiler halen, moeten worden uitgeschakeld voordat de hydraulische isolatie plaatsvindt. De verwarmingselementen moeten worden uitgeschakeld en de druk in de boiler moet via de aftap worden verlaagd. De anodekap aan de bovenkant van de keteltank kan vervolgens worden losgemaakt zodat de anode kan worden opgetild/teruggetrokken uit de boiler. Zodra de anode is verwijderd, kan het lichaam ervan tegen de klok in worden gedraaid om de stalen staaf van de kap los te schroeven, waarna een nieuwe anode kan worden geïnstalleerd en de boiler weer kan worden gemonteerd.
Kalkaanslag
Een ophoping van kalk (calciumcarbonaat) en andere verharde mineralen binnen de boiler is gebruikelijk in elk apparaat dat water gebruikt; deze oplosbare mineralen worden gescheiden van het water en verharden op oppervlakken binnen het apparaat. Schaal is een andere term die wordt gebruikt voor verharde mineraalafzettingen binnen een watersysteem; schaal bestaat uit veel mineralen, terwijl kalk alleen verwijst naar calciumcarbonaat.
Schaal- en kalkophoping is vooral problematisch op de verwarmingselementen van een boiler. Schaal fungeert als een thermische isolator, absorbeert de warmte die door de verwarmingselementen wordt gegenereerd, maar geeft er weinig van door aan het omringende water. Dit kan leiden tot hotspots op het verwarmingselement waar het oververhit raakt terwijl het probeert het water tot de gewenste temperatuur te verwarmen. Dit inefficiënte gebruik van elektrische energie kan niet alleen leiden tot hogere elektriciteitsrekeningen, maar kan ook verwarmingselementen doen scheuren en falen; het defecte verwarmingselement moet dan worden vervangen.
Een ander onderdeel dat kwetsbaar is voor schaalophoping is de temperatuur-/drukontlastklep. Als dit gebeurt, kan het werkingsmechanisme van de klep vast komen te zitten, waardoor het niet opent bij de juiste temperatuur of druk. Dit kan leiden tot zeer heet water in de tank, of tot overdruk die elders in het watersysteem uit de tank moet ontsnappen, wat mogelijk schade aan andere componenten en pijpverbindingen kan veroorzaken.
Kalk/Schaal Bedekt Verwarmingselement
Gerelateerde Online Engineering Cursussen
Hoe Elektrische Boilers Werken
Inleiding tot Warmtewisselaars
Basisprincipes van Plaatwarmtewisselaars
Aanvullende Bronnen
https://en.wikipedia.org/wiki/Water_heating
https://energyeducation.ca/encyclopedia/Domestic_water_heating