Wprowadzenie
Elektryczne podgrzewacze wody są powszechnie stosowane w gospodarstwach domowych do dostarczania ciepłej wody do małych budynków mieszkalnych i komercyjnych. Popularną - i zazwyczaj starszą - alternatywą dla elektrycznego podgrzewacza wody jest gazowy podgrzewacz wody, który wykorzystuje gaz do generowania ciepła zamiast elektryczności. Podgrzewacze wody są często instalowane w piwnicach budynków, gdzie ogrzewają wodę do użytku w kuchniach, łazienkach i innych miejscach wymagających ciepłej wody.
System Ciepłej Wody
Elektryczne podgrzewacze wody zazwyczaj ogrzewają wodę za pomocą elementów grzewczych zasilanych elektrycznie. Istnieją także inne konstrukcje elektrycznych podgrzewaczy wody, takie jak kotły elektrodowe, które jednak nie są stosowane w domowych systemach ciepłej wody. Podgrzewacze wody z elementami oporowymi są również znane jako elektryczne podgrzewacze oporowe.
Jak Działają Elektryczne Podgrzewacze Wody
Zimna woda jest doprowadzana do dolnej części zbiornika podgrzewacza za pomocą rury zanurzeniowej i jest następnie ogrzewana przez elektryczne elementy grzewcze. W miarę jak woda się ogrzewa, unosi się na szczyt zbiornika dzięki naturalnej konwekcji i jest wydalana przez wylot ciepłej wody do użytku w innych miejscach budynku.
Części Elektrycznego Podgrzewacza Wody
Podoba Ci się ten artykuł? Koniecznie sprawdź nasze Kursy Wideo Inżynierii! Każdy kurs zawiera quiz, podręcznik, a po ukończeniu kursu otrzymasz certyfikat. Miłej nauki!
Komponenty Elektrycznego Podgrzewacza Wody
Zbiornik Podgrzewacza i Izolacja
Zbiornik podgrzewacza jest zazwyczaj wykonany ze stali nierdzewnej, a jego wewnętrzna powierzchnia jest chroniona przez powłokę szklaną, wyściółkę szklaną lub emalię. Powłoki polimerowe są stosowane w niektórych nowszych modelach, ale nie jest to powszechne.
Zbiornik jest otoczony izolacją, aby zmniejszyć ilość ciepła traconego do otaczającego powietrza, co zwiększa jego wydajność. Poniższy obraz pokazuje izolację z włókna szklanego, która jest powszechnym rodzajem izolacji termicznej.
Izolacja Termiczna
Wlot Zimnej Wody i Rura Zanurzeniowa
Zimna woda jest doprowadzana do podgrzewacza wody przez wlot zimnej wody, przepływając przez rurę zanurzeniową do samego dna zbiornika. Dzięki procesowi naturalnej konwekcji, wprowadzenie zimniejszej wody na dno zbiornika zapewnia, że naturalnie unosi się ona na szczyt zbiornika w miarę wzrostu temperatury; dzieje się tak, ponieważ gęstość wody zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury. Konwekcja również dyktuje, że temperatura wody będzie się różnić na różnych poziomach w zbiorniku, z najzimniejszą wodą gromadzącą się na dnie zbiornika i najcieplejszą na górze.
Wariacja Temperatury w Podgrzewaczu Wody
Wlot zimnej wody będzie zawierał zawór – zazwyczaj zawór kulowy – do kontrolowania wody doprowadzanej do zbiornika. Zawory kulowe (znane również jako zawory ćwierćobrotowe) są używane, ponieważ są proste i szybko działające.
Zawór Kulowy
Wylot Ciepłej Wody
Gdy woda w zbiorniku zostanie podgrzana, opuszcza zbiornik przez wylot ciepłej wody. Wylot ciepłej wody będzie również miał własny zawór, aby podgrzewacz wody mógł być hydraulicznie izolowany; osiąga się to przez zamknięcie zaworów wlotowego i wylotowego na podgrzewaczu wody.
Elementy Oporowe/Grzewcze
Elementy grzewcze są instalowane prostopadle do długości zbiornika. Każdy element grzewczy składa się z elektrycznego opornika umieszczonego w rurze przewodzącej ciepło i podłączonego do zewnętrznego zasilania elektrycznego. Prąd elektryczny przepływa przez opornik i generowane jest ciepło, ponieważ ścieżka oporu (mierzona w omach) jest wysoka; generowane ciepło jest przekazywane do wody otaczającej rurę opornika.
W gazowych podgrzewaczach wody używany jest palnik gazowy do podgrzewania wody. Gazowe podgrzewacze wody są zaprojektowane inaczej, ponieważ wymagają zarówno ścieżki wydechowej, jak i wlotu powietrza. Obszar wymiany ciepła w gazowym podgrzewaczu wody jest większy niż w elektrycznym podgrzewaczu oporowym, ze względu na duży kanał spalinowy wewnątrz podgrzewacza.
Elementy Oporowe
Termostat
Elektryczny podgrzewacz wody zawiera co najmniej jeden termostat, który służy do kontrolowania temperatury wody w zbiorniku; osiąga to, kontrolując, kiedy elementy grzewcze są włączane i wyłączane. Jeśli każdy opornik ma własny termostat, górny opornik jest zazwyczaj ustawiony na włączenie przy wyższej temperaturze niż dolny opornik; takie ustawienie pozwala na różnicę temperatur, która zwykle występuje w zbiorniku (oba grzejniki włączają się jednocześnie, jeśli uwzględniona jest różnica temperatur w zbiorniku, zamiast dolnego grzejnika zawsze włączającego się jako pierwszy, ponieważ dolna część zbiornika ma niższą temperaturę). Włączanie i wyłączanie oporników w odpowiednim czasie prowadzi do równomiernego zużycia oporników, co oznacza, że wszystkie oporniki mogą być konserwowane w tym samym czasie.
Temperatura wody w zbiorniku podgrzewacza wody wynosi zazwyczaj 50°C (120F), ale różni się w zależności od pożądanej temperatury i zastosowania.
Termostat
Odpowietrznik
Chociaż nie jest obecny w każdym modelu elektrycznego podgrzewacza wody, odpowietrznik może być używany do uwalniania powietrza ze zbiornika; na przykład po przeprowadzeniu konserwacji. Jeśli zawór odpowietrzający nie jest obecny, powietrze można odpowietrzyć ze zbiornika przez:
- Poluzowanie połączeń wlotu zimnej wody, wylotu ciepłej wody lub anody ofiarnej.
- Napełnienie zbiornika wodą, aż woda wypłynie z góry zbiornika przez poluzowane połączenia.
- Ponowne dokręcenie połączeń, aby zapobiec dalszemu wnikaniu powietrza do systemu.
Możliwe jest odpowietrzenie powietrza w punkcie użytkowania, chociaż często zajmuje to czas, aby całkowicie odpowietrzyć system (skutkiem jest przerywany, nieregularny przepływ wody). Alternatywną metodą jest użycie automatycznego zaworu odpowietrzającego; są one często instalowane w różnych miejscach w większych systemach wodnych, aby zapewnić ciągłe odpowietrzanie systemu.
Zawór Zabezpieczający Przed Przegrzaniem/Przepięciem
Zawór zabezpieczający przed przegrzaniem/przepięciem (TPR) jest zainstalowany blisko szczytu zbiornika. Zawór TPR otwiera się, jeśli woda w zbiorniku osiągnie zbyt wysoką temperaturę lub jeśli wystąpi przepięcie (ciśnienie staje się zbyt wysokie). W każdej z tych sytuacji zawór otwiera się i uwalnia wodę przez rurę odpływową. Celem rury odpływowej jest ochrona osób pracujących w pobliżu, które w przeciwnym razie mogłyby zostać poparzone przez wydalaną gorącą wodę.
Zawór zabezpieczający przed przegrzaniem/przepięciem (TPR) można przetestować, podnosząc jego dźwignię, chociaż testuje to tylko mechanizm działania, a nie prawidłowe ustawienia przegrzania i przepięcia.
Zawór Zabezpieczający Przed Przegrzaniem/Przepięciem z Wyróżnioną Dźwignią
Anoda Ofiarna
Obok rury zanurzeniowej znajduje się długa cylindryczna pręt; to jest anoda ofiarna. Anoda koroduje z czasem, zapobiegając korozji galwanicznej na bardziej istotnych - i kosztownych - powierzchniach metalowych. Anody ofiarne są zazwyczaj wykonane z magnezu, aluminium, cynku lub stopu tych trzech; materiał anody otacza stalowy pręt, który jest zainstalowany wzdłuż osi centralnej anody.
Anody są używane w wielu innych zastosowaniach, ponieważ korozja galwaniczna występuje zawsze, gdy dwa metale są połączone elektrycznie, a obecny jest elektrolit. Powszechne zastosowania obejmują ochronę rur i ochronę statków.
Anody Chroniące Części Statku Przed Korozją Galwaniczną
Zawór Spustowy
Zawór spustowy można znaleźć na dole zbiornika grzewczego; zazwyczaj będzie to zawór kulowy. Zawór spustowy służy do opróżniania wody ze zbiornika, na przykład, gdy konieczna jest konserwacja. Ponieważ zawór znajduje się na dole zbiornika, można go użyć do usunięcia osadu, np. kamienia, rdzy, kawałków skorodowanej anody itp., które zgromadziły się na dnie zbiornika. Usuwanie osadu z dna zbiornika jest dobrą praktyką i powinno odbywać się okresowo, np. co 6 miesięcy. Proces usuwania osadu jest często nazywany „płukaniem”, ponieważ osad jest dosłownie „płukany” z systemu.
Typowe Problemy i Rozwiązywanie Problemów
Złamana Rura Zanurzeniowa
Rura zanurzeniowa może się złamać i odłączyć od góry zbiornika grzewczego, a następnie spaść na dno zbiornika. W konsekwencji zimna woda będzie wchodzić na górę zbiornika podgrzewacza zamiast na dół, a jeśli nie pozostanie w zbiorniku wystarczająco długo, aby się ogrzać, zostanie usunięta przez wylot ciepłej wody do dystrybucji do kranów ciepłej wody w budynku.
Przymocowana i Odłączona Rura Zanurzeniowa
Jak Wymienić Złamaną Rurę Zanurzeniową
Aby wymienić rurę zanurzeniową, podgrzewacz wody powinien być elektrycznie i hydraulicznie izolowany (wyłączone zasilanie i zamknięte zawory wlotowe i wylotowe wody). Pompy ciepłej wody pobierające wodę z podgrzewacza powinny być wyłączone. Ciśnienie wody w zbiorniku powinno być uwolnione przez powolne otwarcie zaworu spustowego. Po uwolnieniu ciśnienia zamknij zawór spustowy i odłącz rurę wlotu zimnej wody, aby można było usunąć i wymienić rurę zanurzeniową. Po wymianie odpowietrz powietrze (odpowietrz powietrze) i przywróć podgrzewacz do użytku.
Skorodowana Anoda
Anoda ofiarna podgrzewacza musi być monitorowana, ponieważ z czasem ulega korozji. Anoda musi być okresowo oceniana wizualnie i wymieniana, gdy pozostaje z niej niewiele. Pozostawienie anody na zbyt długo między wymianami może spowodować, że stalowy pręt w środku zostanie odsłonięty, co może być oznaką, że niewystarczająca ochrona metalowych powierzchni wewnątrz podgrzewacza ma miejsce. Poniższy obraz pokazuje nową anodę w porównaniu z anodą, która uległa korozji/zużyciu; stalowy pręt można zobaczyć jako cienki kawałek cylindrycznego metalu na zużytej anodzie.
Porównanie Nowej i Skorodowanej Anody
Jak Wymienić Anodę Podgrzewacza Wody
Aby wymienić anodę, podgrzewacz musi być hydraulicznie izolowany przez zamknięcie zaworów wlotowego i wylotowego, aby żadna woda nie wpływała ani nie wypływała z podgrzewacza. Pompy ciepłej wody pobierające wodę z podgrzewacza powinny być wyłączone przed izolacją hydrauliczną. Elementy grzewcze muszą być wyłączone, a ciśnienie w podgrzewaczu musi być uwolnione przez odpływ. Nakrętka anody na górze zbiornika podgrzewacza może być następnie poluzowana, aby można było podnieść/wyciągnąć anodę z podgrzewacza. Po usunięciu anody, jej korpus można obrócić w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, aby odkręcić stalowy pręt od nakrętki, a następnie można zainstalować nową anodę i ponownie złożyć podgrzewacz.
Osad Kamienia
Osad kamienia (węglanu wapnia) i innych zmineralizowanych substancji wewnątrz podgrzewacza jest powszechny w każdym urządzeniu używającym wody; te rozpuszczalne minerały oddzielają się od wody i osadzają na powierzchniach wewnątrz urządzenia. Kamień to inny termin używany do opisania osadów mineralnych w systemie wodnym; kamień składa się z wielu minerałów, podczas gdy kamień odnosi się tylko do węglanu wapnia.
Osad kamienia i kamienia jest szczególnie problematyczny na elementach grzewczych podgrzewacza wody. Kamień działa jako izolator termiczny, pochłaniając ciepło generowane przez element(y) grzewcze, ale przekazując niewiele z niego do otaczającej wody. Może to prowadzić do gorących punktów na elemencie grzewczym, gdzie przegrzewa się on, próbując podgrzać wodę do pożądanej temperatury. To nieefektywne wykorzystanie energii elektrycznej może nie tylko prowadzić do wyższych rachunków za prąd, ale także powodować pęknięcia i awarie elementów grzewczych; uszkodzony element grzewczy musi być wtedy wymieniony.
Innym komponentem, który jest podatny na osad kamienia, jest zawór zabezpieczający przed przegrzaniem/przepięciem. Jeśli to nastąpi, mechanizm działania zaworu może się zaciąć, co skutkuje nieotwieraniem się przy odpowiedniej temperaturze lub ciśnieniu. Może to prowadzić do bardzo gorącej wody w zbiorniku lub do nadmiernego ciśnienia, które musi zostać uwolnione z zbiornika w innym miejscu w systemie wodnym, potencjalnie uszkadzając inne komponenty i połączenia rur.
Element Grzewczy Pokryty Kamieniem/Osadem
Dodatkowe Zasoby
https://en.wikipedia.org/wiki/Water_heating
https://energyeducation.ca/encyclopedia/Domestic_water_heating