Нагревание воды

Нагревание воды - это процесс теплопередачи, который использует источник энергии для нагрева воды выше его начальной температуры. Типичное домашнее использование горячей воды включает в себя приготовление пищи, очистку, купание и пространство. В промышленности горячая вода и вода, нагретая в пар, имеют много применений.

Внутренне вода традиционно нагревается в сосудах, известных как водонагреватели , чайники , котлы , кастрюли или медные . Эти металлические сосуды, которые нагревают партию воды, не дают постоянного снабжения нагретой воды при заданной температуре. Редко горячая вода встречается естественным образом, обычно из природных горячих источников . Температура варьируется в зависимости от скорости потребления, становясь более холодным по мере увеличения потока.

Устройства, которые обеспечивают постоянную подачу горячей воды, называются водонагревателями , обогреватели , резервуары для горячей воды , котлы , теплообменники , гейзеры (южная Африка и арабский мир) или калориваторы . Эти имена зависят от региона, и независимо от того, нагревают ли они питьевую или не наделенную воду, находятся в домашнем или промышленном использовании, и их источника энергии. В домашних установках питьевая вода, нагретая для использования, кроме космического нагрева, также называется бытовой горячей водой ( DHW ).

Ископаемое топливо ( природное газ , сжиженный нефтяной газ , нефть ) или твердое топливо обычно используются для нагревательной воды. Они могут быть потреблены напрямую или могут производить электричество, которое, в свою очередь, нагревает воду. Электричество на тепловую воду также может поступать из любого другого электрического источника, такого как ядерная энергия или возобновляемая энергия . Альтернативная энергия, такая как солнечная энергия , тепловые насосы , тепловая утилизация горячей воды и геотермальное нагревание , также могут нагревать воду, часто в сочетании с системами резервного копирования, приводимыми в силу ископаемого топлива или электричества.

Густонаселенные городские районы некоторых стран обеспечивают районный нагрев горячей воды. Это особенно относится к Скандинавии , Финляндии и Польше . Районные системы отопления подают энергию для нагрева воды и нагрева пространства из комбинированных заводов на тепло и электроэнергии (CHP), таких как мусоросжигательные заводы , центральные тепловые насосы, тепло отходов от промышленности, геотермальное отопление и центральное солнечное нагрев . Фактическое отопление водопроводной воды выполняется в теплообменниках в помещениях потребителей. Как правило, у потребителя нет системы резервного копирования в строительстве, так как избыточность обычно значительна для районного отопления.

Сегодня, в Соединенных Штатах, бытовая горячая вода, используемая в домах, чаще всего нагревается природным газом, электрическим сопротивлением или тепловым насосом. Водонагреватели электрического теплового насоса значительно более эффективны, чем водонепроницаемые нагреватели, но также и более дорогие в покупке. Некоторые энергетические коммунальные услуги предлагают своим клиентам финансирование, чтобы помочь компенсировать более высокую первую стоимость энергоэффективных водонагревателей.

Типы приборов для отопления воды

Горячая вода, используемая для нагрева пространства, может нагреваться ископаемым топливом в котле, в то время как вода может быть нагревается в отдельном приборе. Это обычная практика в США, особенно когда обычно используется тепло-эфирное нагрев. ^{[ 1 ]}

Хранение водонагревателей (тип резервуара)

В использовании бытовых и коммерческих водоснабжений в североамериканской и южной азиатской нагревателях - это тип резервуара, также называемые водонагревателями . Они состоят из цилиндрического сосуда или контейнера, который сохраняет воду непрерывно горячей и готовой к использованию. Типичные размеры для домашнего использования варьируются от 75 до 400 л (от 20 до 100 галлонов США). Они могут использовать электроэнергию , природный газ , пропан , нагревательный нефть , солнечная энергия или другие источники энергии. Нагреватели природного газа являются наиболее популярными в США и большинстве европейских стран, поскольку газ часто удобно трубопроводится по всем городам и поселкам и в настоящее время является самым дешевым в использовании. В Соединенных Штатах типичные водонагреватели природного газа для домохозяйств без необычных потребностей составляют 150–190 л (40–50 галлонов США) с горелкой, оцененной в 10,0–11,7 киловатт (34 000–40 000 млн лет/ч).

Это популярное расположение, где более высокие показатели потока требуются в течение ограниченных периодов. Вода нагревается в сосуде под давлением, который может противостоять гидростатическому давлению, близко к давлению входящей сети. Клапан снижения давления иногда используется для ограничения давления до безопасного уровня для сосуда. В Северной Америке эти суда называются резервуарами из горячей воды и могут включать нагреватель электрического сопротивления, тепловой насос или газовый или нефтяной горелку, которая нагревает воду напрямую.

Там, где установлены котлы с горячей водой, нагревающие котлы, цилиндры горячей воды обычно косвенно нагревают первичной водой из котла или электрическим погружением (часто как резервное копирование котла). В Великобритании эти сосуды называются косвенными цилиндрами и прямыми цилиндрами соответственно. Кроме того, если эти цилиндры образуют часть герметичной системы, обеспечивая горячую воду с давлением в сети, они известны как незавершенные цилиндры. В США, когда они подключены к котлу, их называют непрямыми водонагревателями .

По сравнению с нагревателями без резервуара водонагреватели имеют преимущество использования энергии (газ или электричество) с относительно медленной скоростью, сохраняя тепло для последующего использования. Недостатком является то, что со временем тепло выходит через стену резервуара, а вода охлаждается, активируя систему отопления, чтобы нагреть воду обратно, поэтому инвестирование в резервуар с лучшей изоляцией повышает эту резервную эффективность. ^{[ 2 ]} Кроме того, когда тяжелое использование выпускает горячую воду, существует значительная задержка, прежде чем горячая вода снова будет доступна. Большие резервуары имеют тенденцию обеспечивать горячую воду с меньшими колебаниями температуры при умеренных скоростях потока.

Водонагреватели для хранения объема в Соединенных Штатах и Новой Зеландии, как правило, являются вертикальными цилиндрическими резервуарами, обычно стоящими на полу, «подносом цилиндров» или на платформе, поднявшей небольшое расстояние над полом. Объемные водонагреватели в Испании, как правило, горизонтальны. В Индии они в основном вертикальны. В квартирах они могут быть установлены в потолочном пространстве над комнатами для прачечной. В Австралии в основном использовались газовые и электрические нагреватели баков (с высокими температурами для повышения эффективной емкости), но солнечные резервуары становятся модными.

Крошечная точка использования (POU) Электрические нагреватели с возможностями с возможностями в диапазоне от 8 до 32 л (2–6 галлонов) предназначены для установки в кухне и шкафах для ванн или на стене над раковиной. Обычно они используют низкоэлектроэлементы , от 1 кВт до 1,5 кВт и могут обеспечить горячую воду достаточно долго для мытья рук, или, если они садятся в существующую линию горячей воды, пока не появится горячая вода из дистанционного водонагревателя высокой пропускной способности. Они могут использоваться при модернизации здания с сантехникой горячей воды, слишком дорого или непрактичны. Поскольку они поддерживают термостатическую температуру воды, они могут поставлять непрерывный поток горячей воды только при чрезвычайно низких расходах, в отличие от обогревателей без таков с высокой пропускной способностью.

В тропических странах, таких как Сингапур и Индия, водонагреватель хранения может варьироваться от 10 до 35 L. Меньшие водонагреватели достаточно, поскольку температура окружающей среды и температура входящей воды умеренная. Самые холодные регионы в Индии, такие как Кашмир, люди в основном зависят от электрических водонагревателей типа хранения. В основном 50 л или 75 л.

Точечный использование (POU) против централизованной горячей воды

Решение о локационном проектировании может быть принято между точкой использования и централизованными водонагревателями. Централизованные водонагреватели более традиционны и все еще являются хорошим выбором для небольших зданий. Для более крупных зданий с прерывистым или случайным употреблением горячей воды несколько водонагревателей POU могут быть лучшим выбором, поскольку они могут уменьшить длительное ожидание, когда горячая вода прибывает от дистанционного нагревателя. Решение, где найти водонагреватель (ы), является лишь частично независимо от решения водонагревателя без резервуара или выбора источника энергии для тепла. ^{[ Цитация необходима ]}

Мгновенные водонагреватели (тип танка)

Водонагреватели без резервуаров, также называемые мгновенным, непрерывным потоком, встроенным, вспышкой, по требованию или водным нагревателям мгновенного, получают популярность. ^{[ Цитация необходима ]} Эти мощные водонагреватели мгновенно нагревают воду, когда она течет через устройство, и не сохраняют воду внутри, за исключением того, что находится в катушке теплообменника. Медные теплообменники предпочтительнее в этих подразделениях из -за их высокой теплопроводности и простоты изготовления.

Нагреватели без резервуаров могут быть установлены по всему домохозяйству в более чем одной точке использования (POU), вдали от центрального водонагревателя, или более крупные централизованные модели все еще могут использоваться для обеспечения всех требований к горячей воде для всего дома. Основными преимуществами водонагревателей без резервуара являются обильный непрерывный поток горячей воды (по сравнению с ограниченным потоком непрерывно нагретой горячей воды из обычных водонагревателей резервуара) и потенциальная экономия энергии в некоторых условиях. Основным недостатком является их гораздо более высокие начальные затраты; Американское исследование в Миннесоте сообщило о 20-40-летнем окупаемости за водонагреватели без резервуара. ^{[ Цитация необходима ]} В сравнении с менее эффективным природным газом, выпущенным природным газом, природный газ по требованию будет стоить на 30% больше в течение срока службы его полезного использования. ^{[ сомнительно - обсудить ]}^{[ Цитация необходима ]}

Автономные приборы для быстрого нагревания воды для домашнего использования известны в Северной Америке как резервуара водонагреватели без . В некоторых местах их называют многоточечными обогревателями , гейзерами или аскотами . В Австралии и Новой Зеландии их называют мгновенными единицами горячей воды . В Аргентине их называют Calefones . В этой стране Калефоны используют газ вместо электроэнергии, хотя водонагреватели без резервуаров также можно найти в других странах. Аналогичное деревянное прибор был известен как нагреватель чипа .

Распространенное расположение, в котором используется нагревание пространства с горячей водой, заключается в том, чтобы котел также нагревал питьевую воду , обеспечивая непрерывную подачу горячей воды без дополнительного оборудования. Устройства, которые могут поставлять как нагреть пространство, так и бытовую горячую воду, называются комбинированными (или комбинированными ) котлами. Хотя нагреватели по требованию обеспечивают непрерывную подачу бытовой горячей воды, скорость, с которой они могут производить, ограничены термодинамикой отопления воды из имеющихся топливных принадлежностей.

Электрические насадки для душа

Электрическая насадка для душа имеет электрический нагревательный элемент, который нагревает воду, когда она проходит. Эти самостоятельные насадки для душа являются специализированными водонагревателями без резервуаров, которые широко используются в некоторых странах.

Изобрел в Бразилии в 1930 -х годах из -за отсутствия центрального распределения газа и часто используется с 1940 -х годов, электрический душ является домашним прибором, часто встречающим Большинство случаев не поддерживают обычные водонагреватели. Более ранние модели были сделаны из хромированной меди или латуни, которые были дорогими, но с 1970 года единицы, сделанные из инъецированных пластмасс, популярны из -за низких цен, аналогичных ценам фен.

Электрические души имеют простую электрическую систему, работающую как кофеварка, но с большим потоком воды. Переключатель потока включает устройство, когда вода протекает через него. Как только вода остановлена, устройство автоматически отключается. Обычный электрический душ часто, но не всегда имеет три настройки тепла: высокий (5,5 кВт), низкий (2,5 кВт) или холодный (0 Вт) для использования, когда доступна система центрального нагревателя или в жаркие сезоны. Также производятся версии более высокой мощности (до 7,5 кВт) и более низкой мощности (до 3,2 кВт), а также версии с 4 настройками тепла или переменными настройками тепла.

Использование энергии

Потребление электроэнергии электрического душа в макс. Установка отопления составляет около 5,5 кВт для 120 В и 7,5 кВт для 220 В. Более низкие затраты с электрическими душами по сравнению с более высокими затратами с котлами из резервуара обусловлены временем использования: электрический душ использует только энергию, пока вода течет, в то время как в то время Танк -котел работает много раз в день, чтобы сохранить количество стоячей воды горячей для использования в течение дня и ночи. Более того, передача электрической энергии в воду в электрической душевой нагрузке очень эффективна, приближаясь к 100%. Электрические души могут сэкономить энергию по сравнению с электрическими обогревателями резервуаров, которые теряют некоторое резервное тепло.

Безопасность

Существует широкий ассортимент электрических душевых наголовков с различными конструкциями и типами управления отоплением. Нагревательный элемент электрического душа погружается в водный поток, используя часто заменяемый нихромный резистивный нагреватель Полем Электрические насадки для душа с ножными и электрически изолированными элементами отопления часто продаются как таковые ( Chuveiros Blackados на португальском языке) и более дороги. Из -за стандартов электрической безопасности, а также стоимости современные электрические души изготовлены из пластика вместо использования металлических оболочек, как в прошлом.

В качестве электрического устройства, которое использует больше электрического тока, чем стиральная машина для одежды или фен, электрическая установка для душа требует тщательного планирования, и, как правило, предназначена для подключения непосредственно из ящика от электрического распределения с выделенным автоматическим выключателем и наземной системой. Плохо установленная система со старыми алюминиевыми проводами, плохими соединениями или не подключенным заземляющим проводом (что часто бывает) может быть опасной, так как провода могут перегреться или электрический ток может протекать через воду через тело пользователя на землю. ^{[ 3 ]}

Солнечные водонагреватели

Все чаще солнечной энергии используются водонагреватели . Их солнечные коллекционеры устанавливаются за пределами жилищ, обычно на крыше, стенах или поблизости, а бак для хранения горячей воды, как правило, представляет собой ранее существовавший или новый обычный водонагреватель, или водонагреватель, специально предназначенный для солнечного теплового. На Кипре и Израиле 90 процентов домов имеют системы нагревания солнечной энергии. ^{[ 4 ]}

Самыми основными солнечными тепловыми моделями являются тип прямого усиления, в котором питьевая вода непосредственно отправляется в коллектор. Говорят, что многие такие системы используют интегрированное хранилище коллектора (ICS), поскольку системы прямого усиления обычно включают хранилище в коллекционере. Нагревательная вода непосредственно по своей природе более эффективна, чем ее косвенно нагревание через теплообменники, но такие системы обеспечивают очень ограниченную защиту от замораживания (если таковые имеются), может легко нагревать воду до температуры небезопасно для домашнего использования, а системы ICS страдают от тяжелых потерь тепла в холодные ночи. и холодные, облачные дни.

Напротив, косвенные или замкнутые системы не позволяют питьевой воде через панели, а скорее накачивают теплопередачу (вода или смеси воды/антифриза) через панели. После сбора тепла на панелях теплообменная жидкость протекает через теплообменник , перенося его тепло в горячую воду. Когда панели прохладнее резервуара для хранения или когда резервуар для хранения уже достиг максимальной температуры, контроллер в системах с замкнутой контукой останавливает насосы циркуляции. В дренажной системе вода сливается в резервуар для хранения, содержащийся в кондиционированном или полустоянии, защищенном от температуры замерзания. Однако с антифризовыми системами насос должен работать, если температура панели становится слишком горячей (для предотвращения разложения антифриза) или слишком холодной (чтобы предотвратить замораживание воды/антифриза.

КОЛЛЕКТОРЫ ПЛОННЫХ ПАНЕЛЕЙ Обычно используются в системах с замкнутой петлей. Плоские панели, которые часто напоминают окно в крыше , являются наиболее долговечным типом коллекционера, и они также имеют наилучшие характеристики для систем, предназначенных для температур в пределах 56 ° C (100 ° F) температуры окружающей среды . Плоские панели регулярно используются как в чистой воде, так и в антифризовых системах.

Другим типом солнечного коллектора является коллекционер эвакуированных труб , который предназначен для холодного климата, который не испытывает серьезного града и/или применения, где необходимы высокие температуры (то есть более 94 ° C [201 ° F]). Расположенные в стойку, эвакуированные коллекторы труб образуют ряд стеклянных трубок, каждая из которых содержит абсорбционные плавники, прикрепленные к центральному теплопроводникому стержне (медная или конденсация). Эвакуированное описание относится к вакууму , созданному в стеклянных трубках во время производственного процесса, что приводит к очень низкой потери тепла и позволяет эвакуированным трубчатым системам достигать экстремальных температур, что значительно превышает точку кипения воды.

Геотермальное отопление

В таких странах, как Исландия и Новая Зеландия , и в других вулканических регионах, нагревание воды может быть выполнено с использованием геотермального нагрева , а не сжигания.

Гравитационная система

Там, где используется водяной котел, нагревающий космический промышленность, традиционное расположение в Великобритании и Ирландии состоит в том, чтобы использовать нагретую котла ( первичную ) воду для нагреваемой ( вторичной ) воды, содержащейся в цилиндрическом сосуде (обычно из меди), которая поставляется из сосуда или контейнера для хранения холодной воды, обычно в пространстве крыши здания. Это производит довольно устойчивую поставку DHW (бытовая горячая вода) при низкой статической головке , но обычно с хорошим потоком . В большинстве других частей света приборы для отопления воды не используют сосуд или контейнер для хранения холодной воды, а нагревают воду при давлении, близко к прессу, водоснабжению входящего сети .

Другие улучшения

Другие улучшения для водонагревателей включают устройства контрольных клапанов на их входе и выпускной, таймере цикла, электронное зажигание в случае моделей, использующих топлив, запечатанные системы воздухозаборника в случае моделей, использующих топлив, и изоляция труб. Типы запечатанных воздушных систем иногда называют «Band- Boil подразделениями ». «Высокоэффективные» конденсирующие единицы могут преобразовать до 98% энергии в топливе для нагрева воды. Выхлопные газы сгорания охлаждаются и механически вентилируются либо через крышу, либо через внешнюю стену. При высокой эффективности сжигания необходимо предоставить сток для обработки воды, конденсированной из продуктов сгорания, которые в основном представляют собой углекислый газ и водяной пара.

В традиционной сантехнике в Великобритании котел, нагревающий пространство, установлен для нагрева отдельного цилиндра горячей воды или водонагревателя для горячей воды. Такие водонагреватели часто оснащены вспомогательным электрическим нагревателем для использования, если котел на какое -то время выходит вне действия. Нагрев из котла, нагревающего пространство, переносится в сосуд/контейнер для водонагревателя с помощью теплообменника, а котел работает при более высокой температуре, чем питьевая горячая вода. Большинство питьевых водонагревателей в Северной Америке полностью отделены от космических отопления, из -за популярности систем HVAC / принудительного воздуха в Северной Америке.

Жилые водонагреватели, изготовленные с 2003 года в Соединенных Штатах, были переработаны, чтобы противостоять зажиганию легковоспламеняющихся паров и включить выключатель теплового отсечения, согласно ANSI Z21.10.1. Первая особенность пытается предотвратить воспламеняемые жидкости и газов в окрестностях легковоспламеняющихся жидкостей и газов. Вторая особенность предотвращает перегрев бака из -за необычных условий сгорания. Эти требования безопасности были выполнены в ответ на то, что домовладельцы хранят или пролиты, бензин или другие легковоспламеняющиеся жидкости возле их водонагревателей и вызывая пожары. Поскольку большинство новых конструкций включают в себя какой -то тип экрана Arrestor Flame , они требуют мониторинга, чтобы убедиться, что они не засорены с помощью жарки или пыли, уменьшая доступность воздуха для сжигания. Если арестован пламени становится засоренным, тепловое отсечение может действовать, чтобы отключить обогреватель.

Печь с влажным выходом ( Новая Зеландия ), обогреватель влажного выхода (Новая Зеландия) или котел (Великобритания) - это простой домашний вторичный водонагреватель с использованием случайного тепла. Обычно он состоит из трубы с горячей водой, проходящей за камином или плитой (а не для хранения горячей воды ), и не имеет объекта для ограничения нагрева. Современные влажные защиты могут запустить трубу в более сложной конструкции, чтобы помочь обмену тепловым обменом . Эти проекты вытесняются правительственными правилами эффективности, которые не считаются энергией, используемой для нагрева воды, как «эффективно» используется. ^{[ 5 ]}

История

Другой тип водонагревателя, разработанный в Европе, предшествовал модели хранения. В Лондоне, Англия, в 1868 году художник по имени Бенджамин Уодди Моган изобрел первый мгновенный внутренний водонагреватель, который не использовал твердое топливо . Названная Geyser после того, как изобретение Maughan, изобретение Maughan, сделало холодную воду на верхнем потоке через трубы, которые были нагреты горячими газами от горелки на дне. Горячая вода затем текла в раковину или ванну. Изобретение было несколько опасным, потому что не было никакого дымохода, чтобы удалить нагретые газы из ванной. Водонагреватель по -прежнему иногда называют гейзером в Великобритании.

Изобретение Мауна повлияло на работу норвежского инженера -механика по имени Эдвин Рууд . Первый автоматический водонагреватель типа резервуара был изобретен около 1889 года после того, как он иммигрировал в Питтсбург, штат Пенсильвания (США). Компания Ruud Manufacturing, все еще существующая сегодня, добилась многих достижений в проектировании и эксплуатации водонагревателя без резервуара.

Термодинамика и экономика

Вода обычно входит в жилые дома в США примерно при 10 ° C (50 ° F), в зависимости от широты и сезона. Температура горячей воды 50 ° C (122 ° F) обычные для мытья посуды, белья и душа, что требует, чтобы нагреватель повысил температуру воды около 40 ° C (72 ° F), если горячая вода смешивается с холодной водой в точке использования. Определенный код сантехнического кода. Ссылка на текучесть душа составляет 9,5 л (2,5 галлона США) в минуту. Использование в раковине и посудомоечной машине варьируется от 4–11 л (1–3 галлыш) в минуту.

Природный газ часто измеряется по объему или тепло. Общие единицы измерения по объему - это кубический метр или кубические футы в стандартных условиях или тепло содержания в киловатт , британские тепловые единицы (BTU) или терми , что равно 100 000 БТУ. BTU - это энергия, необходимая для поднятия одного фунта воды на одну степень по Фаренгейту. Галлон воды в США весит 8,3 фунта (3,8 кг). Чтобы поднять 230 л (60 галлонов США) воды от 10 ° C (50 ° F) до 50 ° C (122 ° F) при эффективности 90%, требуется $60 \times 8,3 \times (122 - 50) \times 1,11 = 39 840 BTU$ . Нагреватель 46 кВт (157 000 BTU/H), как это могло бы существовать в обогревателе без резервуара, потребуется около 15 минут. По 1 доллару за термин стоимость газа составит около 40 центов. Для сравнения, типичный электрический водонагреватель 230 л (60 US GAL) имеет нагревательной элемент 4,5 кВт (15 000 БТУ/ч), который при 100% эффективном времени приводит к времени нагрева около 2,34 часа. На уровне 0,16 долл. США/кВтч электроэнергии обойдется в 1,68 долл. США.

Энергетическая эффективность водонагревателей при использовании жилых помещений может сильно различаться, особенно в зависимости от производителя и модели. Тем не менее, электрические нагреватели, как правило, немного более эффективны (не подсчитывая потери электростанций) с эффективностью восстановления (насколько эффективно энергия переносится в воду), достигая около 98%. Газовые обогреватели обладают максимальной эффективностью восстановления всего около 82–94% (оставшаяся тепло теряется при газе дымохода). Общие энергетические факторы могут составлять всего 80% для электрических и 50% для газовых систем. Водонагреватели с природным газом и резервуаром пропана с энергетическими коэффициентами 62% или более, а также водонагреватели электрического резервуара с энергетическими коэффициентами 93% или более, считаются высокоэффективными единицами. Энергетическая звезда, квалифицированные природным газом и пропановым водонагревателем (по состоянию на сентябрь 2010 года), имеют энергетические коэффициенты 67% или выше, что обычно достигается с использованием прерывистого пилота вместе с автоматическим дымовым демпфом, путаторами или вентиляцией питания.

Прямая электрическая сопротивление резервуара Водонагреватели не включены в программу Energy Star; Тем не менее, программа Energy Star включает в себя единицы электрического теплового насоса с энергетическими коэффициентами 200% или выше. Водонагреватели без резервуаров (по состоянию на 2015 год) должны иметь энергетический фактор 90% или выше для квалификации Energy Star. Поскольку производство электроэнергии на тепловых растениях имеет уровни эффективности в диапазоне от 15% до чуть более 55% ( газовая турбина комбинированного цикла ), причем около 40% типичны для термоэлектрических станций, прямое сопротивление электрическое нагревание воды может быть наименее энергоэффективным вариантом.

Тем не менее, использование теплового насоса может сделать электрические водонагреватели гораздо более энергоэффективными и привести к снижению выбросов углекислого газа, даже если низкий уровень углерода используется для электроэнергии. Использование районного отопления, используя тепло отходов от выработки электроэнергии и других отраслей промышленности для нагрева резиденций и горячей воды, обеспечивает повышенную эффективность, удаляя необходимость сжигания ископаемого топлива или использование электроэнергии высокой стоимости для производства тепла в отдельном доме.

По сути, для нагрева воды требуется много энергии, как можно испытать при ожидании варки галлона воды на плите. По этой причине водонагреватели без резервуара по требованию требуют мощного источника энергии. Стандартный электрический ролик на стене 120 В, 15-ампер, для сравнения, только источет достаточно мощности, чтобы согреть разочаровывающе небольшое количество воды: около 0,17 галлонов США (0,64 л) в минуту при повышении температуры 40 ° C (72 ° F).

Энергия, используемая электрическим водонагревателем, может быть снижена на 18% за счет оптимального графика и контроля температуры, основанного на знании схемы использования. ^{[ 6 ]}

Минимальные требования США

16 апреля 2015 года в рамках Национального Закона о сохранении энергии приборов (NAECA) новые минимальные стандарты для эффективности жилых водонагревателей, установленных Министерством энергетики Соединенных Штатов . ^{[ 7 ]} Все новые водонагреватели для хранения газа с возможностями в США меньше 55 галлонов США (210 л; 46 им. Гал), проданные в Соединенных Штатах в 2015 году или более выше для меньших единиц), увеличивался по сравнению с минимальным стандартом до 2015 года 58% энергетического фактора для газовых единиц 50-US-Gallon. Водонагреватели с электрическим хранилищем с мощностью менее 55 галлонов США, продаваемых в Соединенных Штатах, должны иметь энергетический коэффициент не менее 95%, что увеличилось по сравнению с минимальным стандартом до 2015 года 90% для электрических единиц в размере 50 до галлонов.

В соответствии с стандартом 2015 года, впервые хранилище водонагреватели с возможностями 55 галлонов США или больше, теперь сталкиваются с более строгими требованиями эффективности, чем у 50 галлонов США или менее. В соответствии с стандартом до 2015 года водонагреватель 75 галлонов США (280 л; 62 IMP GAL). В то время как в соответствии с стандартом 2015 года минимальный энергетический коэффициент для водонагревателя бака для хранения газа 75-US Gallon в настоящее время составляет 74%, что может быть достигнуто только с помощью технологии конденсирования. Водонагреватели для хранения с номинальным входом в 22 кВт (75 000 БТУ/ч) или больше в настоящее время не влияют на эти требования, поскольку энергетический фактор не определяется для таких единиц. 80 американская галльдовая (300 л; 67 IMP GAL). Водонагреватель резервуаров с электрическим хранилищем смог иметь минимальный энергетический коэффициент 86% в соответствии с стандартом до 2015 года, в то время как в соответствии с стандартом 2015 года минимальный энергетический коэффициент для 80-галлона Электрический резервуар водонагреватель в настоящее время составляет 197%, что возможно только с теплового насоса Технология . Этот рейтинг измеряет эффективность в точке использования.

В зависимости от того, как генерируется электричество, общая эффективность может быть намного ниже. Например, на традиционном угольном заводе только около 30–35% энергии в угле оказывается в качестве электричества на другом конце генератора. ^{[ 8 ]} Потери на электрической сетке (включая потери линии и потери преобразования напряжения) снижают электрическую эффективность. Согласно данным Администрирования энергетической информации, потери передачи и распределения в 2005 году потребляли 6,1% чистой генерации. ^{[ 8 ]} Напротив, 90% энергетической стоимости природного газа составляет доставляется потребителю. ^{[ Цитация необходима ]} (Ни в одном случае не является затраченная энергия, исследуя, разрабатывание и извлечение угля или ресурсов природного газа, включенных в указанные числа эффективности.) Водонагреватели без бензобакса должны иметь энергетический коэффициент 82% или выше по стандартам 2015 года, что соответствует предварительному -2015 Энергетическая звезда Стандарт.

В 2022 году предложенные Министерство энергетических правил, которые вступят в силу в 2026 году и будут эффективно устранить неэффективные неконденсирующие газовые водонагреватели в коммерческих зданиях. Неконденсирующие модели отходы тепла, в то время как модели конденсации захватывают и используются иначе потерянная энергия. ^{[ 9 ]} Изменения сократят выбросы на 38 миллионов тонн углекислого газа в течение 30 лет и снизит затраты на энергетические расходы зданий. ^{[ 9 ]}

Безопасность водонагревателя

Опасность взрыва

Водонагреватели потенциально могут взорваться и нанести значительный ущерб, травмы или смерть, если не установлены определенные защитные устройства. Безопасное устройство, называемое клапаном температуры и снятия давления (T & P или TPR), обычно устанавливается на верхней части водонагревателя, чтобы сбрасывать воду, если температура или давление становятся слишком высокими. Большинство сантехнических кодов требуют, чтобы выгрузочная труба была подключена к клапану, чтобы направить поток сброшенной горячей воды к сливке, как правило, в соседнем дренере на полу или за пределами жилого пространства. Некоторые строительные нормы позволяют загрязнять трубу заканчивать в гараже. ^{[ 10 ]}

или в подвале установлен газовый или пропан Если в гараже , во многих кодах сантехники требуется, чтобы он был повышен не менее чем на 18 на (46 см) над полом, чтобы уменьшить потенциал для пожара или взрыва из -за разлива или утечки сжимаемого жидкости в гараже. Кроме того, некоторые локальные коды требуют, чтобы обогреватели типа резервуара в новых и модернизированных установках должны быть закреплены на соседней стене ремнем или якорем, чтобы предотвратить опрокидывание и разрыв воды и газовых труб в случае землетрясения . ^{[ 11 ]}

Для более старых домов, где водонагреватель является частью пространственного нагревателя котла, и позволяют сантехнические коды, некоторые сантехники устанавливают автоматический газовый отключение (например, «Watts 210») в дополнение к клапану TPR. Когда устройство ощущает, что температура достигает 99 ° C (210 ° F), оно отключает подачу газа и предотвращает дальнейшее нагрев. ^{[ Цитация необходима ]} Кроме того, должен быть установлен расширенный резервуар или клапан для снятия давления наружного давления, чтобы предотвратить наращивание давления в сантехнике от разорвающихся труб, клапанов или водонагревателя.

Тепловые ожоги (обжигание)

Окружение вызывает серьезную обеспокоенность любого водонагревателя. Человеческая кожа быстро горит при высокой температуре, менее чем за 5 секунд при 60 ° C (140 ° F), но намного медленнее при 53 ° C (127 ° F) - это требуется целая минута для ожога второй степени . Пожилые люди и дети часто получают серьезную шкалу из -за инвалидности или медленного времени реакции . ^{[ 12 ]} В Соединенных Штатах и в других местах это обычная практика, чтобы положить падающий клапан или термостатический смешанный клапан ^{[ 13 ]} На выходе водонагревателя. Результат автоматического смешивания горячей и холодной воды с помощью падающего клапана называется «закаленная вода». ^{[ 14 ]}

Управляющий клапаном смешивает достаточно холодной воды с горячей водой из обогревателя, чтобы сохранить исходящую температуру воды фиксированной при более умеренной температуре, часто устанавливающей 50 ° C (122 ° F). Без отпускаемого клапана снижение температуры заданного нагревателя является наиболее прямым способом уменьшения обжигания. Однако для санитарии требуется горячая вода при температуре, которая может вызвать сжигание. Это может быть достигнуто с помощью дополнительного обогревателя в устройстве, требуемой более горячей воде. Например, большинство жилых машин для мытья посуды включают в себя внутренний электрический нагревательный элемент для повышения температуры воды выше, который обеспечивается домашним водонагревателем.

Бактериальное загрязнение

Две противоречивые проблемы безопасности влияют на температуру водонагревателя - риск обжигации из чрезмерной горячей воды, превышающей 55 ° C (131 ° F), и риск инкубации бактерий, особенно легионелла , в воде, которая недостаточно горячая, чтобы убить их. Оба риска потенциально опасны для жизни и сбалансированы путем установки термостата водонагревателя до 55 ° C (131 ° F). Европейские руководящие принципы по контролю и профилактике заболевания, связанных с путешествиями, рекомендуют хранить горячую воду при 60 ° C (140 ° F) и распределяться так, чтобы температура не менее 50 ° C (122 ° F) и предпочтительно 55 ° C (131 ° F) достигается в течение одной минуты в точках использования. ^{[ 15 ]}

Если есть посудомоечная машина без нагревателя, для оптимальной очистки может потребоваться температура воды в диапазоне 57–60 ° C (135–140 ° F). ^{[ 16 ]} Но клапаны отпуска, установленные не более 55 ° C (131 ° F), могут быть применены к кранам, чтобы избежать обжигания. Температура резервуара выше 60 ° C (140 ° F) может обрабатывать ламентные отложения, которые впоследствии могут содержать бактерии в резервуаре для воды. Более высокие температуры также могут увеличить травление стеклянной посуды в посудомоечной машине.

Термостаты резервуара не являются надежным направлением к внутренней температуре резервуара. Гэзовые резервуары для воды могут не иметь показана калибровка температуры. Электрический термостат показывает температуру на высоте термостата, но вода ниже в резервуаре может быть значительно прохладной. Выходной термометр является лучшим показателем температуры воды. ^{[ 17 ]}

В индустрии возобновляемых источников энергии (в частности, солнечные и тепловые насосы) конфликт между ежедневным контролем тепловой легионеллы и высокими температурами, которые могут снизить производительность системы, подвергается нагреванию. В статье, направленном на то, что в высшем техническом комитете в Европе TC 312 утверждается, что в высшем техническом комитете CEN Solar Tempical Committe TC 312 утверждается, что ведущий солнечный солнечный тепловой комитет CEN Solar Solar Solar Solar Solar Solar Tempical Committe утверждает, что, если бы не нагревались системы нагревания солнечной воды. Однако некоторая работа по анализу солнечного симулятора с использованием Polysun 5 предполагает, что 11 -процентный энергетический штраф является более вероятным показателем. Каким бы ни был контекст, как энергоэффективность , так и требования к сжиганию безопасности подталкивают в направлении значительно более низкой температуры воды, чем температура пастеризации легионеллы около 60 ° C (140 ° F). ^{[ Цитация необходима ]}

Legionella pneumophila была обнаружена в точке использования вниз по течению от горизонтальных электрических водонагревателей с объемами 150 литров. ^{[ 18 ]}

Тем не менее, Legionella можно безопасно и легко контролироваться с помощью хорошего проектирования и инженерных протоколов. Например, повышение температуры водонагревателей один раз в день или даже раз в несколько дней до 55 ° C (131 ° F) в самой холодной части водонагревателя в течение 30 минут эффективно контролирует Legionella. Во всех случаях и, в частности, энергоэффективных применений, болезнь легионеров чаще всего является результатом проблем инженерного проектирования, которые не принимают во внимание влияние стратификации или низкого потока. ^{[ Цитация необходима ]}

Также возможно контролировать риски легионеллы путем химической обработки воды. Этот метод позволяет сохранять более низкие температуры воды в трубопроводе без связанного риска легионеллы. Преимущество более низкой температуры труб заключается в том, что скорость тепла потери снижается, и, следовательно, потребление энергии снижается.

Смотрите также

Ссылки

^ «Энциклопедия - Британская онлайн -энциклопедия» . Search.eb.com. Архивировано с оригинала 2012-09-09 . Получено 2012-02-29 .
^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 2017-02-15 . Получено 2017-02-20 . {{cite web}}: CS1 Maint: архивная копия как заголовок ( ссылка ) PG28
^ Чай, подвесной инь. «18-летний умирает после получения электрического показания во время душа в Hougang Flat» . Новая бумага. Архивировано с оригинала 2 октября 2014 года . Получено 2 октября 2014 года .
^ «Солнечная горячая вода» . Проект просадки . 2020-02-06 . Получено 2020-12-05 .
^ «Правила чистого воздуха могут угрожать огням влажного выхода» . Новая Зеландия Вестник . 24 августа 2005 года. Архивировано с оригинала 13 октября 2014 года.
^ Booysen, Jaa Engelbrecht, MJ Ritchie, M. Ah , MJ Apperley Cloet .org/10.1016/j.esd.2019.05.004 (Open: https://doi.org/10.31224/osf.io/xnq4t )
^ «Программа энергосбережения: стандарты энергосбережения для жилых водонагревателей, оборудования прямого отопления и нагревателей бассейна; окончательное правило» (PDF) . Министерство энергетики США . 16 апреля 2010 г. Архивировал (PDF) с оригинала 26 сентября 2012 года . Получено 7 сентября 2012 года .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ABB Inc. «Экономическая эффективность в энергосистеме» (PDF) . nema.org . Национальная ассоциация производителей электриков. Архивировано (PDF) из оригинала 1 июля 2015 года . Получено 1 октября 2015 года .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Уилсон, Миранда (2022-05-06). «DOE обновляет правило водонагревателя впервые за два десятилетия» . E & E News . Получено 2022-05-12 .
^ Вода может быть динамит 1951 г. Статья с иллюстрациями на основаниях водоснабжения.
^ «Калифорнийский сантехнический код» (PDF) . Международная ассоциация сантехнических и механических чиновников. С. 58–59. Архивировано (PDF) из оригинала 2011-07-20 . Получено 23 февраля 2010 года .
^ Руководство по проектированию нагрева по дому (2 -е издание) , Американское общество инженеров сантехники (ASPE), 2003, ISBN 978-1-891255-18-2 Страницы 13–14
^ «Все, что вам нужно знать о отдавчивых клапанах» .
^ Смит, Тимоти А. Системы смягченной воды. Архивированный 2009-02-24 в The Wayback Machine Systrumbing Systems & Design, май/июнь 2003 г. с. 42–44.
^ «Европейские руководящие принципы по контролю и профилактике болезни легионеров, связанных с путешествиями» (PDF) . Европейская рабочая группа по инфекциям легионеллы. 2005-01-01. Архивировано из оригинала (PDF) на 2007-09-22 . Получено 2008-02-12 .
^ «Руководство потребителя по энергоэффективности и возобновляемой энергии: снижение температуры нагрева воды для экономии энергии» . Министерство энергетики США. 2005-09-12. Архивировано из оригинала 2007-10-25 . Получено 2007-10-14 .
^ Дональд Р. Вульфингофф Руководство по энергетической эффективности Издательство энергетической институты, 1999 г. ISBN 0-9657926-7-6 Страницы 458–460
^ У. Стоун, Т.М. Луу, Г. Гакикиро, М.Дж. Ниеуудт, М.Дж. Буйсен, «Потенциальный источник недиагностированного легионеллеза: рост легионеллы в домашних системах отопления вод в Южной Африке», Энергия для устойчивого развития , том 49 , февраль 2019 г. : https://doi.org/10.1016/j.esd.2018.12.001 (Open: https://doi.org/10.31224/osf.io/23fzc )

Внешние ссылки

Как это работает - водонагреватель от популярной механики

[1] «Энциклопедия - Британская онлайн -энциклопедия» . Search.eb.com. Архивировано с оригинала 2012-09-09 . Получено 2012-02-29 .

[2] «Архивная копия» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 2017-02-15 . Получено 2017-02-20 . {{cite web}}: CS1 Maint: архивная копия как заголовок ( ссылка ) PG28

[3] Чай, подвесной инь. «18-летний умирает после получения электрического показания во время душа в Hougang Flat» . Новая бумага. Архивировано с оригинала 2 октября 2014 года . Получено 2 октября 2014 года .

[4] «Солнечная горячая вода» . Проект просадки . 2020-02-06 . Получено 2020-12-05 .

[5] «Правила чистого воздуха могут угрожать огням влажного выхода» . Новая Зеландия Вестник . 24 августа 2005 года. Архивировано с оригинала 13 октября 2014 года.

[EWHSAvings-6] Booysen, Jaa Engelbrecht, MJ Ritchie, M. Ah , MJ Apperley Cloet .org/10.1016/j.esd.2019.05.004 (Open: https://doi.org/10.31224/osf.io/xnq4t )

[7] «Программа энергосбережения: стандарты энергосбережения для жилых водонагревателей, оборудования прямого отопления и нагревателей бассейна; окончательное правило» (PDF) . Министерство энергетики США . 16 апреля 2010 г. Архивировал (PDF) с оригинала 26 сентября 2012 года . Получено 7 сентября 2012 года .

[autogenerated1-8] Jump up to: ^а ^{беременный} ABB Inc. «Экономическая эффективность в энергосистеме» (PDF) . nema.org . Национальная ассоциация производителей электриков. Архивировано (PDF) из оригинала 1 июля 2015 года . Получено 1 октября 2015 года .

[:0-9] Jump up to: ^а ^{беременный} Уилсон, Миранда (2022-05-06). «DOE обновляет правило водонагревателя впервые за два десятилетия» . E & E News . Получено 2022-05-12 .

[10] Вода может быть динамит 1951 г. Статья с иллюстрациями на основаниях водоснабжения.

[11] «Калифорнийский сантехнический код» (PDF) . Международная ассоциация сантехнических и механических чиновников. С. 58–59. Архивировано (PDF) из оригинала 2011-07-20 . Получено 23 февраля 2010 года .

[ASPE03-12] Руководство по проектированию нагрева по дому (2 -е издание) , Американское общество инженеров сантехники (ASPE), 2003, ISBN 978-1-891255-18-2 Страницы 13–14

[13] «Все, что вам нужно знать о отдавчивых клапанах» .

[14] Смит, Тимоти А. Системы смягченной воды. Архивированный 2009-02-24 в The Wayback Machine Systrumbing Systems & Design, май/июнь 2003 г. с. 42–44.

[15] «Европейские руководящие принципы по контролю и профилактике болезни легионеров, связанных с путешествиями» (PDF) . Европейская рабочая группа по инфекциям легионеллы. 2005-01-01. Архивировано из оригинала (PDF) на 2007-09-22 . Получено 2008-02-12 .

[16] «Руководство потребителя по энергоэффективности и возобновляемой энергии: снижение температуры нагрева воды для экономии энергии» . Министерство энергетики США. 2005-09-12. Архивировано из оригинала 2007-10-25 . Получено 2007-10-14 .

[DRW99-17] Дональд Р. Вульфингофф Руководство по энергетической эффективности Издательство энергетической институты, 1999 г. ISBN 0-9657926-7-6 Страницы 458–460

[LegionellaHorizontal-18] У. Стоун, Т.М. Луу, Г. Гакикиро, М.Дж. Ниеуудт, М.Дж. Буйсен, «Потенциальный источник недиагностированного легионеллеза: рост легионеллы в домашних системах отопления вод в Южной Африке», Энергия для устойчивого развития , том 49 , февраль 2019 г. : https://doi.org/10.1016/j.esd.2018.12.001 (Open: https://doi.org/10.31224/osf.io/23fzc )

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

v Т и Сантехника
Fundamental concepts	Air gap (plumbing) Backflow Compatibility (chemical) Corrosion Drain (plumbing) Drinking water Fuel gas Friction loss Grade (slope) Greywater Heat trap Hydrostatic loop Leak Neutral axis Onsite sewage facility Pressure Sanitary sewer Sewer gas Sewage Sewerage Siphon Storm sewer Stormwater Surface tension Tap water Thermal expansion Thermal insulation Thermosiphon Trap (plumbing) Venturi effect Wastewater Water hammer Water supply network Water table Well
Technology	Brazing British Standard Pipe (BSP) Cast iron pipe Chemical drain cleaners Compression fitting Copper tubing Crimp (joining) Drain-waste-vent system Ductile iron pipe Flare fitting Garden Hose Thread (GHT) Gasket Hydronics Leak detection National Pipe Thread (NPT) Nominal Pipe Size (NPS) O-ring Oakum Pipe (fluid conveyance) Pipe dope Pipe support Plastic pipework Push-to-pull compression fittings Putty Sealant Sewage pumping Soldering Solvent welding Swaging Thread seal tape Threaded pipe Tube bending Water heat recycling
Components	Atmospheric vacuum breaker Automatic bleeding valve Automatic faucet Backflow prevention device Ball valve Bleed screw Booster pump Butterfly valve Check valve Chemigation valve Chopper pump Circulator pump Cistern Closet flange Concentric reducer Condensate pump Coupling (piping) Diaphragm valve Dielectric union Double check valve Eccentric reducer Expansion tank Faucet aerator Float switch Float valve Floor drain Flow limiter Flushing trough Flushometer Gate valve Globe valve Grease trap Grinder pump Hose coupling Manifold Needle valve Nipple (plumbing) Pinch valve Piping and plumbing fitting Plug (sanitation) Pressure regulator Pressure vacuum breaker Pressure-balanced valve Pump Radiator (heating) Reduced pressure zone device Reducer Relief valve Riser clamp Rooftop water tower Safety valve Sewage pump Street elbow Submersible pump Tap (valve) Thermostatic mixing valve Trench drain Vacuum breaker Vacuum ejector Valve Water tank Zone valve
Plumbing fixtures	Accessible bathtub Bathtub Bidet Dehumidifier Dishwasher Drinking fountain Electric water boiler Evaporative cooler Flush toilet Garbage disposal unit Hot water storage tank Humidifier Icemaker Instant hot water dispenser Laundry tub Shower water recycling shower Sink Storage water heater Sump pump Tankless water heater Urinal Washing machine Washlet Water dispenser Water filter Water heater Water softener
Specialized tools	Basin wrench Blowtorch Borescope Core drill Drain cleaner Driving cap Flare-nut wrench Pipecutter Pipe wrench Plumber's snake Plumber wrench Plunger Strap wrench Tap and die
Measurement and control	Control valve Flow sensor Pressure sensor Water detector Water metering
Professions, trades, and services	Hydronic balancing Hydrostatic testing Leak detection Mechanical, electrical, and plumbing Pipe marking Pipefitter Pipelayer Plumber
Industry organizations and standards	International Association of Plumbing and Mechanical Officials (IAPMO) NSF International Plumbing & Drainage Institute (PDI) Uniform Plumbing Code (UPC) World Plumbing Council (WPC)
Health and safety	Plumbing code Scalding Waterborne disease
See also	Fire sprinkler system Piping Template:HVAC Template:Public health Template:Sewerage Template:Toilets Template:Wastewater