Резервуар для хранения горячей воды
Резервуар для хранения горячей воды (также называемый резервуаром для горячей воды , резервуаром для хранения тепла , аккумулятором для горячей воды , резервуаром для хранения тепла , цилиндром с горячей водой и гейзером на южноафриканском английском языке). [1] ) — резервуар для воды, используемый для хранения горячей воды для отопления помещений или бытового использования.
Вода является удобным средством хранения тепла, поскольку она имеет высокую удельную теплоемкость . Это означает, что по сравнению с другими веществами он может хранить больше тепла на единицу веса. Вода нетоксична и имеет низкую стоимость.
Эффективно изолированный бак может сохранять накопленное тепло в течение нескольких дней, сокращая расходы на топливо. [2] Резервуары для горячей воды могут иметь встроенную систему газовых или масляных горелок, электрические погружные нагреватели . В некоторых типах используется внешний теплообменник, например , система центрального отопления или нагретая вода из другого источника энергии. Наиболее типичными в бытовом контексте являются горелки, работающие на ископаемом топливе, электрические погружные элементы или схема централизованного теплоснабжения . [3]
Водонагреватели для стирки, купания или стирки оснащены термостатами для регулирования температуры в диапазоне от 40 до 60 ° C (от 104 до 140 ° F) и подключаются к системе холодного водоснабжения.
Если местный водопровод имеет высокое содержание растворенных минералов, таких как известняк , нагревание воды приводит к осаждению минералов в резервуаре (накипи). Уже через несколько лет в резервуаре могут возникнуть утечки из-за коррозии, проблема усугубляется растворенным кислородом в воде , который ускоряет коррозию как резервуара, так и арматуры.
Изоляция
[ редактировать ]Обычно резервуары для хранения горячей воды оборачиваются теплоизоляцией , чтобы снизить потребление энергии, ускорить процесс нагрева и поддерживать желаемую рабочую температуру. Более толстая теплоизоляция снижает потери тепла в режиме ожидания . Водонагреватели доступны с различными классами изоляции, но можно добавить слои дополнительной изоляции снаружи водонагревателя, чтобы уменьшить потери тепла. В экстремальных условиях сам обогреватель может быть полностью заключен в специально построенное изолированное пространство.
Наиболее распространенным типом изоляции водонагревателя является стекловолокно , фиксируемое лентой или ремнями или внешней оболочкой водонагревателя. Изоляция не должна блокировать поток воздуха или выход дымовых газов при использовании горелки.
Еще одним распространенным изоляционным материалом, используемым для резервуаров для хранения воды, является изоляция из пенополиуретана (ППУ). [ нужна ссылка ] Там, где доступ к внутреннему резервуару является приоритетным (в случае особо агрессивных минералов или содержания кислорода в местном водопроводе), ППУ можно применять в инкапсулированной форме, позволяющей снимать изоляционный слой для регулярных проверок целостности и, при необходимости, ремонта резервуар для воды.
Совсем недавно разумные системы хранения стали коммерциализироваться с использованием инновационной вакуумной изоляции. Эта технология теперь позволяет хранить тепловую энергию в системах малого и среднего размера в течение нескольких недель без каких-либо значительных потерь тепла. Там, где это возможно, существует потенциал использования доступных по цене разумных аккумуляторов тепла для среднесрочного хранения энергии.
Солнечная ёмкость для хранения горячей воды
[ редактировать ]В солнечной системе нагрева воды солнечный резервуар для хранения горячей воды сохраняет тепло от солнечных тепловых коллекторов . [4] В баке имеется встроенный теплообменник для нагрева холодной бытовой воды. В относительно мягком климате, например, в Средиземноморье, резервуары для хранения (хорошо изолированные, но обтянутые металлом) часто монтируются на крыше. Все такие резервуары имеют те же проблемы, что и резервуары с искусственным подогревом, включая отложения известняка и коррозию, и страдают от аналогичного снижения общей эффективности, если за ними не тщательно ухаживают.
Утечка в резервуаре для воды
[ редактировать ]Баки водонагревателей могут быть изготовлены из стекловидной эмалью , покрытой углеродистой стали , нержавеющей стали или меди .
В то время как резервуары для горячей воды из меди и нержавеющей стали более распространены в Европе, резервуары из углеродистой стали более распространены в Соединенных Штатах, где, как правило, периодической проверкой пренебрегают, в резервуаре возникает течь, после чего заменяется весь прибор. [5] Даже если ими пренебрегать, резервуары из углеродистой стали, как правило, служат на несколько лет дольше, чем гарантия их производителя, которая в США обычно составляет от 3 до 12 лет. [ нужна ссылка ]
Резервуары со стекловидным покрытием имеют гораздо меньшую первоначальную стоимость и часто включают в себя один или несколько стержней жертвенного анода, предназначенных для защиты резервуара от перфорации, вызванной коррозией. [6] Это необходимо, поскольку хлорированная вода очень агрессивна к углеродистой стали. Потому что практически невозможно нанести какое-либо защитное покрытие идеально (без микроскопических трещин и точечных дефектов защитного слоя). [7] производители могут рекомендовать периодическую проверку любого расходуемого анода, заменяя его при необходимости.
Некоторые производители предлагают расширенный гарантийный комплект, в который входит сменный анодный стержень. Поскольку в обычных резервуарах для хранения горячей воды можно ожидать протечки каждые 5–15 лет, высококачественные установки будут включать в себя (и большинство строительных/сантехнических норм и правил США теперь требуют) неглубокий металлический или пластиковый поддон для сбора просачивания в случае его возникновения.
Накопитель горячей воды с замкнутым водяным контуром
[ редактировать ]Этот метод сохраняет тепло в резервуаре с помощью внешних теплообменников (змеевиков), которые можно напрямую подключать или использовать для питания других (внешних) теплообменников.
Основное преимущество заключается в том, что, избегая непосредственного отбора горячей воды для бытового потребления, в резервуар не подается постоянно холодная вода, что в зонах с «жесткой» водой уменьшает отложение известкового налета до уровня, растворенного в исходной заправке воды, а также относительно тривиально. суммы добавлены для возмещения потерь из-за утечки.
Дополнительным преимуществом является снижение уровня кислорода в такой закрытой системе, что позволяет несколько ослабить требования к материалам, используемым в резервуаре для хранения горячей воды и закрытых водяных контурах, внешних теплообменниках и связанных с ними трубопроводах.
Хотя система внешнего теплообменника, используемая для горячего водоснабжения, будет иметь минеральные отложения, средства для удаления накипи продлевают срок службы такой системы.
Послойный накопительный бак для горячей воды с замкнутым водяным контуром
[ редактировать ]Другой метод хранения тепла в резервуаре для хранения горячей воды имеет много названий: послойный резервуар для хранения горячей воды с замкнутым водяным контуром , послойный тепловой аккумулятор , термоклинный резервуар и резервуар для хранения послойной воды, но во всех случаях существенная разница заключается в том, что для поддержания тепла необходимо приложить все усилия. вертикальное расслоение столба воды, другими словами, чтобы горячая вода находилась в верхней части резервуара, в то время как вода внизу имеет значительно более низкую температуру.
Это желательно в местах с широким климатическим диапазоном, где охлаждение летом так же важно, как и обогрев зимой, и требует принятия одной или нескольких из следующих мер:
- Различные контуры отопления и охлаждения должны подавать нагретую или охлажденную воду с как можно более низкой скоростью. (Это обязательно предполагает наличие контуров нагрева и охлаждения с насосами с регулируемой скоростью и трубными патрубками максимально возможного диаметра.)
- При охлаждении холодная вода подается снизу, а теплая (обратная) вода подается сверху.
- Системы отопления отводят горячую воду вверх и возвращают холодную воду вниз.
- Устройства, усиливающие расслоение, внутри бака-накопителя горячей воды (но если скорость воды на входе как можно ниже, это может не понадобиться).
- Более совершенная система контроля тепла. [8] требуется.
Когда послойный резервуар для хранения горячей воды имеет закрытые водяные контуры, температура воды может достигать 90–95 °C вверху и 20–40 °C внизу. Спокойная, нетронутая вода является относительно плохим проводником тепла по сравнению со стеклом , кирпичами и почвой .
(На примере неподвижного озера, где поверхностная вода может быть достаточно теплой для купания, но более глубокие слои настолько холодны, что представляют опасность для пловцов, тот же эффект вызывает в лондонских городских доках объявления с предупреждением «Опасно, холодная глубокая вода»). .
Соответственно, можно хранить произвольный объем горячей воды, пока стратификация сохраняется. В этом случае не должно быть вертикальных металлических пластин или трубок, поскольку они будут проводить тепло через слои воды, препятствуя стратификации. При эффективном использовании этот метод позволяет поддерживать температуру воды до 95 °C (т.е. чуть ниже точки кипения), обеспечивая более высокую плотность энергии , и эта энергия может храниться в течение длительного времени при условии, что горячая вода остается неразбавленной.
В зависимости от назначения установок водообменные краны разных уровней позволяют выбирать температуру воды, соответствующую требуемому использованию. [9]
Во многих системах солнечного отопления энергетические параметры можно считать функцией времени: от времени «выдержки», необходимого для преобразования дневного света в тепло, до максимальной температуры горячей воды в верхней части резервуара. [2]
Двухэлементный электрический
[ редактировать ]Когда поток начинается из самого верхнего выпускного отверстия, холодная вода поступает в бак снизу. Это падение температуры приводит к тому, что термостат включает электрический нагревательный элемент в нижней части резервуара. Когда вода в верхней части бака отбирается, горячая вода в верхней части вытесняется относительно более холодной водой, верхний термостат включает верхний элемент. Когда поток прекращается, элементы остаются включенными до тех пор, пока не будут выполнены их настройки. [10]
Хотя в целях экономии энергии обычно верхний и нижний термостаты настроены по-разному, тот факт, что горячая вода поднимается, означает, что термостат, управляющий верхним элементом, должен подавать самую горячую воду, а нижний элемент - самую теплую.
Если термостаты в такой системе перепутаны – теплая подача сверху, горячая из центра – это может повлиять не только на энергоэффективность системы, подача кипятка в выпуск горячей воды может быть опасной, или если она направлена на шайбы с теплой подачей повреждают их и не подлежат ремонту.
Вопросы безопасности
[ редактировать ]Горячая вода может вызвать болезненные и опасные ожоги , особенно у детей и пожилых людей. Вода на выходе не должна превышать 49 градусов Цельсия. В некоторых юрисдикциях установлен предел заданной температуры резервуара в 49 градусов. С другой стороны, вода, хранящаяся при температуре ниже 60 градусов по Цельсию, может способствовать росту бактерий, например тех, которые вызывают болезнь легионеров , что представляет особую опасность для людей с ослабленной иммунной системой. Одним из технических решений было бы использование смесительных клапанов на выпусках раковин, ванн или душа, которые автоматически смешивали бы холодную воду для поддержания максимальной температуры ниже 49 C. Предложение добавить это в строительные нормы и правила Канады не увенчалось успехом. [11]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «гейзер - определение гейзера в словаре южноафриканского английского языка - DSAE» . dsae.co.za. Проверено 05 марта 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б invest-tools.com: Графики. Архивировано 17 августа 2016 г. в Wayback Machine . Главная страница и описание: Обзор системы ГВС. Архивировано 16 марта 2018 г. в Wayback Machine . Резервуар для воды (тепловой резервуар). Архивировано 1 2018 г. -04 из Wayback Machine Цитата: «...Вместе с резервуаром была добавлена изоляция из «мягкого пенопласта» толщиной 10 см, которая соответствует минимальным требованиям к изоляции... Поэтому через несколько месяцев я добавил еще один виток стекловаты с алюминиевым покрытием толщиной 16 см. , и теперь бак сохраняет достаточно тепла примерно на 7 или 8 дней при полной загрузке (диапазон температур от 95°C до 40°C)..."
- ^ «Центральное ветровое отопление: Киркуолл» . Инженерный университет Стратклайда . Проверено 20 января 2016 г.
- ^ .Брайан Нортон (2011) Солнечные водонагреватели: обзор системных исследований и инноваций в дизайне, Green. 1, 189–207, ISSN (онлайн) 1869–8778.
- ^ Шайлер, Рэнди. «Основы: что убивает водонагреватели» . Спасение водонагревателя . www.waterheaterrescue.com . Проверено 31 марта 2012 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Шайлер, Рэнди. «Основы: аноды и долговечность» . Спасение водонагревателя . www.waterheaterrescue.com . Проверено 31 марта 2012 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Шайлер, Рэнди. «Основы: выбор водонагревателя» . Спасение водонагревателя . www.waterheaterrescue.com . Проверено 31 марта 2012 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Техническая альтернатива: Свободно программируемый универсальный контроллер UVR1611. Архивировано 3 июня 2011 г. на Wayback Machine . Руководства и встроенное ПО на английском и немецком языках: загрузки . Примеры программирования: UVR-Beispielsammlung . Практические примеры систем солнечного отопления с баками для хранения горячей воды с током. дата измерения: Livedaten
- ^ Солнечная система отопления с послойным резервуаром для хранения горячей воды с замкнутым водяным контуром и возможностью считывания многих текущих параметров: Solar.webseiten.cc: Live-Daten Holzhausen. Архивировано 23 марта 2007 г. на Wayback Machine.
- ^ «Как это работает: водонагреватель» . Популярная механика . Проверено 26 ноября 2014 г.
- ^ «Жаркие споры о горячей воде» . 2 февраля 2005 г.