Водонагреватель (бойлер)

Водонагреватель — устройство для непрерывного нагрева воды в местной системе водоснабжения. Для нагрева воды водонагреватель использует жидкое, твёрдое или газообразное топливо, электроэнергию или теплоноситель от внешнего источника энергии.

В русском языке непрофессионалы часто называют любой водонагреватель "бойлером" как нечто отличное от котла. Согласно Правилам устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов, бойлер — это синоним слова водоподогреватель: "устройство, обогреваемое паром или горячей водой, служащее для нагревания воды, находящейся под давлением выше атмосферного". Соответственно, котёл-бойлер — это паровой котёл, в барабане которого размещено устройство для нагревания воды, используемой вне самого котла, либо в естественную циркуляцию которого в процессе работы включён отдельно стоящий бойлер.

Водонагревательные котлы при принципу действия

Накопительный водонагреватель

Накопительный водонагреватель представляет собой сравнительно большую ёмкость с размещенным в ней или, что встречает реже, под ней источником тепла.

Нагрев может производиться при помощи

• парового или водяного теплообменника — в нём циркулирует горячая вода в замкнутом контуре, нагреваемая, например, с помощью отопительного котла. Такие водонагревателями называют косвенного нагрева.
• размещенного внутри водонагревателя ТЭНа 
• расположенной под нагревательной емкостью газовой горелкой

Существуют также комбинированные модели, включающие два или реже более видов нагревательных элементов. Например: ТЭН + теплообменник; теплообменник, работающий от системы отопления + теплообменник, нагреваемый солнечным коллектором.

Водонагревательная ёмкость снаружи защищается слоем теплоизоляции и защитным кожухом. Снаружи к нагревательному элементу подсоединяется пульт управления, обязательно включающий управление температурой. Обычно это биметаллический термостат. Нагрев включается, когда термодатчик регистрирует в баке температуру ниже установленной.

Различают водонагреватели закрытого (напорного) и открытого (безнапорного) типов.

Существенным преимуществом накопительных водонагревателей является наличие большого бака для накопления воды. Это позволяет обеспечить большой пиковый расход запасённой горячей воды при сравнительно небольшой мощности нагревательного элемента (по сравнению с проточными водонагревателями). Время нагрева воды зависит от объёма бака и мощности водонагревательного элемента. Для сохранения высокой температуры воды используется теплоизоляция, которую выполняют из пенополиуретана или пенополистирола.

Закрытый (напорный) накопительный водонагреватель

Водонагреватели закрытого типа можно использовать в системе централизованного водоснабжения нескольких водоразборных точек. Нагревательная ёмкость в них изготовлена из металла (эмалированная сталь, нержавеющая сталь, медь).

Для того, чтобы избежать повреждения ёмкости из-за повышения давления, возникающего в результате расширения воды при нагреве, вместе с водонагревателем может применяться бак-экспанзомат (расширительный бак) или группа безопасности, состоящая из предохранительного, сбросного и обратного клапанов, при необходимости также дополняется редуктором давления, манометром, термосмесителем. При повышении давления выше номинального значения предохранительного клапана открывается пружинная задвижка, и лишняя вода стравливается в канализацию. Обратный клапан мешает расширившейся воде, а, значит, обладающей более высоким давлением по сравнению с подающейся холодной водой, уйти обратно в холодную трубу. Группа безопасности размещается на подающем патрубке непосредственно на входе в водонагреватель.

В стальных баках для предотвращения коррозии применяется катодная защита на основании жертвенного анода, как правило, из магния или цинка, или анода с внешним питанием.

Закрытые водонагреватели бывают трёх видов в зависимости от размера бака:

• малые: объём 5-15 литров
• средние: 20-150 литров
• большие: до 1000 литров

Открытый (безнапорный) накопительный водонагреватель

Водонагреватель открытого типа может снабжать только одну водоразборную точку и только посредством специальной водоразборной арматуры (спецсмеситель). Основным принципом действия такой арматуры является перекрывание сетевой воды, находящейся под давлением, не на выходе, а на входе в водонагреватель. Это позволяет изготавливать ёмкость из менее прочных материалов, чаще всего пластмассы. Спецсмеситель также выполняет функцию группы безопасности, стравливая в раковину избыточную воду при расширении во время нагрева.

Водонагреватели закрытого типа могут использоваться со спецсмесителями, но водонагреватели открытого типа с группой безопасности и расширительным баком работать не могут.

Понятие "безнапорный" вовсе не означает, что ёмкость водонагревателя можно предварительно заполнить, а затем отключить от источника водоснабжения и расходовать воду до тех пор, пока бак не опустошится.

Для того, чтобы водоразбор состоялся, и горячая вода полилась из бака, холодная вода должна подаваться в ёмкость под давлением. При этом сам бак будет полностью заполнен водой в любой момент времени. Если напор на входе отсутствует, вода физически не сможет выйти наружу, так как трубка для выхода горячей воды открывается в самой верхней точке водонагревателя (несмотря на то, что с внешней стороны водонагревателя штуцер горячей воды может находиться где угодно, даже в днище бака).

Холодная вода, напротив, подается снизу, при этом на конце штуцера установлен рассекатель, в результате чего поступающая вода как бы "стелется" по дну ёмкости. Нагревательный элемент также расположен внизу. В результате за счёт естественной конвекции осуществляется постепенное увеличение температуры по высоте ёмкости, и уже нагретая вода не смешивается с холодной.

Для случаев, когда постоянная подача воды отсутствует, предусмотрены специальные водонагреватели без теплоизоляции и выходом.

Проточный водонагреватель

В проточных водонагревателях нет ёмкость как таковой, за неё выступает узкая трубка. Это приводит к быстрому прогреву воды за то время, пока она протекает через нагревательную ёмкость (теплообменник).

В качестве нагревательного элемента могут использоваться ТЭН, неизолированная спираль, газовая горелка и непрямой нагрев (трубка с нагреваемой водой располагается внутри ёмкости с теплоносителем — кожухотрубный теплообменник). Использовать газовые проточные водонагреватели возможно только при наличии дымохода, который заложен при строительстве дома согласно проекту.

Существуют проточные водонагреватели закрытого и открытого типов. Проточники закрытого типа могут снабжать несколько водоразборных точек, при этом расширительный бак и группа безопасности не требуются. Проточники открытого типа могут снабжать горячей водой только одну водоразборную точку с использованием спецсмесителя.

Проточные газовые водонагреватели различают по типу розжига. Основные применяемые — это поджог газа от пьезоэлемента, от электронного блока и от гидротурбины.

Включение нагревательного элемента происходит в момент водоразбора на основании сигналов от датчиков протока (по трубке с нагревательным элементом протекает вода) и температуры (протекающая вода ниже установленной температуры). Выключение нагревательного элемента происходит сразу после окончания водоразбора либо в случае перегрева.

Проточные водонагреватели, в отличие от накопительных, позволяют обходиться без смесителей холодной и горячей воды. Электрические проточные водонагреватели обычно имеют несколько ступеней мощности, на каждой ступени температура регулируется расходом воды. Модели с электронным управлением регулируют мощность нагрева в зависимости от протока и температуры входящей воды, поддерживая постоянной температуру воды на выходе.

Газовые проточные водонагреватели позволяют регулировать температуру изменением подачи газа. Газовый проточный водонагреватель в быту часто называют газовой колонкой.

Как выбрать водонагреватель

Объем бака водонагревателя

В большинстве случаев этот параметр является основным критерием при выборе.

Здесь уже есть стандартная статистика – зависимость литража от количества людей, которые будут пользоваться этой водой.

Конечно, эти данные могут отличаться в действительности. Какие у человека предпочтения – душ или ванна. Сколько человек в одно и то же время утром, например, будут собираться на работу, детский сад или школу? Ведь для нагрева восполняемой порции холодной воды требуется некоторое время.

Если периодичность пользования горячей водой превышает время необходимое для ее нагрева до нужной температуры, тогда нет смысла выбирать объем бака с большим запасом. Ведь чем больше объем воды, тем больше нужно затратить энергии на ее нагрев. Да и размерность бака влияет на цену водонагревателя.

Особенности конструкции водонагревателя

Не менее важна и форма бака, которая учитывается при выборе места установки в помещении. Бывают круглые, прямоугольные, высокие, широкие, узкие и т.д.

Водонагреватели с круглым бочкообразным корпусом, как правило, стоят дешевле (так как они проще в изготовлении), но занимают больше места. Это самый популярный вариант исполнения. Устройства с прямоугольным баком позволят сэкономить пространство, поскольку могут быть установлены в углу, нише, на краю стены или и вовсе спрятаны в шкафчик. 

В продаже также есть так называемые slim-модели, в которых диаметр или одна из сторон меньше, чем в стандартных устройствах.

По расположению водонагреватели делятся на горизонтальные и вертикальные. Бывают еще универсальные.

Для маленьких ванных комнат уместны горизонтальные водонагреватели, смонтированные под потолком. Стоит заметить, что они дороже вертикальных и сложнее в установке и обслуживании.

Универсальные модели можно монтировать где угодно.

По месту установки водонагреватели бывают настенные и напольные. Настенные водонагреватели идут обычно объемом до 120 л. А объемом свыше 150 л имеют уже напольное расположение в виду большого веса.

Цветовая гамма зачастую не богата: белый цвет (наиболее распространенный), серый или серебристый. Другие цвета бывают, но довольно редко.

Мощность водонагревателя

Один из важных параметров. Чем выше мощность нагревающего устройства для одного и того же объема, тем быстрее будет происходить нагрев воды в целом.

Мощность для электрических водонагревателей – это нагрузка на электрическую сеть, которая измеряется в ваттах или киловаттах (Вт, кВт).

Не стоит слепо делать выбор в пользу моделей водонагревателей с большой мощностью. Здесь должно работать правило "золотой середин". Первое, важно определить возможности своей проводки. Это можно определить по сечению и материалу жил ваших проводов. К какому автомату подводится и какая еще нагрузка располагается на этой линии? Лучше в этом вопросе довериться опытному электрику, который наверняка поможет определиться с выбором предельно допустимой мощности водонагревателя.

И уже дальнейший выбор модели в зависимости от объема даст решение, какой мощности вам будет в самый раз.

Также есть модели водонагревателей с функцией "быстрый нагрев", что позволяет подключение дополнительного ТЭН. То есть при обычном нагреве используется ТЭН, допустим, 1,5 кВт, а при включении функции "быстрый нагрев" дополнительно подключается второй ТЭН мощностью 1 кВт.

Мощность газового водонагревателя – это мощность теплового нагрева. Тепловую мощность можно представить как быстроту выделения тепла или другими словами, какое количество теплоты выделяется за единицу времени. И измеряется также в ваттах (Вт).

Как правило, чем больше размер бака, тем больше мощность нагрева и тем самым выше потребление газа. При всем при этом, энергоэффективность газовых нагревателей выше, чем у электрических. Это значит, нагрев происходит быстрее, а затраты при этом в разы меньше.

Защита от коррозии водонагревательного бака

Для защиты от коррозии и продления срока службы баки делают из различных материалов, либо покрывают металлические стенки бака специальными покрытиями.

• Пластиковое покрытие – хорошо защищает от агрессивного воздействия воды, но в то же время является самым недолговечным. И относится к недорогим вариантам.
• Эмалированное покрытие – технология покрытия наиболее распространена среди остальных. Стойкое покрытие, но боится перепадов и высоких температур. Стоит недорого.
• Стеклокерамическое покрытие – также достаточно распространенный вариант. Боится высоких температур, могут образоваться микротрещины. Недорогой вариант.
• Нержавеющая сталь – покрытие, которое выдерживает любые испытания, по сути, лучший вариант. Хотя и дороже предыдущих вариантов.
• Титановое покрытие – современный вариант покрытия, очень надежное противостояние в самых сложных условиях, но и цена достаточно высокая.
• Покрытие с Ag + — покрытие имеет напыление ионов серебра. Помимо коррозионной стойкости имеет и бактерицидный эффект.

В стальных накопительных водонагревательных баках для предотвращения коррозии применяется катодная защита на основании жертвенного анода, как правило, из магния или цинка, или анода с внешним питанием.

Максимальное давление на входе в водонагреватель

На данный параметр нужно обратить внимание жильцам многоквартирных домов, которые проживают на нижних этажах. Среднее давление воды в централизованных сетях – около 4 бар. Но бывают перепады, когда максимальное давление в сети может увеличиться на 50-80%.

Поэтому для таких случаев лучше всего подбирать модели, рассчитанные на давление в 8-10 бар. 

Решить проблему с избыточным давлением можно также за счет редуктора, который устанавливается на входе в водонагреватель.

Вид ТЭНа водонагревателя

ТЭНы для водонагревателей делятся на несколько видов.

Мокрые (погружные) ТЭНы

Такие ТЭНы, как правило, медные. По конструкции это обычный электрический кипятильник, где в полой трубке содержится нагревательная никель-хромовая нить. Изолятором с высокой теплопроводностью выступает кварцевый песок. Водонагреватели с сухим ТЕНом появились только в 2012 году, а до этого мокрые "нагреватели" были в принципе единственно доступным вариантом для потребителя.

Плюсы

• Более низкая цена водонагревателя в сравнении с моделями с сухими стеатитовыми ТЭНами. Это особенно хорошо видно на примере ассортимента Atlantic, где практически все модели представлены в версиях как с сухими, так и с мокрыми ТЭНами. В зависимости от литража и других особенностей цена на стеатитовые варианты выше на 10-30%. Эта разница в 10-30% впоследствии у сухих ТЭНов перекрывается примерно втрое более низкими затратами на эксплуатацию.
• Более дешевые "расходники", в частности, ТЭНы – в сравнении со стеатитовыми вариантами.

Минусы:

• При относительно малой площади теплоотдачи получается крайне высокое тепловыделение на квадратный сантиметр поверхности ТЭНа. В результате образование накипи, т.е. твердых отложений солей, происходит с повышенной интенсивностью. Настолько, что магниевый анод не в состоянии разрыхлить ее в полном объеме. Со временем ТЭН покрывается плотной твердой коркой известкового налета. Из-за чего уменьшается теплоотдача и требуется все больше времени, а значит, и электроэнергии для нагрева воды. Если пропустить своевременную чистку ТЭНа или его замену, электронагреватель может со временем попросту перегореть.
• при несвоевременной чистке бака водонагревателя разрыхленная накипь скапливается на дне бака в виде хлопьев. Со временем образуется довольно высокий слой в несколько сантиметров, который облепляет основание ТЭНа. В случае мокрого электронагревателя теплоотдача происходит по всей поверхности, в том числе прямо от основания. Поэтому только лишь плотного кольца хлопьев накипи внизу достаточно, чтобы ухудшить теплопроводность или вывести из строя ТЭН.

Сухие ТЭНы

Сухие стеатиновые ТЭНы

Стеатиновые ТЭНы являются запатентованной разработка французской компании Atlantic. Другими словами, не существует понятия "сухой стеатитовый ТЭН" обособленно от данного производителя. В любом случае подразумевается именно "сухой стеатитовый ТЭН Atlantic".

В основе – ТЭН из подвида керамики – стеатита. Данный природный материал обладает отличной теплопроводностью, высокой механической прочностью и долговечностью, выдерживает нагрев более 1000°C. Суть – ТЭН не имеет прямого контакта с водой, так как защищен стальной эмалированной колбой. Предсказуемый плюс – срок эксплуатации на грани фантастики. До 20 лет против 2-3 лет у обычного мокрого медного ТЭНа.

Плюсы

• Ключевая идея сухого ТЭНа – в том, чтобы отделить защитную оболочку ТЭНа от электронагревателя. В этом виде ТЭНа применяется твердый минерал стеатит. Который и позволил выделить защитную колбу в отдельный, не соприкасающийся с ТЭНом элемент. Поэтому электронагреватель оказался полностью изолирован от контакта с жидкостью в баке. И получил возможность с одинаковым успехом работать в воде с любой степенью жесткости.
• Эта же оболочка повышает теплоотдачу на квадратный сантиметр поверхности чем у обычных мокрых ТЭНов и интенсивного образования накипи. Существенно уменьшается нагрузка на магниевый анод, который потребуется менять не ежегодно, а раз в два-три года.
• Стеатит быстро нагревается, но долго остывает – что предсказуемо приводит к меньшему энергопотреблению в сравнении с обычными мокрыми медными ТЭНами.
• Нихромовая спираль в сухом ТЭНе проложена так, что нижняя часть колбы и электронагревателя остается практически холодной. Основной нагрев происходит примерно на 5 сантиметров выше "фундамента". Поэтому, в отличие от мокрых ТЭНов, отсутствуют условия для обрастания низа колбы плотным кольцом накипи с последующим ухудшением теплоотдачи вплоть до поломки электронагревателя.
• Стенки водонагревателя и защитная колба сделаны из одной и той же стали и покрыты одинаковым составом эмали. Поэтому даже при выходе из строя анода не начинается процесс коррозии, так как кожух и бак не образуют гальваническую пару.

Минусы:

• Водонагреватели с сухими стеатитовыми ТЭНами стоят дороже по сравнению с медными электронагревателями. Разница доходит до 30%.
• Водонагреватели с стеатитовыми ТЭНами относятся к классу энергоэффективности "B".
• Расходники для водонагревателей с стеанитовыми ТЭНами стоят дороже.

Псевдосухие ТЭНы

Конечно, другим производителям не хотелось отставать от Atlantic. Но и стать поголовно зависимыми от одной компании и платить французам отчисления за право пользования их технологией, видимо, не входило в планы конкурентов. И они сделали свои сухие ТЭНы, которые некоторые специалисты называют псевдосухими.

По сути это обычный мокрый ТЭН, который просто засунули в защитную трубку, запаянную сверху. При этом электронагреватель не соприкасается с защитным кожухом, а пространство между ними заполнено лишь воздухом.

Плюсы:

• Отсутствует прямой контакт ТЭНа с жидкостью в баке. Однако на долговечности электронагревателя это практически не сказывается. Если мокрые ТЭНы меняют в среднем раз в три года, то псевдосухие – каждые 4-5 лет.
• Легкость замены ТЭНа, без необходимости полностью сливать воду из бака и откручивать фланец.
• Если защитные трубки ТЭНа покрыты эмалью, как и в случае с колбой стеатитового ТЭНа, это препятствует скапливанию твердой накипи. И вдобавок позволит предотвратить образование гальванической пары "бак-кожух" при "выгорании" анода.

Минсы:

• Псевдосухой ТЭН не решает ключевые проблемы мокрых вариантов, поэтому оба типа электронагревателей (и с обычным мокрым, и с псевдосухим ТЭНом) обладают одними и теми же недостатками. Площадь защитного кожуха едва превышает размеры самого ТЭНа, поэтому по-прежнему получается крайне высокое тепловыделение на квадратный сантиметр поверхности ТЭНа. А значит, образование накипи происходит с повышенной интенсивностью. Настолько, что магниевый анод не в состоянии разрыхлить ее в полном объеме. Со временем ТЭН покрывается плотной твердой коркой известкового налета. Из-за чего уменьшается теплоотдача и для нагрева воды требуется все больше времени, а значит, и электроэнергии. Если проворонить своевременную чистку ТЭНа или его замену, электронагреватель может со временем попросту перегореть.
• Частота замены магниевого анода остается неизменной, как и у обычного мокрого ТЭНа – по-прежнему раз в год против 2-3 лет эксплуатации у сухого стеатитового электронагревателя. Так как в сравнении с мокрым у псевдосухого ТЭНа нагрев идет от основания, остается проблема с налипанием накипи снизу и снижением теплоотдачи, вплоть до перегорания электронагревателя. Точнее, в данном случае плотный слой образуется вокруг защитных трубок. Но сути это не меняет – со временем ТЭН начинает греть воду дольше, увеличивается расход электроэнергии. Если не произвести очистку бака вовремя, то, скорее всего, произойдет разрыв ТЭНа.

По типу управления водонагревателя

Водонагреватели могут быть с электронным или механическим типом управления.

Механическое управление удешевляет стоимость водонагревателя. Максимум температуры, до которой должна нагреться вода, устанавливается специальным рычажком на дне водонагревателя.

Электронный вариант управления возможен с помощью дисплея и кнопок. Можно не только очень точно выставить температуру нагрева, но и вводить разные режимы нагревания, запускать экономный вариант нагрева и проч. Цена этих водонагревателей выше, недостатком является чувствительность к скачкам напряжения.