Способы нагрева воды: 3 способа дешевого нагрева воды — Будет Тепло

Содержание

3 способа дешевого нагрева воды — Будет Тепло

 

Нагревание внутренней воды дешевле, чем отопление дома, но все же расходы могут превышать 1000 PLN ежегодно. Чтобы счета за горячую воду были ниже, стоит предпринять несколько шагов. Несомненно, это хорошая идея — установить солнечные коллекторы, подходящий водонагреватель или самый простой в использовании — термостатические краны.

Солнечные коллекторы помогают сократить расходы на отопление воды

Водяное отопление является самым дорогим, когда для этого используются электрические приборы и снабжаются жидким газом. Замена их другими для более дешевого топлива или энергии дает наибольшие выгоды.

Самый популярный способ снизить стоимость отопительной воды — это инвестировать в солнечные коллекторы, которые используют свободную солнечную энергию.

Полная установка с солнечными коллекторами и резервуаром для подогреваемой воды стоит не менее 6000. PLN плюс затраты на сборку. При типичном расходе горячей воды 150-200 л в день для семей с тремя и четырьмя лицами они могут снизить потребность в тепло из других источников на 1500-2000 кВтч / год. Это означает, что если вы используете электрический нагреватель, экономия может достигать до 1200 злотых в год, но также, если они будут вдвое меньше, такая инвестиция будет прибыльной (срок службы коллекционеров составляет более десяти лет). То же самое верно при использовании теплового насоса для нагрева воды, который мы писали в ответ на вопрос.

Мембранный водонагреватель вместо емкостного

Преимуществами могут быть замена накопительного водонагревателя с помощью проточного нагревателя , который не нагревает воду, а только количество, которое используется. Но тогда вы должны учитывать ограничение потока горячей воды.

Также будут полезны термостатические и бесконтактные батареи

При сохранении батареи, батареи с ограничителем температуры ( термостатические смесители ) и поток проточной воды помогают им, особенно когда дети используют ванную комнату, что трудно убедить в использовании санитарных приборов разумным способом.

Если мы готовы отказаться от комфорта, у раковины мы используем бесконтактную батарею с фотоэлементом, который автоматически открывает и закрывает поток воды, реагируя на близость рук.

Другие способы дешевого нагрева воды

Другое — простое и не требующее дополнительных инвестиций — способы снижения затрат — это нагрев воды до температуры не выше 55ºC (чем ниже температура, тем ниже потери тепла), то управляйте нагревателем для хранения, чтобы он не начинался, когда вероятность использования горячей вода пренебрежимо мала (ночью или когда никто не находится дома), а также отказывается от работы циркуляционного насоса.

Как нагреть воду в бассейне и не разориться

27.11.2020


Эта статья будет Вам полезна не только если Вы задумываетесь о создании собственного бассейна, но и если Вы хотели б переосмыслить расходы на отопление.

Способы нагрева воды в бассейне:

После долгой зимы каждый владелец бассейна стремится как можно быстрее запустить свой бассейн, насладиться теплом и свежестью чистой воды, сбросить зимние оковы. Большинство бассейнов запускаются в начале мая, когда дневная температура может достигать 20-25 градусов, но большинство забывает, что ночью температура падает до 5-10 выше нуля, иногда случаются заморозки, на протяжении недель земля продолжает прогреваться после долгой зимы.

Понятно, что при таких условиях воду нужно не просто нагреть до оптимальной температуры, но и поддерживать ее на таком уровне.

Стоит отметить, что по приблизительным расчетам лишь 15-25%  тепла идет на непосредственный нагрев воды до пригодной для купания температуры, остальная энергия – идет на компенсацию потерь тепла, особенно – в темное время суток. 

Делаем вывод, что проектировку системы отопления бассейна стоит начинать не с выбора оборудования, а с просчета теплоизолирующего материала, который поможет экономить до 70% энергии. Меньшую теплопроводность имеют бетонные заливные бассейны, композитные и стеклопластиковые бассейны – большую. Для последних слой утепления должен составлять 15-25 см в зависимости от свойств материала и климатического пояса.

Также значительное количество тепла теряется через поверхность воды, по — этому бассейн должен накрываться солярным накрытием на протяжении темного времени суток.

Существуют три основных метода нагрева воды: проточный электрический водонагреватель, теплообменник, тепловой насос. Если первые два уже давно пользуются популярностью, то тепловые насосы только набирают обороты на нашем рынке, несмотря на всю свою привлекательность. Но обо всем по порядку.


Проточный электронагреватель

Электрический водонагреватель для бассейна обладает как рядом преимуществ, так и недостатков. 

Основным плюсом являются сравнительно небольшие начальные инвестиции в систему обогрева воды в бассейне. Электронагреватель для бассейна 50 куб.м. обойдется вам в 300-350 долларов, оптимальная мощность составит 12 кВт. Это безусловный плюс.

Недостаток проточного электронагревателя является значительное потребления электроэнергии. Без учета потерь тепла, на сам только нагрев 50 куб. м. воды в бассейне уйдет 1500 кВт∙ч электроэнергии. А с учетом потерь тепла, на протяжении сезона Вы потратите 7-10 тыс. грн. на оплату счетов за электроэнергию.

Конечно, при желании покупаться в горячей воде эти расходы будут значительно выше, потребуется более мощный нагреватель. 

Обычно, подбор проточного водонагревателя осуществляется с расчета 1 кВт мощности на 4-5 куб. м. воды. Теоретически нагрев может осуществляться и менее мощным прибором, но на это уйдет гораздо больше времени. Если же вы желаете быстро прогреть воду — необходимо выбирать устройство с запасом по мощности. 

При выборе устройства для подогрева бассейна важно понимать — есть ли возможность подключения однофазного или трехфазного электронагревателя на участке.

Например, для небольшого каркасного бассейна до 25 м3 подходит нагреватель мощностью 6 кВт и как правило питание у таких нагревателей 220 В. Если же объем воды в бассейне более 30 м3 — необходима мощность от 9 кВт. Следовательно, питание таких нагревателей трехфазное.

Рекомендации электронагревателей от интернет магазина WaterStore :

Приблизительное время нагрева воды в бассейне можно рассчитать выходя из таблицы:

Теплообменник

Теплообменник, выполненный из нержавеющей стали даст необходимое количество тепла и будет очень эффективным в том случае, если у Вас уже установлен отопительный котел, либо запланирована его покупка. При чем самым большим плюсом будет возможность обойтись без электричества и даже без газа при использовании твердотопливного либо пиролизного котла. Также бассейны больших размеров обычно подогреваются с помощью теплообменников.

Теплообменник для бассейна делает возможным использование газового котла для обогревая бассейна, сводя к минимуму энергозатраты на обогрев воды.

Производительность теплообменника прямо пропорционально зависит от потока жидкости в первичном и вторичном контурах, а также от дельты их температур. 

Для бассейна объема 50 куб. м. цена теплообменника и газового котла составит приблизительно 290 и 450 долларов Твердотопливный котел обойдется на 100 долларов дороже. 

Данная комбинация будет средней по цене установки и затрат на эксплуатацию. Используя котел для обогрева бассейна пользователь приобретает дополнительный плюс — в холодную пору котел будет использоваться для обогрева помещения.

Мощность теплообменника, необходимая для нагрева воды рассчитывается по формуле: 

P=1.16∙V∙ΔT/t, где:

P – мощность (кВт),

V – объем бассейна (куб. м)

t – время (ч)

ΔT – разница температур (оС)

Рекомендации теплообменника от интернет магазина WaterStore :

Тепловые насосы

Ранее, тепловые насосы редко выбирались для системы подогрева бассейна. Несмотря на энергоэффективность, цена данного устройства достаточно высока. 

Но, в связи с постоянным ростом цен на электроэнергию, плюс пандемия 2020-2021 годов (90% жителей Украины отказались от запланированных отпусков на лето) — тепловые насосы воздух вода стали крайне популярными.

Также появились модели теплового насоса для каркасного бассейна, по приемлемой цене. Цена теплового насоса для надувного или каркасного бассейна объемом 10 м3 около 500 долларов. При потреблении всего 590 Вт — тепловая мощность составляет 2500 Вт.

Принцип работы у теплового насоса такой же как у холодильника или кондиционера, только с той разницей, что полученное тепло используется для нагрева воды, а охлажденный воздух возвращается в атмосферу. Минусом теплового насоса является зависимость эффективности (энергопотребления) от температуры окружающей среды. Мощность будет отличаться от номинального значения.

Тепловые насосы просты в эксплуатации и монтаже, внешне напоминают кондиционеры.

Стоимость монтажных работ по установке теплового насоса для бассейна — около 100 — 150 долларов.

Для некоторых моделей — действует акция «монтаж в подарок». Уточняйте у менеджеров список моделей. 

Рекомендации тепловых насосов от интернет магазина WaterStore :

Солнечный нагреватель

Альтернативное оборудование для нагрева воды в бассейне — солнечный нагреватель. Из самого названия — следует принцип действия. Устройство (как правило темного цвета) аккумулирует солнечную энергии и передает ее бассейну. Важно понимать — солнечный нагреватель эффективен исключительно в солнечную погоду. В пасмурные дни — они практически бесполезны. 

На рынке Украины представлены несколько бюджетных моделей солнечных нагревателей. Они крайне популярны для обладателей каркасных бассейнов благодаря своей стоимости и простому монтажу. 

Рекомендации солнечного нагревателя от интернет магазина WaterStore.

Подведем итоги:

Система Проточный электронагреватель Теплообменник Тепловой насос Солнечный нагреватель
Стоимость системы Низкая Средняя Высокая Низкая
Затраты на обогрев Высокие Средние Низкие Отсутствует
Надежность Высокая Высокая Высокая Низкая
Минусы Потребность в линии повышенной мощности Необходимость подвода контура теплоносителя Высокая стоимость Переменная эффективность
Высокая стоимость эксплуатации Потребность в техническом помещении
Плюсы Возможность использования в любом бассейне, установка в ограниченном пространстве Возможность автономизации системы Низкая стоимость эксплуатации Низкая стоимость/ простой монтаж

Выбор системы отопления для бассейна остается за Вами, надеемся, что эта статья была полезной для Вас!

Подогрев воды в бассейне – способы нагрева

Отопление бассейнов является финансово и трудоемко сложной задачей для владельцев частных домов. Бассейны закрытого типа или капитально открытого требуют приложения больших усилий, нежели вид бассейна на открытом воздухе.

Обогрев бассейна условно состоит из двух пунктов:

  • Обогрев воздуха;
  • Обогрев непосредственно воды;

С процессом обогрева воздуха проблем не возникает, ведь можно применять отопительные приборы. Для воды нужны специализированные решения. Первый аспект, который следует учитывать – температура воды. Здесь на помощь приходят санитарные нормы. В бассейнах, которые предназначены для взрослых, оптимальная температура воды должна быть +24 С. Для детей температура в бассейне должна быть не ниже + 28 С. В большинстве случаев вода требует дополнительного подогрева даже в жаркие дни.

Говоря о закрытых типах бассейнов, следует отметить, что температура воздуха в помещении должна быть выше на 2-3 градуса температуры воды. Оптимальная влажность воздуха в помещении должна быть не более 60%, иначе в помещении будет сильно душно. При купании на открытом воздухе регулировать температуру рекомендуется при помощи инфракрасных обогревателей.

Основные способы нагрева воды в бассейнах

Основные принципы позади. Самое время разобраться с доступными средствами.

Поддержание оптимальной температуры воды – главная задача. Распространенным способом подогрева воды является теплообменник. Его можно сравнить с колбой, внутри которой идет циркуляция теплоносителя. Стандартно теплообменник подключают к отоплению загородного дома или к самостоятельному водонагревательному устройству. Поступление теплой воды в бассейн обеспечивается по ходу циркуляции теплоносителя по линиям теплообменника. Для эффективности работы системы, её снабжают тепловыми датчиками и блоком управления.

Если бассейн компактных размеров, не стоит устанавливать в него большой теплообменник. Эффективнее будет действие электрического водонагревателя. Основу такой системы составляют трубчатые электронагреватели с заданной мощностью (для поддержания определенной температуры воды). ТЭНы располагаются в отдельном отсеке, в который поступает вода из системы водоснабжения. Вода, проходящая через электронагреватели, нагревается до заданной температуры и поступает в бассейн.

Недостатками такой системы являются:

  • Большой уровень электропотребления;
  • Прямая зависимость от напряжения в сети;
  • Непрочная проводка в схеме может стать угрозой для жизни.

Котлы или печи тоже могут быть использованы в качестве водонагревателей. Основным топливом является дрова, уголь, газ или дизельное топливо. Установка такой системы значительно снизит затраты. Следует помнить, что для установки такого вида нагревателя необходимо разрешения. Если у вас его нет, то имеет место пригласить монтажников с опытом в данной сфере.

Альтернативные источники тепла

Бассейн – удовольствие не из дешевых, а в сочетании с водонагревательными системами, затраты на содержание заметно ударят по вашему карману. На дворе 21 век. Люди научились получать энергию из окружающей среды. Это полезное открытие можно использовать для нагрева воды в бассейне. Тепловые насосы применяют для взятия тепла из самых недр почвы. Для забора энергии в скважину спускают особый шланг (по нему в свою очередь циркулирует теплоноситель). При помощи насоса, теплоноситель поднимается из недр земли на поверхность, при этом забирая всю энергию, делясь ею с теплообменником. Тепловые насосы рациональнее будет использовать в летнее время, т.к. зимой большая часть энергии будет идти на отопление.

Солнечные коллекторы – система из множества стеклянных трубок, объединенных в теплообменный контур. Коллекторы нагреваются под действием солнечных лучей и отдают тепло в теплообменник. Из него вода распределяется в бассейн.

Для того чтобы вода в бассейне была приемлемой для купания не стоит забывать про температуру воздуха в помещении. В большинстве случаев для поддержания оптимальной температуры воздуха используют радиаторы с водяным отоплением, устанавливая их вдоль наружных стен. Эффективнее обогрев обеспечат водяные конвекторы. Внутрипольные модели лучше выбирать со встроенным вентилятором. Благодаря движению лопастей тепло будет равномерно распределяться в помещении. Для наружного обогрева лучше подойдут газовые инфракрасные горелки или электрические модели.

В заключении вышесказанного можно сделать вывод: при планировании обогрева бассейнов помните, что на первом месте стоит комфорт, а не экономия, иначе купание не принесет вам положительных эмоций.

Нетрадиционный нагрев воды — Всё самое интересное!

Сегодня у нас канун Нового Года, поэтому просто порадуемся. И, поскольку сейчас зима, то неплохо было бы чуточку согреться. Поэтому сегодняшняя статья — нетрадиционный нагрев воды в условиях зимы и прочего отсутствия электроэнергии. Лайф хакинг, так сказать.

Нетрадиционный нагрев воды необходим тогда, когда горячая вода нужна, но отсутствуют или ёмкости для воды, или обычные источники энергии — или хочется чего-то оригинального. Обычно на Новый Год хочется оригинального, так что немного рукоделия, и юмора, надеемся, будет в тему.

Итак, переходим к интересным вариантам нетрадиционного нагрева воды (осторожно, в конце 18+).

Начнём с теории. Так, все знают, что огонь можно добыть с помощью трения. Это связано с тем, что трение всё больше ускоряет движение молекул воды. Следовательно, если молекулы воды заставить двигаться быстрее тем или иным способом, её температура повысится. Поэтому первый нетрадиционный рецепт нагрева воды:

  1. Допустим, вам холодно.
  2. Возьмите поллитровую банку воды.
  3. Оберните поролоном (теплоизоляция здесь — важный момент).
  4. В крышке проделайте небольшое отверстие
  5. Поместите туда венчик для взбивания (ручной или от миксера).
  6. Утеплите крышку.
  7. Оберните конструкцию фольгой (можно фольгированным скотчем).
  8. Если у вас миксер, то начинайте взбивать воду.
  9. Если у вас венчик ручной, то начинайте взбивать воду.
  10. Спустя некоторое время вода нагреется.
  11. Да и вы согреетесь.

Вот такой вот оригинальный вариант. Гарантируем: так оно и будет 🙂

Далее, скажем, вам нужно 1 литр воды температурой 50 градусов. Но тереть такой объём воды вы не хотите. Что делать? Очень просто, пригодятся знания по химии. Инструкция проста:

  1. Пойдите в аптеку.
  2. Купите 20 баночек спирта 90 % (на литр воды).
  3. Оберните двухлитровую банку поролоном и фольгой (изоляция).
  4. Налейте в банку воду.
  5. Налейте в банку спирт.

По законам химии вода будет нагреваться. Если температура воды недостаточна, подлейте к смеси грам 200 концентрированной серной кислоты. Нагрев пойдёт интенсивнее.

Оба варианта расчитан на небольшой объём воды. Что делать, если воды нужно нагреть больше? Например, вот что:

То есть, свечки, подставки, ёмкость. Нагрев пойдёт быстрее, а расход свечей уменьшится, если изолировать кастрюлю (хотя бы скотчем фольгированным обмотать).

Но что делать, если нет свечей, а нужно ещё больше горячей воды? Вот как с этим элементарно справляются многие и многие:

Единственное но, необходимо организовать хорошее перемешивание воды, иначе температура будет неравномерной.

А вот улучшенный, более горячий вариант с организованным размешиванием:

Второй вариант:

Третий вариант:

Обратите внимание: наличие девушек без одежды поднимает температуру гораздо быстрее, чем любой другой вариант 🙂

Удачного Нового Года с нетрадиционным нагревом воды!

Системы нагрева воды при помощи солнечной энергии

Если вы когда-нибудь жили возле озера, то знаете, что температура воды в нем день ото дня остается почти постоянной, даже если погодные условия при этом все время меняются. Это потому, что вода имеет прекрасные характеристики теплоаккумулирующей массы, превышающие даже характеристики камня, кирпича и бетона. Замечали ли вы, что нужно много времени, чтобы вода в бассейне нагрелась от солнца, но столь же долго она будет остывать в пасмурные дни или в холодную погоду?

Как это работает?

Воду можно нагреть, пропуская ее через трубы, вмонтированные в черные металлические панели со стеклом, которое освещается прямым солнечным светом.: такой крыши. Кроме того, они могут быть размещены на плоских поверхностях, перпендикулярных линии, направленной в небо к полуденному солнцу в середине зимы. Это может быть сделано во дворе или в поле, на плоской крыше или на крыше со средним наклоном. Благодаря сочетанию эффекта парника, вследствие которого длинноволновое ИК-излучение аккумулируется внизу под стеклом, и того факта, что черные панели поглощают (и преобразуют в теплоту) всю лучистую энергию, попадающую на них, панели сильно нагреваются, и их температура может подниматься выше точки кипения воды в солнечные дни даже в середине зимы.

Если нагретая вода должна использоваться для мытья или принятия ванны, лучше использовать схему вторичного нагрева, чем не-82 посредственное пропускание воды через плоско-пластинчатые коллекторы.

Специальные жидкости-теплоносители обеспечивают накопление тепловой энергии в резервуаре для горячей воды, похожем на бак обычного водонагревателя. Жидкость-теплоноситель не замерзает в панелях в холодную погоду или в ночные заморозки. Точка ее замерзания существенно понижена добавлением этанола (этилового спирта) к обычной воде или использованием антифриза, подобного смесям, применяемым в автомобилях и грузовиках. Бак для накопления воды большой (по крайней мере несколько сотен литров, или 100 галлонов), таким образом, его содержимое представляет собой существенную теплоаккумулирующую массу. Бак хорошо теплоизолирован, поэтому он не отдает свою тепловую энергию, пока не потребуется горячая вода. С точки зрения теории она классифицируется как активная система и считается законченной, потому что в ней имеется электрический насос для жидкости-теплоносителя.

Если энергия, забираемая от плоско-пластинчатых коллекторов, предназначена для обогрева дома, не нужно никакого водяного или накопительного бака. Жидкость-теплоноситель может проходить непосредственно через коллекторы и прокачиваться через трубы, встроенные в бетонные тепловые массы в полу или в стенах здания. В этом случае плоско-пластинчатые коллекторы играют ту же роль, что и бойлеры на газе, пропане или солярке, а жидкость теплоноситель играет роль воды. Насос, обеспечивающий циркуляцию, выключается ночью или в пасмурные дни, но теплоаккумулирующая масса продолжает излучать тепло в жилое пространство.

«Способы нагрева воды в домашнем открытом бассейне: какой из них окупается больше всего?

В зависимости от наших потребностей мы можем выбрать теплообменники, тепловые насосы, солнечные коллекторы или электрические водонагреватели для нагрева воды в бассейне.

В Польше садовый бассейн все еще ассоциируется с роскошью. Более того, эта роскошь не всегда окупается. Значительные затраты расходуются на отопление и очистку воды открытого бассейна. Вот несколько способов экологически и экономично подогревать воду в садовом бассейне.

Большинство из нас считают, что климат в Польше делает строительство открытого открытого бассейна в саду невыгодным. Действительно, в нашей стране мы можем наслаждаться прелестями открытых бассейнов только 20-40 дней в году. Это не означает, однако, что этот тип пула не будет прибыльным. Правильно подобранная система отопления позволит нам использовать бассейн, может быть продлен в несколько раз. Вода в открытом бассейне в нашем климате нуждается в подогреве. Для этого стоит использовать солнечную энергию. Узнайте, какие устройства поддерживают это. Откройте для себя способы экологически чистого нагрева воды в открытом бассейне.

В зависимости от наших потребностей, для подогрева воды в бассейне мы можем выбрать:

  • теплообменники,
  • тепловые насосы
  • солнечные коллекторы,
  • электрические водонагреватели.

Открытый бассейн — подогрев воды на регулярной основе

Первое из этих решений — не что иное, как устройство для обмена энергией между двумя его носителями, которое установлено в установке, соединенной с печью центрального отопления. В этом типе решения наиболее важным является правильный выбор компонентов установки. Если в воде преобладает хлор, то стоит использовать теплообменник из нержавеющей стали или титана.

Подогрев воды в открытом бассейне может быть энергосберегающим и удобным

Использование возобновляемых источников энергии является хорошей идеей, когда мы хотим сократить расходы на эксплуатацию плавательных бассейнов, заботясь об окружающей среде. Эти типы установок включают в себя насосы для накопления тепловой энергии из воздуха. Преимущества этого решения включают в себя:

  • максимальный прирост тепла при низких температурах,
  • простое подключение всей системы (не требуется сложной электрической установки),
  • Небольшой размер устройства и энергоэффективность — тепловой насос потребляет гораздо меньше электроэнергии, чем обычный водонагреватель.

К сожалению, у этого решения есть один недостаток — это решение не самое дешевое. Тем не менее, он по-прежнему охотно выбирается инвесторами, мечтающими о плавании в частном бассейне.

Горячая вода в открытом бассейне — отопление с помощью солнечных коллекторов

Солнечные коллекторы также предоставляют возможность использования «свободной» энергии. Функциональная схема в этом случае проста: отфильтрованная вода бассейна поступает в коллекторы, где она нагревается. Солнечные коллекторы в бассейне сильно отличаются от тех, которые используются для нагрева хозяйственно-питьевой воды. Он необходим круглый год, а садовый бассейн используется только летом. Тогда мощность солнечного излучения, достигающего земной поверхности, высока, а тепловые потери от коллекторов невелики, потому что их температура окружающей среды относительно высока. Конструкция бассейновых коллекторов может быть очень простой.

Правильно подобранная система отопления позволит нам использовать бассейн, может быть увеличен в несколько раз

Стоит добавить, что облачное небо не означает автоматически отсутствие тепла. Устройства в процессе нагрева используют солнечные лучи, невидимые человеческому глазу. Использование возобновляемых источников энергии означает, что затраты на установку такого типа окупаются через несколько лет. Важно отметить, что коллекторы не нужно разбирать сезонно — после слива они могут оставаться на месте и зимой.

Посмотрите, что мы рекомендуем:

Стоит ли нагревать воду в открытом бассейне с помощью электрического нагревателя?

Электрические водонагреватели — это решение, предназначенное в первую очередь для небольших открытых бассейнов. Они работают аналогично теплообменникам, с той разницей, что вместо катушки есть специальный нагревательный элемент, на который стоит обратить особое внимание.

Из-за интенсивности отказов всей системы и высоких эксплуатационных расходов нагреватели используются почти исключительно в ситуациях, когда по различным причинам становится невозможным использование теплообменников, насосов или коллекторов.

Температура воды в бассейне должна быть не менее 23-24 ° C, чтобы чувствовать себя в нем таким комфортно, и большинство людей считают воду теплой, когда ее температура превышает 28 ° C. Поддержание такой температуры в нашем климате требует использования водонагревательных приборов.

Водонагреватели накопительные электрические. Подключение и виды

Автор Alexey На чтение 8 мин. Просмотров 663 Опубликовано Обновлено

Теплая вода в ванной и на кухне является обязательным атрибутом современной жизни, делая её лучше во всех отношениях. Но централизованное водоснабжение, обеспечивающее подачу горячей воды в большинство жилых домов, далеко не всегда соответствует критериям качественного сервиса. А в сельской местности или в дачных поселках единственным способом принять горячий душ – это нагреть воду самому.

Удобство и незаменимость электрических водонагревателей

Самый очевидный способ нагрева воды – это открытый огонь или архаическая печь. Еще до недавних пор в сельской местности был популярен дровяной котел, прозванный в народе титаном.

Титан на дровах

Но растопка печи или котла титана – дело трудоемкое, к тому же требует наличия топлива и затрат времени, а какой современный человек будет обременять себя трудностями, если он привык получать теплую воду просто открывая кран?

Удобство пользования горячей водой

Поэтому, электрические водонагреватели являются практически незаменимыми источниками горячей воды в негазифицированных регионах, не обладающих запасами легкодоступного топлива.

Также их устанавливают и жители городских домов, отказываясь от нестабильного централизованного теплоснабжения, что намного лучше, чем зависеть от ненадежного поставщика тепловой энергии.

Водонагреватель в городской квартире

К тому же, электрические водонагреватели намного проще в обращении, обслуживании и подключении, чем газовый котел, требующий надежного дымохода для своей работы.

Разновидности конструкций электрических водонагревателей

Водонагреватели, или как их называют в народе – бойлеры, различаются по двум конструктивным принципам, определяющие их размеры и энергопотребление:

Вода в бойлере за несколько часов прогревается до необходимой температуры и расходуется по надобности.

Существует несколько способов нагрева воды, разрабатываемых и внедряемых в массовое производство такими «титанами» индустрии водонагревателей как «Ariston», «Bosch», «Electrolux», «Thermex», «AEG», «Drazice», «Thermex», «Титан».



Но в отличие от «экзотических» способов – микроволнового и нагревания воды напрямую электрическим током, «классический» нагрев при помощи раскаленной спирали остается самым востребованным.

Нагрев воды при помощи ТЭНа

При протекании электрического тока по проводнику, имеющему увеличенное сопротивление (по сравнению с медью, алюминием или железом), согласно  известному закону Джоуля-Ленца, выделяется значительно больше тепла, чем в проводах электропроводки.

Закон Джоуля — Ленца

Данная физическая закономерность позволила создавать нагревательные элементы на основе сплавов никеля и хрома, обладающих высокой температурой плавления.

Вода ни в коем случае не должна контактировать с поверхностью нагреваемой спирали – тепловые электрохимические процессы очень быстро разрушат материал спирали.

К тому же, прямой электрический контакт с водой поверхностей под напряжением будет небезопасен для пользователей, эксплуатирующих водонагреватель.

Опасное напряжение на поверхности водопроводного крана

Поэтому спираль нагревательного элемента изолируют от водяных масс, заключая ее в герметичную, водонепроницаемую конструкцию, обладающей хорошими диэлектрическими свойствами и приемлемой теплопроводностью.

Причины популярности емкостных водонагревателей

Конструктивные решения водонагревателей во многом определяют тип используемых в них нагревательных элементов. Например, в проточных бойлерах спирали нагревателей и труб, по которых циркулирует вода, образуют сложную систему, трудную в ремонте.

Устройство проточного водонагревателя

Но следует заметить, что проточные водонагреватели не расходуют электроэнергию на нагрев резервного объема воды.



Более просто осуществляется нагрев воды в накопительных бойлерах – ТЭН устанавливается внизу емкости, и может быть легко заменяемым самим владельцем водонагревателя, без привлечения мастера. Свободный доступ к ТЭНу накопительного водонагревателя

Поскольку проточные бойлеры для быстрого нагрева потока воды требуют достаточно большой мощности электропроводки, то такие водонагреватели для дачи или обычной квартиры не лучший выбор, учитывая, какой бывает сеть в дачных поселках или проводка в многоквартирных домах.



Поэтому своеобразным «титаном» доминирующим на рынке бойлеров, является накопительный (емкостный) водонагреватель, который по праву считается пользователями лучшим приобретением для возможности постоянно использовать горячую воду. Большой ассортимент накопительных бойлеров

Каким бы ни был тип нагревательного элемента, он должен быть электрически безопасным, ведь вода является отличным проводником тока. Поэтому производители ТЭНов стараются как можно лучше оградить токопроводящую спирать от воды.

Внешний вид трубчатого ТЭНа для водонагревателя

Для этого спираль нагревателя вместе с теплопроводящими изоляторами заключается в герметичную металлическую трубку, передающей тепло воде.

Электрическое подключение ТЭНа осуществляется в недоступной для воды части нагревательного элемента на контактных клеммах, электрически соединенных со спиралью.

Различные конструкции ТЭНов водонагревателей

Коррозия накопительных емкостей

Одной из самых больших проблем, возникающих в процессе эксплуатации накопительного водонагревателя, является коррозия внутренних поверхностей бака.

Коррозия возникает вследствие наличия растворенного кислорода в воде и её повышенной температуры. В воде возникают токи, имеющие электрохимическую природу.

Внутрення поверхность бака нагревателя покрыта коррозией

Известно, что положительные ионы, отрываясь от поверхности металла, буквально уменьшают количество молекул, что и сказывается на физической и химической стойкости материала.

Чтобы этого не происходило, внутреннюю поверхность бака водонагревателя покрывают эмалью, защищая поверхность металла от контакта с водой.

Другим способом антикоррозийной защиты является использование более активного металла (магния) в качестве анода, который будет реагировать на возникающие разности потенциалов, отдавая свои ионы в реакцию вместо стали.

ТЭН с изношенным магниевым анодом

Современные водонагреватели оборудованы программным обеспечением, отслеживающим электрическую активность воды, и в них используется активный анод из титана.

Принципы реализации защиты от коррозии при помощи анодов

Поскольку титан является очень стойким химическим элементом, то он не отдает ионы в реакцию, вместо этого к нему прикладывается постоянное электрическое напряжение.

Уровень напряжения на электроде из титана определяется программным алгоритмом водонагревателя, который на время отключает напряжение и измеряет текущую разность потенциалов в воде.

Панель управления современного водонагревателя с программным управлением

Подключение и настройка работы данного электрода осуществляется на заводе, и, как правило, в отличие от магниевого стержня, который нужно менять раз в год, замена анода из титана не требуется в процессе всей эксплуатации водонагревателя.

Типы и устройство ТЭНов водонагревателей

Еще одна проблема, из-за которой электрические водонагреватели выходят из строя – это коррозия и разрушение самого ТЭНа вследствие накопления накипи на его поверхности.

Известковая накипь ухудшает теплоотдачу ТЭНа, вследствие чего металлическая трубка перегревается и прогорает. В данном месте через смоченную водой накипь возникает утечка тока.

Пробой и разрушение ТЭНа водонагревателя

С каждым включением ТЭНа электрический пробой увеличивается в размерах, а его сопротивление уменьшается, пока не происходит короткого замыкания на корпус через воду.

Утечка тока через воду может создать угрозу здоровью и жизни человека, поэтому производители бойлеров стали выпускать водонагреватели с сухим тэном.

Сухой ТЭН водонагревателя

Данный ТЭН имеет несколько иную конструкцию, в которой тепло передается через воздушные промежутки в керамических изоляторах. Теплопроводность и водонепроницаемость ТЭНа обеспечивается стальной колбой, контактирующей с водой.

Конструкция водонагревателя с сухим ТЭНом

Независимо от того, каким теном оборудован водонагреватель, при его подключении обязательно нужно использовать УЗО для защиты от возможных утечек, которые могут привести к поражению электрическим током.

Подключение электрических водонагревателей

Для самостоятельного монтажа и введения в эксплуатацию электрического водонагревателя необходимо минимально владеть навыками электрика и сантехника.

В инструкции водонагревателя должен быть четко описан весь процесс подключения. Если у пользователя недостаточно опыта работы с сантехническим оборудованием, то данный фронт работ лучше делегировать соответствующему специалисту.

Подключение водопроводной арматуры к водонагревателю

Как уже упоминалось, водонагреватели, которые, как правило, устанавливаются в ванной комнате, должны подключаться в электрическую сеть при помощи УЗО в обязательном порядке, согласно нормативу ПУЭ.

Пункт 7.1.48 ПУЭ

Электропроводка должна быть рассчитана на мощность и ток, потребляемые водонагревателем. Учитывая, что бойлеры потребляют значительный ток, для их питания лучше использовать отдельную линию электропроводки, защищенной отдельным автоматическим выключателем.

Большинство водонагревателей подключаются в обычную розетку с заземляющим контактом. В данном случае розетка должна обладать повышенной степенью электротехнической защиты – IP4, и иметь откидную водозащитную крышку.

Розетка с защитной откидной крышкой IP44

Некоторые водонагреватели большой мощности могут подключаться к электрической сети при помощи клемм подключения. Схема подключения и расположение клемм указываются на корпусе бойлера и в руководстве пользователя.


Выбор нового водонагревателя

При выборе нового водонагревателя для дома выберите систему водяного отопления, которая обеспечивает достаточно горячей воды для вашей семьи, а также является энергоэффективной, чтобы сэкономить ваши деньги. Подумайте о различных типах доступных водонагревателей и определите правильный размер и источник топлива для вашего дома. Ознакомьтесь с инфографикой Energy Saver 101: Water Heating, чтобы узнать больше о различных типах водонагревателей и о том, как выбрать подходящую модель для вашего дома.

Типы водонагревателей

Перед покупкой водонагревателя рекомендуется ознакомиться с различными типами водонагревателей:

  • Обычные водонагреватели предлагают готовый резервуар (накопительный бак) горячей воды, который подходит для повседневного использования. Однако в некоторых случаях, например, когда происходит более одного использования горячей воды или когда в доме есть гости, потребность в горячей воде увеличивается.
  • Водонагреватели без резервуаров или водонагреватели по запросу нагревают воду напрямую, без использования накопительного бака.Этот тип водонагревателя разработан для обеспечения достаточного количества горячей воды без утечки при подходящем размере.
  • Водонагреватели с тепловым насосом перемещают тепло из одного места в другое вместо того, чтобы генерировать тепло непосредственно для подачи горячей воды, что приводит к высокой эффективности и значительной экономии затрат.
  • Солнечные водонагреватели используют солнечное тепло для горячего водоснабжения, а также экономят деньги на счетах за электроэнергию.
  • Змеевик без резервуара и водонагреватели косвенного нагрева используют систему отопления дома для нагрева воды.

Критерии отбора

При выборе наилучшего типа и модели водонагревателя для дома учитывайте следующее:

  • Вид топлива, наличие и стоимость. Тип топлива или источник энергии, который вы используете для нагрева воды, повлияет не только на годовые эксплуатационные расходы водонагревателя, но также на его размер и энергоэффективность. Подробнее о выборе типов топлива см. Ниже.
  • Размер. Для обеспечения вашего домохозяйства достаточным количеством горячей воды и максимальной эффективности вам понадобится водонагреватель подходящего размера.Посетите страницы, посвященные различным типам водонагревателей (ссылки выше), чтобы узнать больше о размерах.
  • Энергоэффективность. Чтобы добиться максимальной экономии энергии и затрат, проверьте энергоэффективность водонагревателя перед его покупкой. Посетите страницы, посвященные различным типам водонагревателей (ссылки выше), чтобы узнать больше об оценке энергоэффективности.
  • Затраты. Перед покупкой водонагревателя также неплохо оценить годовые эксплуатационные расходы и сравнить их с другими менее или более энергоэффективными моделями.Посетите страницы, посвященные различным типам водонагревателей (ссылки выше), чтобы узнать больше об оценке затрат.

Также не забудьте изучить способы сокращения использования горячей воды, например, стирку одежды в холодной воде. Вы также можете изучить другие варианты, такие как рекуперация тепла сточной воды, чтобы сэкономить деньги на счетах за отопление воды.

Виды топлива, наличие и стоимость водяного отопления

При выборе нового водонагревателя важно учитывать, какой вид топлива или источник энергии вы будете использовать, включая его доступность и стоимость.Топливо, используемое в системе водяного отопления, повлияет не только на годовые эксплуатационные расходы, но также на размер водонагревателя и энергоэффективность.

Изучение вариантов водонагревателя по типу топлива

Тип топлива и его доступность в вашем регионе могут ограничить выбор водонагревателей. Ниже приводится список вариантов водонагревателя по топливу или источнику энергии:

  • Электроэнергия
    Широко доступны в США для обычных водонагревателей, водонагревателей без резервуаров или по запросу, а также с тепловыми насосами.Его также можно использовать с комбинированными системами водяного отопления и обогрева помещений, в том числе безрежимными змеевиками и косвенными водонагревателями.
  • Мазут
    Доступно в некоторых районах США для заправки обычных водонагревателей и косвенных комбинированных систем водяного отопления и отопления помещений.
  • Природный газ
    Доступно во многих регионах США для использования в качестве топлива для обычных накопительных и требуемых (проточных или проточных) водонагревателей, а также для комбинированных систем водяного отопления и отопления помещений, в том числе безбаковых змеевиков и косвенных водонагревателей.
  • Пропан
    Доступен во многих регионах США для использования в обычных накопительных и требующихся (проточных или проточных) водонагревателях, а также в комбинированных системах водяного отопления и обогрева помещений.
  • Солнечная энергия
    Солнечные водонагреватели доступны на всей территории Соединенных Штатов, особенно на Юго-Западе.

Сравнение стоимости топлива и типов водонагревателей

Если в вашем районе доступно несколько видов топлива, рекомендуется сравнить расходы на топливо, особенно если вы строите новый дом.Даже если вы заменяете водонагреватель, вы можете обнаружить, что в конечном итоге сэкономите больше денег, если будете использовать другое топливо или источник энергии. Однако, если вы переходите с одного вида топлива на другой, есть и другие соображения относительно стоимости, такие как добавление прерывателя или прокладка газопровода к водонагревателю и его выпуск наружу. Свяжитесь с вашим коммунальным предприятием, чтобы узнать текущие цены или тарифы на топливо.

Тип водонагревателя, который вы выберете, также повлияет на ваши расходы на нагрев воды. Один тип водонагревателя может использовать один вид топлива более эффективно, чем другой тип водонагревателя.Например, водонагреватель с электрическим тепловым насосом обычно более энергоэффективен, чем обычный накопительный водонагреватель. Кроме того, водонагреватель с электрическим тепловым насосом может иметь более низкие затраты на энергию, чем традиционный водонагреватель, работающий на газе, даже если местные затраты на природный газ могут быть ниже, чем тарифы на электроэнергию.

Нагрев воды для бытового потребления — Energy Education

Рисунок 1. Водонагреватель накопительного бака. [1]

Нагрев воды для бытового потребления — это процесс нагрева воды для личного пользования, который может потреблять большое количество энергии.В канадских домах водяное отопление может потреблять 15-25 процентов энергии, используемой в доме, в зависимости от типа дома, количества жителей и образа жизни тех, кто в нем живет. Важно отметить, что водяное отопление часто превышает все электрические потребности в доме, см. График ниже. [2] Канадцы используют в среднем 75 литров горячей воды каждый день для мытья посуды, стирки одежды, уборки и личной гигиены. Этот объем воды довольно велик, и его нагрев может привести к большим счетам за электроэнергию. [2] Старые водонагреватели можно заменить, переработать или использовать повторно. Для получения дополнительной информации см. Think Tank Home.

Источник энергии для водонагревателей, как правило, тот же, что люди используют для отопления помещений, хотя это не всегда так. Возможные источники энергии включают электричество, природный газ, пропан и нефть. [3] У каждого источника есть свои преимущества и недостатки. Например, электрические обогреватели не требуют вентиляции, но не могут работать во время отключения электроэнергии и потребляют намного больше первичной энергии, чем природный газ.Для обогревателей, работающих на природном газе, требуется достаточный воздушный поток и вентиляция, но они нагреваются быстрее и потребляют меньше первичной энергии. Пропан имеет те же преимущества, что и природный газ, но топливо более дорогое и требует плановой доставки.

Расходы можно снизить, выбрав более энергоэффективный водонагреватель, уменьшив количество используемой горячей воды или установив устройство рекуперации тепла дренажной воды, чтобы снизить тепловую нагрузку. Эти устройства представляют собой просто трубы, которые отбирают тепло от отработанной теплой воды, стекающей в канализацию, и передают его на подогрев воды, поступающей в резервуар для горячей воды. [4] Кроме того, при покупке водонагревателя важно учитывать «второй ценник», то есть стоимость эксплуатации изделия в течение его срока службы. Иногда более рентабельно купить более дорогую и более энергоэффективную модель, так как это сэкономит деньги пользователя в долгосрочной перспективе. [2]

Методы нагрева воды

Как правило, все водонагреватели используют какое-то топливо для получения энергии. Затем эта энергия используется для повышения температуры холодной воды из системы водоснабжения перед использованием.Доступен широкий выбор водонагревателей, и некоторые из наиболее распространенных из них перечислены ниже. Их можно использовать независимо, но иногда их можно объединить в системы. [4]

Водонагреватели резервуаров для хранения

Рисунок 2. Схема водонагревателя накопительного бака в разрезе. [5]

Водонагреватели с накопительным баком, такие как тот, что показан на Рисунке 2, являются наиболее часто используемым типом водонагревателей для дома. В этих системах нагретая вода хранится в баке, так что определенное количество горячей воды доступно в любое время.Когда открывается кран для горячей воды, вода вытекает из бачка из-под крана. Затем в резервуар поступает ненагретая вода, чтобы заменить использованную воду. [4] Термостаты используются на горелке для поддержания температуры воды. Эти водонагреватели оснащены предохранительным клапаном температуры и давления для обеспечения безопасности.

Эти нагреватели могут быть неэффективными, но их можно сделать более энергоэффективными, если минимизировать потери в режиме ожидания или улучшить передачу тепла от сгорания воде за счет минимизации потерь тепла из вентиляционных отверстий или дымоходов нагревателей. [4]

Бесконтактные водонагреватели

Водонагреватели без резервуаров, как следует из их названия, представляют собой водонагреватели, которые нагревают проточную воду и, следовательно, не требуют резервуара для хранения. Вода нагревается только при необходимости, это увеличивает эффективность за счет исключения потерь в режиме ожидания. Большинство электрических водонагревателей по запросу не могут обеспечить всю воду, необходимую для дома, поэтому они редко используются для этих целей. Тем не менее, несколько газовых обогревателей без резервуаров могут обеспечить достаточное количество воды для снабжения большинства домов. [4] Газовые версии этих обогревателей обычно устанавливаются на внешней стене, чтобы было проще отводить дымовые газы.

Водонагреватели с тепловым насосом

Водонагреватели с тепловым насосом или HPWH используют электричество и забирают тепло из воздуха и передают его в воду вместо того, чтобы напрямую преобразовывать электричество в тепло. Воздух из комнаты, в которой находится обогреватель, отводит тепло и передается резервуару с водой. Одна из проблем этих обогревателей заключается в том, что они не только удаляют тепло из воздуха, но и удаляют влагу, которая может вызывать дискомфорт. [4] Однако летом отвод тепла из дома от этих систем может быть полезным. Зимой они могут увеличить потребность в обогревателе.

Земляные тепловые насосы могут использоваться для нагрева воды в дополнение к обогреву и охлаждению помещений. В качестве источника тепла они используют температуру Земли или грунтовых вод.

Солнечные водонагреватели

основная статья

Энергия Солнца также может использоваться для нагрева воды в солнечных системах горячего водоснабжения.Обычно они не используются сами по себе, а вместо этого выбираются для обеспечения около 60% потребностей дома в горячей воде. [4] В этих системах используются солнечные коллекторы, циркуляционный насос, а также резервуары для хранения. Обычно они используются для предварительного нагрева воды, после чего используют обычный нагреватель.

Визуализация данных

Как упоминалось выше, для нагрева воды для бытового потребления используется значительное количество энергии. Чтобы получить представление о том, сколько энергии это соответствует по сравнению с другими потребностями в энергии для жилых домов, ниже приведен график.Можно навести указатель мыши на части круговой диаграммы, чтобы увидеть фактические значения энергии в ПДж. Приведенные ниже данные показывают, сколько энергии было использовано канадцами для различных бытовых нужд в 2012 году. [6] Обратите внимание, что в Канаде для нагрева воды используется больше энергии для конечного потребления, чем для всего потребления электроэнергии в жилых домах вместе взятых!

Список литературы

Нагрев воды для бытового потребления — Energy Education

Рисунок 1. Водонагреватель накопительного бака. [1]

Нагрев воды для бытового потребления — это процесс нагрева воды для личного пользования, который может потреблять большое количество энергии.В канадских домах водяное отопление может потреблять 15-25 процентов энергии, используемой в доме, в зависимости от типа дома, количества жителей и образа жизни тех, кто в нем живет. Важно отметить, что водяное отопление часто превышает все электрические потребности в доме, см. График ниже. [2] Канадцы используют в среднем 75 литров горячей воды каждый день для мытья посуды, стирки одежды, уборки и личной гигиены. Этот объем воды довольно велик, и его нагрев может привести к большим счетам за электроэнергию. [2] Старые водонагреватели можно заменить, переработать или использовать повторно. Для получения дополнительной информации см. Think Tank Home.

Источник энергии для водонагревателей, как правило, тот же, что люди используют для отопления помещений, хотя это не всегда так. Возможные источники энергии включают электричество, природный газ, пропан и нефть. [3] У каждого источника есть свои преимущества и недостатки. Например, электрические обогреватели не требуют вентиляции, но не могут работать во время отключения электроэнергии и потребляют намного больше первичной энергии, чем природный газ.Для обогревателей, работающих на природном газе, требуется достаточный воздушный поток и вентиляция, но они нагреваются быстрее и потребляют меньше первичной энергии. Пропан имеет те же преимущества, что и природный газ, но топливо более дорогое и требует плановой доставки.

Расходы можно снизить, выбрав более энергоэффективный водонагреватель, уменьшив количество используемой горячей воды или установив устройство рекуперации тепла дренажной воды, чтобы снизить тепловую нагрузку. Эти устройства представляют собой просто трубы, которые отбирают тепло от отработанной теплой воды, стекающей в канализацию, и передают его на подогрев воды, поступающей в резервуар для горячей воды. [4] Кроме того, при покупке водонагревателя важно учитывать «второй ценник», то есть стоимость эксплуатации изделия в течение его срока службы. Иногда более рентабельно купить более дорогую и более энергоэффективную модель, так как это сэкономит деньги пользователя в долгосрочной перспективе. [2]

Методы нагрева воды

Как правило, все водонагреватели используют какое-то топливо для получения энергии. Затем эта энергия используется для повышения температуры холодной воды из системы водоснабжения перед использованием.Доступен широкий выбор водонагревателей, и некоторые из наиболее распространенных из них перечислены ниже. Их можно использовать независимо, но иногда их можно объединить в системы. [4]

Водонагреватели резервуаров для хранения

Рисунок 2. Схема водонагревателя накопительного бака в разрезе. [5]

Водонагреватели с накопительным баком, такие как тот, что показан на Рисунке 2, являются наиболее часто используемым типом водонагревателей для дома. В этих системах нагретая вода хранится в баке, так что определенное количество горячей воды доступно в любое время.Когда открывается кран для горячей воды, вода вытекает из бачка из-под крана. Затем в резервуар поступает ненагретая вода, чтобы заменить использованную воду. [4] Термостаты используются на горелке для поддержания температуры воды. Эти водонагреватели оснащены предохранительным клапаном температуры и давления для обеспечения безопасности.

Эти нагреватели могут быть неэффективными, но их можно сделать более энергоэффективными, если минимизировать потери в режиме ожидания или улучшить передачу тепла от сгорания воде за счет минимизации потерь тепла из вентиляционных отверстий или дымоходов нагревателей. [4]

Бесконтактные водонагреватели

Водонагреватели без резервуаров, как следует из их названия, представляют собой водонагреватели, которые нагревают проточную воду и, следовательно, не требуют резервуара для хранения. Вода нагревается только при необходимости, это увеличивает эффективность за счет исключения потерь в режиме ожидания. Большинство электрических водонагревателей по запросу не могут обеспечить всю воду, необходимую для дома, поэтому они редко используются для этих целей. Тем не менее, несколько газовых обогревателей без резервуаров могут обеспечить достаточное количество воды для снабжения большинства домов. [4] Газовые версии этих обогревателей обычно устанавливаются на внешней стене, чтобы было проще отводить дымовые газы.

Водонагреватели с тепловым насосом

Водонагреватели с тепловым насосом или HPWH используют электричество и забирают тепло из воздуха и передают его в воду вместо того, чтобы напрямую преобразовывать электричество в тепло. Воздух из комнаты, в которой находится обогреватель, отводит тепло и передается резервуару с водой. Одна из проблем этих обогревателей заключается в том, что они не только удаляют тепло из воздуха, но и удаляют влагу, которая может вызывать дискомфорт. [4] Однако летом отвод тепла из дома от этих систем может быть полезным. Зимой они могут увеличить потребность в обогревателе.

Земляные тепловые насосы могут использоваться для нагрева воды в дополнение к обогреву и охлаждению помещений. В качестве источника тепла они используют температуру Земли или грунтовых вод.

Солнечные водонагреватели

основная статья

Энергия Солнца также может использоваться для нагрева воды в солнечных системах горячего водоснабжения.Обычно они не используются сами по себе, а вместо этого выбираются для обеспечения около 60% потребностей дома в горячей воде. [4] В этих системах используются солнечные коллекторы, циркуляционный насос, а также резервуары для хранения. Обычно они используются для предварительного нагрева воды, после чего используют обычный нагреватель.

Визуализация данных

Как упоминалось выше, для нагрева воды для бытового потребления используется значительное количество энергии. Чтобы получить представление о том, сколько энергии это соответствует по сравнению с другими потребностями в энергии для жилых домов, ниже приведен график.Можно навести указатель мыши на части круговой диаграммы, чтобы увидеть фактические значения энергии в ПДж. Приведенные ниже данные показывают, сколько энергии было использовано канадцами для различных бытовых нужд в 2012 году. [6] Обратите внимание, что в Канаде для нагрева воды используется больше энергии для конечного потребления, чем для всего потребления электроэнергии в жилых домах вместе взятых!

Список литературы

Возобновляемое водяное отопление | Агентство по охране окружающей среды США


О водяном отоплении

Горячая вода — неотъемлемая часть повседневной жизни в Соединенных Штатах.В домах горячая вода используется для душа, мытья рук, стирки, мытья посуды и других функций. В 2009 году поставленная энергия для нагрева воды в жилых домах составила почти 2 квадриллиона БТЕ, или примерно 18 процентов от общего потребления энергии в жилых домах США. 1 В 2003 году коммерческие предприятия, такие как автомойки, прачечные самообслуживания и коммерческие кухни, использовали более 500 триллионов британских тепловых единиц для нагрева воды, что составляло почти 8 процентов от их общего расхода топлива. 2

Связанные применения, описанные отдельно, включают нагревание бассейнов и горячее водоснабжение для промышленных применений, таких как химическое производство.

Как работает возобновляемое водяное отопление

Для нагрева воды в большинстве жилых и коммерческих зданий просто требуется источник тепла и сеть труб для подачи горячей воды к месту использования. Системы водяного отопления делятся на две основные категории:

  • Периодический нагрев . В периодических системах тепло используется для воды, хранящейся в резервуаре для хранения или хранения.
  • Отопление по запросу . По запросу «безбакерные» нагреватели пропускают холодную воду напрямую через источник тепла.Вода в пути быстро нагревается и подается горячей. Эти системы, как правило, более энергоэффективны, чем периодический нагрев, но они также имеют более высокие первоначальные затраты.

Возобновляемые источники могут поддерживать оба этих типа систем водяного отопления. Возобновляемый источник тепла служит для предварительного нагрева воды, при этом обычный блок работает, чтобы компенсировать разницу, когда возобновляемый источник тепла не может выдержать всю тепловую нагрузку — например, в пасмурный день, когда мощность солнечной системы снижается, или во время время повышенного спроса.

Совместимые возобновляемые технологии

Среди солнечных технологий для нагрева горячей воды чаще всего используются плоские и вакуумные солнечные коллекторы, особенно в жилых помещениях. Эти технологии масштабируемы, поэтому можно поддерживать большие нагрузки, если установлено достаточное количество коллекторов. Основными ограничениями для эффективного солнечного нагрева воды являются верхние пределы температуры (см. Диаграмму ниже), а также количество и качество доступного солнечного света. Например, в высоких широтах зимой эвакуированные трубки будут улавливать малоугловой солнечный свет более эффективно, чем плоские коллекторы.Подробный анализ вашей строительной площадки проинформирует разработчика системы, сколько солнечных коллекторов горячей воды и сколько емкости для горячей воды потребуется для удовлетворения ваших потребностей в горячей воде. Поскольку солнечные водонагревательные системы могут удовлетворить в среднем 65 процентов вашего потребления горячей воды, вы все равно будете полагаться на обычную систему отопления в качестве резервной.

Геотермальная энергия прямого использования и глубокий геотермальный пар также могут выдерживать очень большие нагрузки по нагреву воды. Это относительно менее распространенные варианты, учитывая географические ограничения доступности.Однако геотермальные тепловые насосы доступны в любой точке США и очень эффективны в качестве предварительного подогрева горячей воды для бытовых нужд, если они спроектированы как часть более крупной системы отопления и охлаждения.

Древесная биомасса может сжигаться вместо ископаемого топлива для нагрева воды или иногда как часть комбинированной системы теплоэнергетики для промышленного или институционального объекта.

Интерактивная диаграмма ниже показывает, какие возобновляемые технологии могут использоваться для нагрева воды.Вы можете щелкнуть любую из технологий, чтобы перейти на новую страницу с более подробной информацией.

Возобновляемые технологии нагрева воды и их применение

Технологии и приложения

Приложения

Понимание схемы

На приведенной выше диаграмме показаны технологии и потребности в нагреве воды с точки зрения приблизительного диапазона «рабочих температур», который представляет собой требуемую температуру теплоносителя в возобновляемой системе отопления.Рабочая температура не обязательно совпадает с конечной температурой конечного продукта (в данном случае конечной температурой воды, выходящей из водонагревателя). Например, для некоторых систем водяного отопления требуется рабочая температура более 150 ° F, даже если система нагревает воду только до температуры около 120 ° F.

На приведенной выше диаграмме показаны приблизительные диапазоны рабочих температур. Точные требования к рабочей температуре для конкретной системы будут зависеть от таких факторов, как тип, размер и расположение системы.Рабочая температура, которую может обеспечить конкретная возобновляемая технология, также будет зависеть от факторов, специфичных для объекта. Например, количество тепла, которое может обеспечить система солнечных коллекторов, будет зависеть от того, сколько солнечного света она получает и под каким углом.

Узнайте больше о возобновляемом водяном отоплении

Ключевые возобновляемые технологии

1 Управление энергетической информации США. 2012. Исследование потребления энергии в жилищном секторе за 2009 год.Таблица CE3.1 Конечное потребление в домашних хозяйствах в США, общие и средние показатели, 2009 г.
2 Управление энергетической информации США. 2008. Исследование энергопотребления в коммерческих зданиях за 2003 год. Таблица E1A. Основной расход топлива (БТЕ) ​​конечным использованием для всех зданий.

Попадание в горячую воду: Практическое руководство по системам водяного отопления

Одним из положительных результатов недавнего энергетического кризиса стало развитие и совершенствование технологий использования альтернативных форм энергии.Нигде эти усилия не были более очевидными, чем рост использования древесины в качестве источника топлива. Многие односемейные дома, построенные в последние годы, предусматривают хотя бы частичное отопление дровами. Некоторые коммерческие, промышленные и сельскохозяйственные предприятия, которым требуется большое количество тепла, также либо перешли на древесину, либо рассмотрели ее.

Один из наиболее удобных, эффективных и рентабельных способов, с помощью которых жилые, сельскохозяйственные и небольшие коммерческие пользователи могут пользоваться преимуществами энергии на базе древесины, — это использование системы водяного отопления (часто называемой гидравлической).Системы горячего водоснабжения, работающие на древесном топливе, особенно подходят для малых и средних предприятий. Основное преимущество этих систем заключается в том, что они обеспечивают постоянный нагрев с относительно нечастыми загрузками. Они также безопасны и могут сжигать недорогое древесное топливо во многих различных формах. Хотя этой технологии как минимум 200 лет, сегодня стоит подумать о ней.

Расширение биологической и сельскохозяйственной инженерии в Государственном университете Северной Каролины спроектировало и протестировало ряд гидравлических систем различных размеров за последние годы.Планы для этих систем доступны за небольшую плату. В настоящее время в Северной Каролине действует несколько тысяч жилых систем горячего водоснабжения, работающих на дровах. Кроме того, около 60 единиц используется для сушки табака и около 300 — для обогрева теплиц. Хотя многие из этих систем были построены на основе проверенных планов, некоторые из них — нет. Когда в системе возникают проблемы, это часто происходит из-за того, что некоторые важные конструктивные или эксплуатационные требования были упущены из виду.

Для эффективной работы важно понимать и соблюдать определенные основные правила.Эта публикация предоставляет оператору системы водяного отопления важную базовую информацию об этом типе системы и ее работе. В первых двух разделах описывается система горячего водоснабжения и ее части, объясняются функции каждой части и даются некоторые простые расчеты конструкции для тех, кто хочет построить свою собственную систему. Третий раздел поможет читателю развить понимание древесного топлива, а четвертый описывает и объясняет экономику систем горячего водоснабжения.

В системе водяного отопления вода используется для хранения тепловой энергии и передачи ее от горящего топлива к месту, где будет использоваться тепло.Все системы горячего водоснабжения (гидроники) состоят из пяти основных частей:

  • Топка , камера, в которой сжигается топливо;
  • A резервуар для воды , в котором тепло поглощается и хранится;
  • А насосно-трубопроводная система для транспортировки нагретой воды;
  • Теплообменник для отвода тепла там, где оно необходимо;
  • Система управления для управления скоростью использования тепла.

При проектировании водонагревателя на дровах важны три фактора:

  1. Горение . Система должна быть спроектирована так, чтобы топливо сгорало максимально полно.
  2. Теплообмен . Конструкция должна позволять как можно большему количеству выделяемого тепла попадать в воду.
  3. Сохранение тепла . Система должна позволять как можно меньше тепла уходить неиспользованным.

Самой важной частью любой системы горячего водоснабжения является топка или камера сгорания.Если он неправильного размера или плохо спроектирован, производительность всей системы пострадает. Самая частая проблема домашних систем горячего водоснабжения — плохо спроектированная топка. К сожалению, это также одна из самых сложных проблем, которую можно решить без изменения конструкции и восстановления топки.

Как горит древесина

Чтобы оценить необходимость правильно сконструированной топки, необходимо понимать, как горит дрова. Горение (горение) — это процесс, в котором кислород химически соединяется с топливом, выделяя тепло.Тепло также необходимо для запуска процесса. Однако, однажды начавшись, реакция может быть самоподдерживающейся.

Большинство людей знают, что для сжигания необходимы топливо и кислород. Однако многие не осознают, что тепло также необходимо. Многие проблемы в системах водяного отопления связаны с недостаточным количеством тепла в камере сгорания.

Два основных компонента древесины — это целлюлоза и лигнин. Эти два химических вещества состоят в основном из углерода, водорода и кислорода.При повышении температуры древесины некоторые летучие вещества, содержащиеся в ней — вода, воск и масла — начинают выкипать. При температуре около 540 ° F тепловая энергия приведет к разрыву атомных связей в некоторых молекулах древесины. Когда тепловая энергия разрывает связи, которые удерживают вместе атомы, составляющие лигнин или целлюлозу, образуются новые соединения — соединения, которых изначально не было в древесине. Этот процесс известен как пиролиз. Эти новые соединения могут быть газами, такими как водород, окись углерода, двуокись углерода и метан, или они могут быть жидкостями и полутвердыми веществами, такими как смолы, пиролитические кислоты и креозот.Эти жидкости в виде мелких капель и полутвердых частиц вместе с водяным паром образуют дым. Дым, который выходит из трубы (дымохода) несгоревшим, является потраченным топливом.

По мере того, как температура продолжает расти, производство пиролитических соединений резко возрастает. При температуре от 700 до 1100 ° F (в зависимости от присутствующих пропорций) кислород соединяется с газами и смолами с выделением тепла. Когда это происходит, происходит самоподдерживающееся горение.

В какой-то момент во время горения куска дерева все смолы и газы улетучатся.Остается в основном древесный уголь. В обиходе мы говорим, что древесина сгорела дотла. Эти угли медленно горят снаружи и почти без огня. Количество угля или древесного угля, которое остается после того, как другие части древесины выкипят, зависит в первую очередь от породы древесины, а также от того, как быстро и при какой температуре она была сожжена. Как правило, чем быстрее и горячее сгорает кусок дерева, тем меньше древесного угля остается в виде углей.

Лучше всего быстро обжечь дрова, чтобы получить от них как можно больше тепла.Медленный дымный огонь может тратить до трети тепловой энергии топлива. Для эффективного горения огонь должен получать достаточно кислорода. Высокая дымовая труба, механический вытяжной вентилятор или и то, и другое обычно используются для обеспечения достаточной тяги (потока воздуха в топку).

Однако существуют пределы того, насколько быстро можно заставить дерево гореть. Если воздух нагнетается в камеру сгорания слишком быстро, он имеет тенденцию «задуть» огонь. Результат почти такой же, как недостаток воздуха.

Подача слишком большого количества воздуха в камеру сгорания также может привести к вздутию воздуха.Дыхание на самом деле представляет собой серию взрывов, возникающих в результате резкого смешивания воздуха и древесных газов. Чаще всего это происходит, когда свежее топливо добавляется в слой очень горячих углей. Сильное тепло от углей может отогнать большие объемы горючих газов, которые периодически воспламеняются по мере поступления кислорода. Эти взрывы редко вызывают какие-либо повреждения системы, но возникающий в результате обратный огонь может вызвать ожоги и летящий пепел.

Многие соединения образуются при горении древесины. Только в дыме было идентифицировано более 160 различных видов.В наибольшем объеме выделяются окись углерода, метан, метанол и водород. Хотя эти соединения будут гореть при относительно низких температурах, большая часть оставшихся выделенных соединений, таких как дым и смола, не сгорит полностью, пока температура не достигнет более 1000 ° F. Таким образом, для полного сгорания необходима горячая топка.

В большинстве хорошо спроектированных систем горячего водоснабжения топка окружена водой. По этой причине эти системы иногда называют водяными плитами.«В агрегатах этого типа стенки топки поглощают большую часть выделяемого тепла. Вода сохраняет стенки топки относительно прохладными, что приводит к хорошей теплопередаче, но не способствует хорошему сгоранию. В большинстве случаев необходимо изолировать стены и пол топки из огнеупорного кирпича. Огнеупорный кирпич замедляет отвод тепла от огня и, таким образом, увеличивает эффективность сгорания.

Обычный красный строительный кирпич, особенно с отверстиями, подходит для облицовки топки не хуже, чем белый огнеупорный кирпич.Хотя красный кирпич не так эффективен, он стоит примерно в пятую часть стоимости белого огнеупорного кирпича.

Конструкция топки

На Рисунке 1 показано поперечное сечение типичного водонагревательного агрегата. Очень важно, чтобы камера сгорания с водяной рубашкой была достаточно большой. Он должен быть такого размера, чтобы он не только принимал заряд топлива, но и позволял полностью сгореть расширяющимся газам сгорания, прежде чем они потеряют слишком много тепла и перейдут в дымовые трубы.

Одна из наиболее распространенных проблем домашних систем горячего водоснабжения заключается в том, что камера сгорания слишком мала для нормального сгорания. В этом случае трудно разжечь огонь достаточно горячим; он имеет тенденцию курить, даже когда ему дают много воздуха. Если топка еще не слишком мала, добавление облицовки из огнеупорного кирпича может помочь, потому что это сделает огонь более горячим. Однако иногда единственным выходом является замена топки на более крупную.

Мощность системы горячего водоснабжения можно описать двумя способами: с точки зрения ее мощности горелки или сгорания и с точки зрения ее способности аккумулировать тепло.(Последнее будет обсуждаться в другом разделе.) Мощность горелки системы определяется как наибольшее количество тепла, которое горелка может выделить из топлива за заданный период времени. Мощность горелки можно рассматривать как практический предел устойчивой мощности системы. Если вы продолжите увеличивать скорость подачи топлива в камеру сгорания, в конечном итоге будет достигнута точка, в которой топливо будет потребляться с той же скоростью, с которой оно добавляется. В этот момент горелка работает с номинальной мощностью.Более быстрое добавление топлива может фактически помешать процессу горения.

С практической точки зрения мощность горелки системы определяется размером топки и тем, насколько хорошо воздух может подаваться и распределяться по топливу. В общем, вы можете рассчитывать получить около 40 000 БТЕ в час на каждый квадратный фут площади решетки при условии, что глубина достаточна. Это означает, что вы можете ожидать около 800000 БТЕ в час от топки 5 футов в длину и 4 фута в ширину.

Между площадью колосниковой решетки и глубиной топки существует более чем случайная зависимость.Топка должна быть максимально глубокой. Большая глубина позволяет большему перемещению пламени и лучшему перемешиванию поднимающихся горячих газов для улучшения сгорания. В общем, глубина должна быть равна или больше наименьшего размера решетки. Например, если размер колосниковой решетки составляет 5 на 8 футов, глубина топки должна быть не менее 5 футов. В таблице 1 показано предполагаемое соотношение между объемом топки и мощностью системы. Размеры не указаны, потому что размер и форма резервуара для хранения воды и свободное пространство, необходимое для пожарных труб, ограничивают глубину топки.Важно помнить, что высокие тонкие топки лучше, чем короткие толстые.


Таблица 1. Зависимость производительности системы от объема камеры сгорания.
Производительность системы (БТЕ / ч) Объем камеры сгорания (кубические футы)
50 000 2
100 000 5
200 000 9
300 000 27
400 000 40
500 000 75
750 000 100
1000000 200
2 000 000 400
3 000 000 500

Выбор вытяжного вентилятора

Практические ограничения размеров топки и конструкции дымовой трубы обычно требуют создания тяги с помощью вентилятора.Были использованы следующие аранжировки и их комбинации:

  • Вентилятор для подачи свежего воздуха под решетку;
  • Баллончик для нагнетания свежего воздуха в топку над решеткой;
  • Вытяжной вентилятор для подачи свежего воздуха в топку и через систему.

Использование вентиляторов для подачи воздуха в камеру сгорания имеет то преимущество, что вентиляторы остаются чистыми и охлаждаются воздухом, который они перемещают. Недостатком является то, что дым и искры могут выходить из любой трещины в топке, потому что давление внутри топки выше, чем снаружи.Если используется вытяжной вентилятор, любые утечки происходят внутрь. Недостаток заключается в том, что тепло и сажа в штабеле сильно воздействуют на систему вентиляторов, хотя существуют вентиляторы, специально разработанные для этой цели.

Скорострельность зависит от тяги. Вентилятор или вентиляторы с принудительной тягой должны подавать достаточно кислорода для максимальной ожидаемой скорости горения, но не должны обеспечивать больше этого количества. Слишком много воздуха охладит огонь и выбросит пепел в дымовые трубы. Например, чтобы определить размер стекового вентилятора, предположим, что максимальная мощность системы составляет 2 миллиона БТЕ в час.

2000000 БТЕ / час ÷ 6680 БТЕ / фунт древесины = 300 фунтов древесины / час

Для сжигания 1 фунта дров требуется около 6 фунтов воздуха. Следовательно, потребность в воздухе составляет:

.

6 фунтов воздуха / фунт древесины x 300 фунтов древесины / час = 1800 фунтов воздуха / час

Один фунт воздуха эквивалентен примерно 13,5 кубическим футам. Таким образом, необходимый объем воздуха составляет:

.

1800 фунтов воздуха / час x 13,5 кубических футов / фунт воздуха = 24 300 кубических футов воздуха / час или 405 кубических футов / мин (куб.фут / мин)

Обычно для эффективного сгорания требуется около 50 процентов избыточного воздуха.Следовательно, требуемый объем:

405 кубических футов в минуту x 1,5 = 608 кубических футов в минуту

Поскольку мы определяем объем воздуха и газов, перемещаемых вытяжным вентилятором, мы должны учитывать добавление продуктов сгорания и влажности древесины к дымовым газам. Для древесины с влажностью 20 процентов на влажной основе (w.b.) отношение объема дымовой трубы к входящему воздуху составляет 1,16 моль дымовых газов на моль свежего воздуха.

Это соотношение рассчитано исходя из 100-процентного сгорания. Таким образом, объем выходящих продуктов сгорания составляет:

608 кубических футов в минуту входящего воздуха x 1.16 = 705 куб. Футов в минуту

Наконец, объем необходимо отрегулировать в соответствии с температурой. Закон Чарльза гласит, что объем газа линейно увеличивается с его температурой. Чтобы использовать закон Чарльза, температуры по Фаренгейту должны быть преобразованы в температуры по шкале Ренкина (R), что достигается добавлением 460 ° к температуре по Фаренгейту.

При температуре входящего воздуха 510 ° R (50 ° F) и температуре дымовой трубы 760 ° R (300 ° F) скорректированный объем дымового газа составляет:

760/510 x 705 куб. Футов в минуту = 1050 куб. Футов в минуту

Таким образом, 608 кубических футов в минуту входящего воздуха соответствует общему объему 1050 кубических футов в минуту, выходящему через дымовую трубу.Подойдет типичный вентилятор мощностью 1100 кубических футов в минуту при статическом давлении воды 1 дюйм. Статического давления воды на 1 дюйм было бы более чем достаточно для компенсации газового трения в системе.

Вышеприведенные расчеты можно применить к системам различного размера. Размеры вентиляторов указаны в таблице 2 для различных систем.


Таблица 2. Размеры стеклопакетов для различных систем.
Производительность системы (БТЕ / ч) Размер вентилятора стека (куб. Фут / мин при 1 дюйм.давление воды)
50 000 40
100 000 75
200 000 140
300 000 180
400 000 240
500 000 300
750 000 425
1000000 550
2 000 000 1,100
3 000 000 1,650

Двери с водяным охлаждением

Одной из наиболее часто встречающихся проблем в системах водяного отопления является коробление дверок топки.Двери должны быть большими для удобной топки. Одна сторона подвержена сильному нагреву камеры сгорания, а другая часто окружена зимними температурами. Возникающие в результате сильные термические нагрузки могут деформировать двери. Хотя дверь, показанная на Рисунке 2, была сделана из стали 1, 2 дюймов с существенным усилением, вскоре она так сильно покоробилась, что ее нельзя было закрыть.

Опыт показал, что полностью решить эту проблему невозможно, хотя ее можно существенно уменьшить, охладив двери водой.Водяное охлаждение не только предотвращает коробление, но и позволяет рекуперировать больше тепла.

Двери с водяным охлаждением обычно имеют внутреннюю и внешнюю металлические поверхности, разделенные 2- или 3-дюймовыми полостями, через которые может циркулировать вода. Часть мощности циркуляционного насоса воды отводится в полость двери. В полость обычно устанавливаются перегородки для обеспечения хорошей циркуляции и равномерного охлаждения.

Решетка Дизайн

Для максимального удобства и эффективности в нижней части топки необходимо предусмотреть решетку.Идеальная решетка позволяет золе просачиваться сквозь нее, но удерживает большую часть древесины и древесного угля и обеспечивает непрерывный поток воздуха через всю площадь решетки без периодического перемешивания или встряхивания. На каждые 1000 БТЕ номинальной мощности необходимо не менее 5 квадратных дюймов площади решетки. Например, для системы мощностью 200000 БТЕ / час потребуется:

200 x 5 = 1000 квадратных дюймов

Одна тысяча квадратных дюймов равна примерно 7 квадратным футам. Следовательно, решетки шириной 2 фута и длиной 3 1 2 футов будет достаточно для системы с номинальной производительностью 200 000 БТЕ / час.

Создать удовлетворительную решетку сложно. Лучше всего подойдут чугунные решетки, но их трудно найти, они дороги и имеют свойство со временем трескаться и выгорать. Пластина из мягкой стали толщиной от 1 / 2 от дюймов до 1 дюйма будет деформироваться при нагревании, если она не будет хорошо поддерживаться снизу. Однако решетчатые опоры затрудняют удаление золы. Использованные железнодорожные рельсы, перевернутые вверх ногами, с умеренным успехом использовались для формирования решеток. Стандартные 80-фунтовые рельсы, расположенные на расстоянии 1 2 на расстоянии 1 дюйма друг от друга, будут охватывать 6 футов без поддержки.Рельсы изготовлены из марганцевой легированной стали, их трудно сваривать и резать. Однако они умеренно устойчивы к высокотемпературной эрозии и относительно недороги, если покупать их на свалке металлолома.

Накопление древесного угля во время непрерывного обжига может привести к закупорке решеток и нарушению циркуляции воздуха. Установка вентилятора высокого давления под решеткой гарантирует поддержание минимального потока воздуха и ускоряет сжигание древесного угля. Остальной воздух для горения может подаваться через вентиляционное отверстие или дополнительный вентилятор над решеткой.

Рисунок 1. Типовая система водяного отопления.

Рисунок 2.Двери должны иметь водяное охлаждение, чтобы они не коробились от сильного жара.

Самая заметная часть системы горячего водоснабжения — это бак для воды. Стандартные резервуары, подходящие для систем водяного отопления, доступны в различных размерах, объемах и толщинах стенок.Подземные резервуары имеют более толстые стенки, чем надземные, что делает их намного лучше для сварки. Если у вас есть выбор, лучше использовать короткий резервуар большого диаметра, чем длинный и тонкий, потому что более короткий резервуар имеет меньшую площадь поверхности, что снижает потери тепла и стоимость изоляции. В таблице 3 приведены размеры и вместимость широкого диапазона стандартных резервуаров для хранения нефти.


Таблица 3. Типоразмеры металлических резервуаров для хранения.
Вместимость (галлонов) Диаметр Длина
500 48 из 64 из
560 42 из 92 из
1000 49 1 2 дюйм 10 футов
2 000 64 из 12 футов
4,000 64 из 24 фута
6000 8 футов 16 футов 1 дюйм
8,000 8 футов 21 фут 4 дюйма
10 000 8 футов
10 1 2 футов
26 футов 1 дюйм
15 футов 8 дюймов
12 000 8 футов
10 1 2 футов
31 фут 11 дюймов
18 футов 7 дюймов
15 000 8 футов
10 1 2 футов
39 футов 11 дюймов
23 фута 4 дюйма
20 000 10 1 2 футов 31 фут
25 000 10 1 2 футов 38 футов 9 дюймов
30 000 10 1 2 футов 46 футов 6 дюймов

Хотя лучше всего использовать новый резервуар, многие успешные системы были созданы с использованными резервуарами.Резервуары для хранения отработанного масла часто можно получить просто по запросу. Если вы решили попробовать использованный резервуар, внимательно осмотрите его на предмет дырок или тонких пятен. Также узнайте, какая жидкость хранилась в резервуаре. Внимание: Никогда не сваривайте и не резайте резервуар, который, как вы подозреваете, содержит легковоспламеняющиеся материалы, если он не будет тщательно очищен и провентилирован. Один из методов удаления остатков масла или бензина из большого бака — смешать около 2 фунтов моющего средства на тысячу галлонов емкости с достаточным количеством воды, чтобы растворить его, и вылить этот раствор в бак.Затем полностью наполните резервуар водой и дайте ему постоять несколько дней, прежде чем слить его и приступить к работе.

Теплоемкость

Как упоминалось в предыдущем разделе, одним из показателей емкости системы является ее способность аккумулировать тепло. Вода — одно из наименее дорогих и наиболее легко перемещаемых и контролируемых веществ. Это также один из лучших известных носителей тепла. Вода может хранить в четыре или пять раз больше тепла, чем камень, в десять раз больше, чем большинство металлов, и примерно в четыре раза больше, чем воздух на единицу веса.Его единственный недостаток в том, что он не может сохранять тепло при температуре выше 212 ° F, если он не находится под давлением. Это ограничивает его пригодность для высокотемпературных применений. Однако для систем отопления помещений в теплицах и других сельскохозяйственных, коммерческих или жилых помещениях это ограничение обычно не является проблемой.

По определению, одна британская тепловая единица (BTU) — это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 фунта воды на 1 ° F. Галлон воды весит примерно 8.3 фунта, поэтому тепловая энергия, необходимая для повышения температуры галлона на 100 ° F, составляет:

8,3 фунта x 100 ° F = 830 БТЕ

Для сравнения, для повышения температуры 8,3 фунта гравия на 100 ° F потребуется всего около 166 БТЕ.

Как указывалось ранее, воду нельзя нагревать до температуры выше 212 ° F при атмосферном давлении. Эта температура определяет верхний предел количества тепла, которое может сохранять вода без давления. Нижний предел устанавливается желаемой температурой нагрузки.Например, если в теплице должна содержаться температура 65 ° F, то эта температура является нижним пределом. Разница между верхней и нижней границей,

212 ° F — 65 ° F = 147 ° F

показывает, сколько тепла может удержать данный объем воды.

На самом деле, снижать температуру хранения до нижнего предела непрактично. Скорость передачи тепла нагрузке (например, от радиаторов к воздуху внутри теплицы) значительно снижается, поскольку температура нагретой поступающей воды приближается к температуре воздуха нагрузки.По этой причине желательно поддерживать нижнюю температуру хранения воды, по крайней мере, на 35 ° F выше желаемой температуры загрузки. Следовательно, в предыдущем примере нижний предел температуры будет 100 ° F, а разница температур будет не 147 ° F, а

.

212 ° F — (65 ° F + 35 ° F) = 112 ° F

Следовательно, диапазон температур хранения воды ограничен 112 ° F. Используя эту информацию в качестве руководства, теперь мы можем определить, какой объем памяти необходим.

Если заданная тепловая нагрузка составляет 200000 БТЕ в час и желательно иметь 6 часов нагрева после того, как пожар погаснет, количество воды должно быть достаточным для хранения:

200000 БТЕ / час x 6 часов = 1200000 БТЕ

Для подъема одного фунта воды на 1 ° F требуется 1 БТЕ.В каждом фунте воды может храниться только 112 БТЕ. Следовательно, необходимое количество воды составляет:

.

1,200,000 БТЕ ÷ 112 БТЕ / фунт = 10,714 фунтов

Поскольку вода весит 8,3 фунта на галлон, 10 714 фунтов воды равны 1291 галлону.

На практике максимальная температура воды редко превышает 200 ° F; следовательно, требуется емкость, немного превышающая 1291 галлон.

Эти расчеты предполагают, что тепло не теряется из резервуара или из труб, по которым вода подается к загрузке и от нее.Эти потери могут быть значительными в зависимости от того, насколько хорошо изолирована труба, расстояния от резервуара до груза и температуры наружного воздуха.

Очень хорошая идея — установить термометр на выпускной линии резервуара. Это даст точную индикацию температуры воды внутри резервуара. Падение температуры воды более чем на 20 ° F в час является хорошим признаком того, что резервуар для воды слишком мал, поскольку цель системы горячего водоснабжения — обеспечить постоянный источник тепла без необходимости постоянно разжигать огонь.

Также хорошей идеей является установка термометра на линиях с обеих сторон нагрузки — например, на впускной и выпускной линиях радиатора или ряда радиаторов. Это позволяет определить не только, сколько энергии теряется между баком и грузом, но и насколько эффективно радиаторы извлекают тепло из воды.

Для оптимальной конструкции системы емкость накопителя должна основываться на максимальной номинальной мощности горелки, требуемой тепловой нагрузке и максимальном промежутке времени между загрузками топлива.Следующее обсуждение показывает, как взаимодействуют эти три фактора.

Предположим, как в приведенном выше примере, что требуемая средняя тепловая нагрузка составляет 200 000 БТЕ в час. Это означает, что в течение обычного часа работы требуется 200 000 БТЕ тепла. Вероятно, что посреди очень холодной ночи количество необходимого тепла превысит это количество. Но для того, чтобы иметь достаточно тепла, мощность горелки должна быть как минимум равной средней нагрузке плюс потери. С практической точки зрения рекомендуется, чтобы горелка была рассчитана на работу в полтора-два раза выше средней тепловой нагрузки.Горелка большего размера может производить тепло для хранения, а также для немедленного использования в периоды средней нагрузки.

Помимо энергии, хранящейся в горячей воде (накопительный бак), также можно хранить тепловую энергию в системе в виде несгоревшей древесины. Это называется хранилищем топки. В ожидании очень холодной ночи оператор теплицы может топить систему в течение дня, чтобы постепенно поднять температуру воды примерно до 212 ° F. Несмотря на то, что вода уже удерживает количество тепла, близкое к максимальному, оператор может снова заполнить топку непосредственно перед тем, как уйти на ночь.Это дополнительное топливо добавляет энергии системе. Горящее топливо может просто заменить уходящее тепло и, таким образом, поддерживать высокую температуру воды. Однако, если дополнительное топливо слишком быстро добавляет слишком много тепла, вода в баке закипит, и энергия будет потрачена впустую в виде пара.

Маловероятно, что система горячего водоснабжения во время реальной эксплуатации будет подвергаться очень большим колебаниям нагрузки. Другими словами, не потребуется производить максимальную производительность один час и никакой в ​​последующие.Скорее, постепенное увеличение и уменьшение обычно происходит в течение дня по мере изменения наружной температуры и многих других факторов. С другой стороны, тепло, поступающее в систему от огня, обычно бывает довольно спорадическим, в зависимости от того, сколько и как часто добавляется топливо. Ценность системы горячего водоснабжения частично основана на ее способности быстро накапливать тепловую энергию, но медленно выделять ее с контролируемой скоростью.

Если горелка вырабатывает больше тепла, чем используется системой, дополнительное тепло будет сохраняться при условии, что емкость аккумулирования не была превышена.При превышении емкости вода закипает. Когда это происходит, избыточное тепло уходит из системы в виде пара. Энергия, необходимая для кипячения воды, просто тратится зря. Частое закипание в системе горячего водоснабжения указывает на то, что горелка слишком велика, или она слишком часто зажигается, или что емкость аккумулирования тепла в системе слишком мала.

Если емкость аккумулирования тепла недостаточна, одно решение — добавить еще один резервуар. Тандемный резервуар обычно располагается как можно ближе к основному резервуару и соединяется впускной и выпускной трубой и насосом (Рисунок 3).Таким образом, емкость хранилища может быть довольно легко увеличена без нарушения работы остальной системы. Между двумя баками всегда необходимо непрерывно перекачивать воду, чтобы тепло распределялось равномерно. Это можно сделать, добавив дополнительный насос или используя часть потока от существующего насоса, если он имеет избыточную производительность.

Системы горячего водоснабжения не паровые; то есть в системе никогда не бывает другого давления, кроме давления, создаваемого насосами. Из бака для горячей воды необходимо удалить воздух, чтобы предотвратить повышение давления, когда вода нагревается и расширяется или превращается в пар.Невентилируемый накопительный бак чрезвычайно опасен . В верхней части бака требуется как минимум два вентиляционных отверстия. Более того, люк, который обычно вырезается в верхней части резервуара во время строительства, можно оставить открытым, но при этом накрыть куском листового металла.

Изоляция

Необходимо изолировать бак и все трубы, чтобы предотвратить утечку тепла. Для наружных резервуаров подходит полиуретановая изоляция, напыляемая напылением, особенно если она окрашена и защищена от прямого воздействия огня и солнечных лучей.Покрытие толщиной 1 дюйм, обеспечивающее степень изоляции R-7, стоит около 1 доллара за квадратный фут. Например, для резервуара емкостью 2000 галлонов диаметром 64 дюйма и длиной 12 футов изоляция будет стоить приблизительно 250 долларов. В таблице 4 приведены расчетные значения теплоизоляции резервуаров различной толщины из полиуретана.


Таблица 4. Эффективность изоляции трех толщин на большом резервуаре для горячей воды.
Толщина изоляции (дюймы) Значение «R» Тепловые потери (БТЕ / ч) 1 Ежемесячная стоимость потерянной энергии 2 Стоимость изоляции 3
0.0 0,5 200 000 $ 384,00 $ 0
0,5 4,0 25 000 48,00 500
1,0 7,5 13 300 25,54 1 000
2,0 14,5 6900 13.25 2 000
Примечание. Данные в этой таблице основаны на емкости резервуара 15 000 галлонов и площади поверхности 1 000 квадратных футов.
1 При разнице температур воды и окружающей среды 100 ° F.
2 При условии, что древесина стоит 40 долларов за шнур.
3 Предполагается, что прикладная стоимость составляет 1 доллар США за квадратный фут на дюйм толщины.

Эта таблица показывает, что затраты на нанесение минимального количества изоляции можно легко оправдать за счет экономии затрат на электроэнергию.Однако дополнительные затраты на изоляцию толщиной более 1 / 2 дюймов трудно оправдать.

Один из вариантов — разместить систему под односкатной крышей, где ее можно изолировать относительно недорогими войлоками из стекловолокна. Стекловолокно, которое может иметь основу из алюминиевой фольги, можно удерживать на месте с помощью проволочной сетки с крупными ячейками. Стоимость навеса, изоляции, пленки, провода и рабочей силы может быть больше, чем стоимость напыляемой полиуретановой изоляции, но этот тип изоляции, вероятно, прослужит намного дольше и даст лучшее значение R.

Защита от ржавчины

Рекомендуется использовать какие-либо меры по предотвращению ржавчины для защиты внутренней части резервуара и труб от коррозии. Доступен ряд коммерческих химикатов, предназначенных в основном для использования в высокотемпературных котлах. Некоторые из них были бы довольно дорогими в количестве, необходимом для защиты системы горячего водоснабжения среднего размера.

Один метод, который был признан подходящим для систем горячего водоснабжения, — это добавление некоторых относительно недорогих химикатов для повышения pH воды.Среди них карбонат калия, карбонат натрия (стиральная сода) и гексаметафосфат натрия (Calgon). Эти химические вещества предотвращают коррозию, покрывая металлические стенки систем. Из упомянутых выше химикатов лучше всего работает Калгон. Его можно купить в большинстве продуктовых магазинов. Используйте 5 фунтов на каждые 1000 галлонов воды. В нормальных условиях ни один из этих химикатов не разлагается и, следовательно, остается активным в системе в течение длительного времени.

Пожарные трубы

Хотя некоторое количество тепла проходит к воде через стенки топки, основной путь тепла от огня к воде проходит через дымовые трубы.Большинство систем спроектировано таким образом, что горячие газы, выделяемые при пожаре, проходят через серию пожарных труб, которые проходят от одного конца резервуара для хранения к другому. Во многих системах газы проходят через резервуар более одного раза.

Очень важно, чтобы количество и размер трубок были достаточными, чтобы большая часть тепла передавалась от горячих газов воде до выхода газов. Как показывает практика, на каждые 2000 БТЕ номинальной мощности требуется около 1 квадратного фута площади теплообмена.Например, если система рассчитана на производство 200 000 БТЕ в час, потребуется около 100 квадратных футов площади теплообмена. Эта область может включать охлаждаемую водой поверхность топки, а также сами дымовые трубы. Обе эти области часто называют поверхностью очага.

Наружный диаметр трубок используется для расчета площади. В таблице 5 перечислены несколько часто используемых размеров стандартных труб с указанием их фактического внешнего диаметра и количества ходовых футов, необходимых для получения 1 квадратного фута площади поверхности.


Таблица 5. Линейные футы на квадратный фут площади поверхности для обычных стальных труб.
Номинальный размер трубы (дюймы) Внешний диаметр (дюймы) Линейных футов на квадратный фут внешней площади
1/2 0,840 4,55
3/4 1.050 3.64
1 1,315 2,90
1 1/4 1,660 2,30
1 1/2 1.900 2,01
2 2,375 1,61
2 1/2 2,875 1,33
3 3.500 1,09
3 1/2 4.000 0,95
4 4.500 0,85
4 1/2 5.000 0,76
5 5,563 0,67
6 6,625 0,58

Правильный размер трубы зависит от ряда факторов.В примере системы с производительностью 200 000 БТЕ в час требуется 100 квадратных футов площади теплообмена. Из таблицы 1 рекомендуемый объем топки составляет 9 кубических футов. Подходящей топкой такого объема может быть топка 1 1 2 футов в длину, 2 фута в ширину и 3 фута в высоту. Площадь топки составляет 27 квадратных футов (включая дверь с водяным охлаждением). Таким образом, топка обеспечит 27 квадратных футов необходимых 100 квадратных футов. Остальные 73 квадратных фута должны обеспечивать пожарные трубы.

Чтобы найти длину трубы заданного диаметра, необходимую для обеспечения желаемой площади поверхности, умножьте числа в третьем столбце таблицы 5. Например, если вы выбрали 1 1 2 -дюймовая труба, умножьте 73 погонных футов на 2,01:

73 фута x 2,01 фут / кв. Фут = 146,72 фута

Около 147 погонных футов 1 1 2 трубы дюймов требуется для получения 73 квадратных футов площади теплообмена. С другой стороны, если вы используете 3-дюймовую трубу, вам понадобится всего около 80 футов:

73 фута x 1.09 фут / кв фут = 79,73 фут

Какой размер лучше? Если рассматривать строго с точки зрения стоимости, нет большой разницы между 147 футами трубы 1 1 2 дюймов и 80 футами трубы 3 дюйма. Однако большую трубу сваривать намного проще. Кроме того, необходимо время от времени очищать внутреннюю часть трубы от золы, сажи и других отложений. Очистить меньшую длину и большую трубу проще. Однако большее количество труб меньшего размера будет несколько более эффективным в передаче тепла.Опыт показал, что в целом лучше всего подходят трубы диаметром от 2 до 3 дюймов.

Отложения золы в дымовых трубах значительно снизят скорость теплопередачи. Хорошо иметь способ определить, насколько хорошо они работают. Один из лучших и наименее дорогих методов — разместить высокотемпературный термометр в точке, где газы покидают пожарные трубы и запускают дымовую трубу. Чем ближе температура воды, тем эффективнее отвод тепла от пожарных труб. Температура газа от 300 до 350 ° F указывает на эффективную теплопередачу.Температура газа более 450 ° F указывает на то, что площадь теплообмена слишком мала или на дымовые трубы нанесено покрытие.

Стратификация

Любопытное состояние иногда возникает в средних и больших системах. Несмотря на то, что топка постоянно топится, и видно, как вода кипит из верхней части резервуара, температура воды, забираемой из резервуара для распределения, составляет всего 170–180 ° F. Такая ситуация возникает в системах, где вход и выход находятся около дна резервуара и нет вспомогательного циркуляционного насоса, поддерживающего движение воды.Это состояние называется стратификацией и возникает, когда вода при разных температурах разделяется на отдельные слои, причем самая теплая вода остается наверху. Стратификация может происходить в любой системе, но обычно более выражена в крупных.

Плотность воды при 100 ° F примерно на 3,5 процента больше, чем при 200 ° F. Как и воздух, горячая вода поднимается, а холодная опускается. Чтобы предотвратить расслоение, воду нужно поддерживать в движении. Один из способов — подсоединить возвратные трубы в верхней части бака над топкой (самая горячая часть системы) и забрать воду из нижней части бака с другого конца.Проблема с этим подходом заключается в том, что распределительные насосы могут не работать все время, и при выключении насосов может происходить расслоение.

Лучшее решение — установить постоянно работающий вспомогательный циркуляционный насос для перемещения воды из самой холодной в самую горячую часть резервуара. Постоянное перемешивание воды предотвратит расслоение. Циркуляционный насос не обязательно должен быть большим, так как необходимо преодолеть очень небольшой напор. Он должен быть способен перекачивать от 0,2 до 0,5 производительности системы в час.Например, система на 2000 галлонов должна иметь насос, способный перекачивать от 400 до 1000 галлонов в час. Обычно достаточно электрического насоса мощностью 1 6 от до 1 2 .

Рис. 3. Дополнительный резервуар увеличит емкость хранилища.

Трубопровод

Вода не только сохраняет тепло, но и передает тепло туда, где оно используется.Распределительный насос должен иметь подходящий размер для работы. Если насос слишком мал, он не будет перекачивать достаточно тепла к нагрузке. Если он слишком большой, это приведет к потере энергии. Подбор насоса — довольно сложный вопрос, поскольку он зависит от ряда взаимосвязанных факторов. К ним относятся размер груза, расстояние между баком и грузом, количество различных теплообменников в системе и размер используемой трубы. В таблице 6 приведены размеры труб для различных тепловых нагрузок. Эти скорости потока и размеры труб рассчитаны с учетом нормального падения температуры на 25 ° F при прохождении воды через теплообменник.


Таблица 6. Минимальные размеры трубы для нагрузок на расстоянии 100 и 300 футов от резервуара.
Нагрузка (БТЕ / ч) Расход (галлон / мин) Диаметр стальной трубы (дюймы) 1
100 футов 300 футов
100 000 8 1 1/4 1 1/2
200 000 16 1 1/2 2
300 000 24 2 2 1/2
400 000 32 2 1/2 2 1/2
500 000 40 2 1/2 3
750 000 60 3 3
1000000 80 3 4
1 500 000 120 4 4
2 000 000 160 4 4
1 Для трубы из ХПВХ подходит следующий меньший размер

За исключением жилых помещений, большинство систем горячего водоснабжения поставляют тепло более чем в одно место.Например, несколько отдельных теплиц или стойл для выдержки могут потреблять тепло от одной и той же системы. Горячая вода подается к каждой нагрузке по большим магистральным распределительным и обратным линиям. Каждая нагрузка имеет свой собственный насос и подключена к основным линиям параллельно, что делает ее управляемой независимо (Рисунок 4). Каждое параллельное соединение должно иметь обратный клапан для предотвращения обратного потока, когда тепло не требуется.

Насосы

обычно оцениваются по количеству галлонов в минуту, которые они могут подавать при определенном напоре или общем сопротивлении.Это полное сопротивление является суммой сопротивлений каждой отдельной части системы, через которую вода проходит в своем контуре к насосу и от него. Сопротивление обычно выражается в количестве футов «головы», хотя с таким же успехом оно может быть выражено в фунтах на квадратный дюйм. Напор — это гипотетическая высота воды, против которой должен работать насос; чем больше голова, тем больше сопротивление.

По мере увеличения сопротивления расход уменьшается. Например, определенный насос может быть рассчитан на 50 галлонов в минуту на высоте 10 футов, но только 15 галлонов в минуту на высоте 30 футов.Один фут напора эквивалентен 0,43 фунта на квадратный дюйм (psi). При выборе насоса важно выбрать насос, рассчитанный на работу с горячей водой при температурах до максимально ожидаемых.

Во многих системах используются стандартные стальные трубы и резьбовые соединения. Они относительно недорогие и подходят для горячего водоснабжения. В некоторых новых системах используются пластиковые трубы. Полиэтилен (черный пластик) и трубы из ПВХ не выдержат длительного использования горячей воды при умеренном давлении. Однако два типа пластиковых труб — ХПВХ и полибутилен — предназначены для горячего водоснабжения.ХПВХ — это жесткая пластиковая труба, похожая на ПВХ. Если используется труба из ХПВХ, все фитинги, такие как соединители, переходники и колена, также должны быть изготовлены из ХПВХ. Полибутиленовая труба также требует специальных соединителей, но она гибкая и с ней значительно легче работать. Однако он еще не доступен в размерах более 1 дюйма.

Изоляция труб

Для повышения эффективности важно, чтобы распределительные трубы как к нагрузке, так и от нее были изолированы. Количество тепла, которое может быть потеряно из-за длины трубы, является значительным и зависит от ряда факторов.К ним относятся температура воды, проходящей через трубу, температуру и движение воздуха, окружающего трубу, тип материала трубы, а также состояние поверхности и толщину стенки трубы. Неизолированная распределительная труба горячей воды может терять от нескольких сотен до нескольких тысяч БТЕ в час, в зависимости от условий и длины.

Если трубы будут прокладываться над землей, будет достаточно покрытия из стекловолокна, защищенного от дождя несколькими слоями устойчивой к солнечному свету пластиковой пленки.Любая изоляция, особенно стекловолокно, пропитанная водой, теряет почти все свои изоляционные свойства. Изоляция труб из пенопласта в виде разъемных трубок также хорошо работает, если она защищена от солнечных лучей.

Гораздо труднее изолировать трубу, когда она проложена под землей. Просто закапывать трубы в землю без изоляции — очень плохая практика, потому что влажная холодная почва является очень хорошим проводником тепла. Большинство изоляционных материалов из пенопласта, например, из пенопласта, изготовлено из пенопласта с закрытыми порами, что означает, что он не пропитается водой и, следовательно, сохранит свои изоляционные свойства под землей.Если вам необходимо проложить трубу под землей, убедитесь, что земля остается как можно более сухой.

Напыляемая полиуретановая изоляция, обычно используемая на резервуарах, также может использоваться для изоляции подземных труб, поскольку она относится к типу с закрытыми ячейками. Чтобы использовать этот метод, вырывается траншея шириной от 4 до 6 дюймов и глубиной от 12 до 14 дюймов. Трубы поддерживаются на расстоянии 2 или 3 дюймов от дна, а в траншею распыляется от 4 до 5 дюймов изоляции, которая полностью окружает и покрывает трубы. После схватывания изоляции траншея засыпается грунтом.

Независимо от того, какой метод используется для изоляции трубы, важно не забыть изолировать обратную трубу, а также трубу, идущую к нагрузке. Несмотря на то, что большая часть тепла была удалена из возвратной воды, любая энергия, потерянная в трубе, должна быть восполнена. Для повышения температуры 1 фунта воды с 80 до 85 ° F требуется такое же количество тепла, как и для повышения температуры с 200 до 205 ° F.

Рисунок 4.Типовая схема мультизагрузочной системы.

Важной частью любой системы горячего водоснабжения является теплообменник или радиатор. Если его размер неверен или поток воздуха через него недостаточен, производительность системы может сильно пострадать.К счастью, теплообменники бывают разных размеров. Доступен широкий ассортимент коммерческих радиаторов, разработанных специально для систем горячего водоснабжения. Большинство из них могут работать при давлении воды от 50 до 60 фунтов на квадратный дюйм и имеют резьбовые соединения для подключения к распределительной системе.

Очень подходящей альтернативой коммерческому радиатору является новый или подержанный автомобильный радиатор. Они доступны во многих различных размерах и могут быть куплены на большинстве складов и в пунктах снабжения запчастями.У многих дилеров есть новые радиаторы для старых автомобилей, которые они могут продать по сниженным ценам. Однако автомобильные радиаторы обычно не подходят для воды с давлением выше 15-20 фунтов на квадратный дюйм. Это ограничение не должно быть проблемой, если насос и распределительные трубы имеют правильный размер. Однако автомобильные радиаторы потребуют некоторых модификаций, включая закрытие заливных и переливных отверстий и изменение перехода от резинового шлангового фитинга к распределительной трубе.

Характеристики теплопередачи любого радиатора зависят от ряда факторов.Наиболее важными являются расход и температура водяных и воздушных потоков. Как правило, чем больше разница температур между водой и воздухом, тем быстрее передается тепло. Кроме того, чем больше воды и воздуха проходит через радиатор, тем больше передается тепла. Также важны такие факторы, как конструкция радиатора, количество и расположение ребер, а также материал, из которого изготовлен радиатор. Например, в типичных условиях эксплуатации многие коммерческие теплообменники, разработанные специально для горячего водоснабжения, производят около 20 000 БТЕ в час на каждый квадратный фут площади поверхности.

Поскольку большинство радиаторов имеют схожие характеристики теплопередачи, решающим фактором при определении мощности является их физический размер. Испытания показали, что автомобильные радиаторы могут передавать от 16 000 до 20 000 БТЕ в час на квадратный фут поверхности лица (от 140 ° F воды до 70 ° F воздуха). Например, радиатор размером 1 1 2 футов шириной и высотой 2 фута имеет площадь 3 квадратных фута. Таким образом, он может передавать от 48 000 до 60 000 БТЕ в час.

Управление системой горячего водоснабжения довольно простое.Обычно они состоят из термостата, подключенного к реле, которое управляет отдельным насосом для каждой нагрузки. Электродвигатель вентилятора, который продувает воздух через радиатор, также может быть подключен к тому же реле, поскольку он не должен работать при выключенном насосе. Такое расположение позволяет управлять каждой нагрузкой независимо. В некоторых системах насосу разрешается работать непрерывно, а вентилятор управляется термостатом.

Для большинства крупных систем требуется вытяжной вентилятор, как описано ранее, для обеспечения надлежащего сгорания.Вытяжной вентилятор обычно работает всякий раз, когда в топке возникает пожар. Когда нет огня, он не должен работать, и его можно отключить вручную. Однако этот механизм не работает, когда систему топят, а затем оставляют без присмотра на длительное время, например, на ночь. Когда поле израсходовано, вентилятор продолжит работу, втягивая холодный воздух через пожарные трубы и, таким образом, охлаждая воду. Важно помнить, что дымовые трубы являются теплообменниками, и что тепло будет течь от горячей воды к охлаждающим трубкам, а также наоборот.Одно из решений — установить термостат в дымовой трубе, чтобы остановить вентилятор, когда температура упадет примерно до 200 ° F, то есть когда в воду больше не поступает тепло. Может потребоваться ручное управление, чтобы разжечь огонь, когда система остыла.

Древесина — отличное топливо. По сравнению с большинством других видов топлива оно недорогое, его довольно легко хранить, его можно использовать в различных формах и размерах, и оно широко распространено в Северной Каролине.По оценкам, в этом штате в качестве топлива доступно более 14 миллионов тонн древесины в год.

Древесина, хотя и является хорошим топливом, имеет недостатки. Он содержит меньше энергии на фунт, чем большинство других видов топлива. Количество полезной энергии в образце древесины может широко варьироваться в зависимости от содержания влаги и породы.

Растущее дерево обычно наполовину состоит из воды. Когда дерево спиливается, древесина начинает терять влагу в окружающий воздух. Древесина, которая была свежесрезана и содержит высокий процент влаги, часто называется зеленой древесиной .После того, как древесина высохла в течение определенного периода времени (обычно несколько месяцев или более, ее называют выдержанной или сухой древесиной. По мере того, как древесина теряет влагу, ее влажность постепенно приближается к содержанию влаги от 12 до 15 процентов. Это значение называется равновесное содержание влаги (EMC). Фактическое процентное содержание определяется долгосрочным усреднением температуры и относительной влажности воздуха, окружающего древесину. Хотя было бы желательно, но нецелесообразно удалять всю воду из дрова.

Влажность топливной древесины обычно выражается в процентах от общей сырой массы. Например, если определенный кусок дерева весит 7 фунтов 6 унций (118 унций), но после сушки кости весит всего 5 фунтов 4 унции (84 унции), исходное содержание влаги в древесине выражается как:

118-84 = 34 унции воды

34 ÷ 118 = 0,288 или 28,8 процента

Это означает, что вода составляла 28,8% от веса влажной древесины.Содержание влаги, выраженное в процентах от сырого веса, часто обозначается сокращенно m.c.w.b. (влажность, влажная основа).

Эффективное теплосодержание древесного топлива снижается за счет содержащейся в нем влаги двумя способами. Во-первых, чем больше воды в данном куске дерева, тем меньше в нем древесины. Во-вторых, часть топлива, содержащегося в древесине, используется для испарения воды при сжигании древесины. Приблизительно 1000 БТЕ тепловой энергии требуется для испарения каждого фунта воды в древесине.Кусок дерева содержит одинаковое количество энергии, независимо от того, является ли он зеленым или сухим. Однако зеленая древесина плохо горит, потому что часть энергии уходит на испарение лишней воды. В таблице 7 приведена чистая энергетическая ценность (теплотворная способность) древесины при различной влажности.


Таблица 7. Энергетическая ценность древесины при различной влажности.
Влагосодержание во влажном состоянии (в процентах) Теплотворная способность (БТЕ на фунт) Вес (фунтов на шнур)
0 8,600 2,960
5 8,120 3,116
10 7,640 3 289
15 (правильно приправленные) 7,160 3,482
20 6 680 3,700
25 6200 3947
30 5,720 4229
40 4,760 4,933
50 (зеленый) 3,800 5,920

Обратите внимание, что правильно выдержанная древесина имеет на 88 процентов более высокую теплотворную способность (по весу), чем зеленая древесина.Также обратите внимание, что зеленая древесина весит почти вдвое больше, чем выдержанная древесина. Кусок зеленого дерева весом в 1 фунт весит всего 0,59 фунта после выдержки. Кусок дерева, сгоревший в «зеленом» состоянии, дает примерно половину тепла, чем при правильной выдержке. Вот почему очень важно правильно выдерживать дрова. Для древесины, оставленной в виде цельного бревна, диаметром 12 дюймов или меньше, может потребоваться целый год, чтобы приправить ее должным образом. В идеале древесину, которая будет использоваться зимой, следует заготавливать предыдущим летом и дать ей высохнуть.Таким образом, древесина сушится за счет летнего тепла, а не за счет части энергии, содержащейся в самой древесине. Конечно, древесина, которой разрешили сезон, высохнет намного быстрее, если ее расколоть и хранить под навесом.

Плотность

Опыт показал, что дуб лучше для обогрева древесины, чем сосна, потому что дуб намного плотнее. Кубический фут сушеного на воздухе дуба весит около 42 фунтов, тогда как кубический фут сушеного на воздухе сосны лоблолли весит около 32 фунтов. Таким образом, дуб примерно на 32 процента плотнее сосны, а дубовый шнур обычно содержит на треть больше энергии, чем сосновый шнур.Это важное соображение, поскольку дрова обычно покупаются и продаются за шнур, который является мерой объема, а не веса. Важно помнить, что почти все породы древесины содержат примерно одинаковое количество энергии. Вы получаете больше фунтов древесины — и, следовательно, больше тепловой энергии — в веревке из более плотной древесины.

Другие виды топлива

Очень широко распространено мнение, что некоторые мягкие породы древесины, такие как сосна, производят больше смолы или креозота, чем лиственные породы.Многочисленные тесты показали, что это не так. Фактически, недавние испытания не показали заметной разницы в выходе смолы между сосной и дубом. При правильном обжиге древесины не должно образовываться смолы.

Помимо более традиционных видов древесного топлива, таких как щепа и дрова, колотые или круглые, могут быть доступны древесные отходы. Это могут быть древесные отходы мебельных заводов или обрезки пиломатериалов со стройплощадок или сносов. Все эти породы дерева подходят для использования. Однако следует помнить одну очень важную вещь: ни в коем случае нельзя сжигать обработанную древесину.Древесина, обработанная креозотом из каменноугольной смолы, например железнодорожные шпалы или опоры, сильно горит и выделяет густой черный токсичный дым. Древесина, обработанная такими соединениями, как хромированный арсенат меди (CCA), обычно имеет зеленовато-желтый или коричневый цвет и при горении выделяет очень токсичный дым. Обработка или вдыхание золы пиломатериалов, обработанных CCA, может вызвать острое отравление. Даже относительно небольшое количество обработанной древесины, смешанной с необработанной древесиной, может вызвать серьезные проблемы. Будьте осторожны и знайте, какой вид топлива вы используете.

Сравнение стоимости топлива

Сравнение древесины и мазута № 2 показывает, что энергосодержание различных видов топлива, обычно называемое удельной энергией, может широко варьироваться. Например, мазут номер 2 содержит около 19 000 БТЕ на фунт, тогда как сухая древесина содержит около 8 600 БТЕ на фунт. В пересчете на фунт за фунт мазут имеет более чем в два раза больше энергии, чем древесина. Однако сравнение удельной энергии древесины и мазута говорит только об этом.

При цене 1 доллар за галлон фунт мазута стоит около 13 центов. При цене 40 долларов за шнур фунт древесины белого дуба стоит менее одного цента. Таблица 7 показывает, что фунт правильно выдержанной древесины содержит около 7 160 БТЕ.

Следующие расчеты сравнивают эти виды топлива на основе стоимости на миллион БТЕ:

Мазут: 0,13 доллара за фунт ÷ 9000 БТЕ / фунт x 1000000 = 6,84 доллара за миллион БТЕ

Древесина: 0,008 долл. США / фунт ÷ 7 160 БТЕ / фунт x 1000000 = 1,12 долл. США за миллион БТЕ

Эти расчеты показывают, что стоимость мазута более чем в шесть раз превышает стоимость древесины, необходимой для производства того же количества тепла.Таким образом, древесина имеет большое преимущество в стоимости по сравнению с большинством других видов топлива.

Возражения против использования древесины в качестве источника энергии обычно связаны с удобством. В очень холодную погоду большинство систем горячего водоснабжения, работающих на древесном топливе, необходимо топить хотя бы один раз за ночь. Конечно, есть недостатки в том, чтобы вставать в 2 часа ночи, чтобы запустить систему. С другой стороны, использование дерева определенно дает преимущество в стоимости.

При рассмотрении системы горячего водоснабжения, работающей на древесном топливе, не следует упускать из виду два других важных сравнения.Один из них — системные затраты, а другой — эффективность. Стоимость установки системы правильного размера зависит от индивидуальных потребностей. Например, большинство нефтегазовых систем рассчитаны на индивидуальные теплицы и устанавливаются в них, тогда как одна большая система горячего водоснабжения может вместить множество теплиц или несколько помещений для сушки табака вместе с другими зданиями и жилым помещением.

Второй аспект, который следует учитывать, — это эффективность системы. Эффективность, которая обычно выражается в процентах, является мерой того, насколько хорошо система преобразует и доставляет химическую энергию, хранящуюся в топливе, в полезную тепловую энергию.Процентное соотношение описывает долю потребляемой энергии, которая фактически преобразуется и используется в качестве полезного тепла. Важно понимать, что общая эффективность также зависит от того, насколько хорошо система отводит тепло. Другими словами, недостаточно, чтобы система эффективно сжигала топливо, но тепло также должно доставляться с минимальными потерями к месту, где оно должно использоваться. В следующем примере показано, как рассчитывается общая эффективность:

Система водяного отопления на древесном топливе, как известно, сжигает 200 фунтов высушенной на воздухе древесины в час, за это время 2300 галлонов нагретой воды проходит через теплообменники теплицы с понижением температуры на 45 ° F.Температура воды в накопительном баке остается постоянной.

Энергетическая ценность высушенной на воздухе древесины составляет 7 160 БТЕ на фунт. Таким образом, энергия, выделяемая при сжигании 200 фунтов в час, составляет:

7160 БТЕ / фунт x 200 фунтов / час = 1432000 БТЕ / час

По определению 1 БТЕ — это количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры 1 фунта воды на 1 ° F. Один галлон воды весит 8,3 фунта; следовательно, тепловая энергия, отдаваемая системой, составляет:

2300 галлонов / час x 8.3 фунта / галлон x 45 ° = 859 050 БТЕ / час

Эффективность системы — это отношение выходной энергии к вложенной энергии:

Общий КПД, E = выход энергии системы ÷ вход энергии в систему

E = 859 050 / 1,432 000

E = 0,60 или 60%

Эти расчеты предполагают, что температура воды в резервуаре для хранения остается постоянной и что падение температуры на 45 ° F включает потери в трубопроводах, по которым вода идет в теплицу и из нее.

Без некоторых довольно сложных тестов очень сложно определить точную эффективность нагревательного устройства. Однако таблица 8 показывает, что типичная эффективность обычных систем отопления сильно различается.

При исследовании общей стоимости отопления с использованием различных видов топлива очень важно сравнивать эффективность системы, особенно если разница в стоимости на миллион БТЕ между двумя альтернативными видами топлива очень мала. Эффективность системы в меньшей степени влияет на то, какой выбор лучше, поскольку разница в стоимости между видами топлива увеличивается.В настоящее время существует значительная разница в стоимости между древесным топливом и другими широко используемыми видами топлива, чтобы сделать древесные системы рентабельными даже при довольно низкой эффективности. Очевидно, что при правильном проектировании для обеспечения максимальной эффективности использование деревянных систем будет дешевле.


Таблица 8. КПД различных типов систем отопления.
Тип системы КПД (в процентах)
Электрический резистивный нагреватель 98
Обогреватель сжиженного или природного газа 75
Масляная печь 65
Система горячего водоснабжения на древесном топливе 60

Значения в Таблице 9 основаны на эффективности, показанной в Таблице 8, и на предположениях, что корд из выдержанной древесины весит 3492 фунта и содержит 7,160 БТЕ на фунт, мазут содержит 138000 БТЕ на галлон и что Сжиженный нефтяной газ содержит 86 000 БТЕ на галлон.Стоимость владения и эксплуатации различных систем не включена.


Таблица 9. Сравнение безубыточной стоимости древесного топлива по сравнению с мазутом и сжиженным газом с учетом относительной эффективности системы.
Расходы на топливо
Дерево (на шнур) Мазут (на галлон) Сжиженный газ (на галлон)
$ 10 $ 0.06 $ 0,043
20 0,12 0,086
30 0,18 0,129
40 0,24 0,172
50 0,30 0,215
60 0,36 0,258
70 0.42 0,301
80 0,48 0,344
100 0.60 0,430
140 0,84 0.602
180 1,08 0,774
200 1,20 0,860
250 1.50 1,075
300 1,80 1,290
400 2,40 1,720
500 3,00 2,150

Надеемся, что эта публикация помогла вам лучше понять, как работает правильно спроектированная система горячего водоснабжения, и определить, можете ли вы получить выгоду от ее установки.Если вы решите построить свою собственную систему, как это сделали многие, применение рекомендаций и процедур, приведенных в этой публикации, должно помочь вам построить высокоэффективную систему. Если вместо этого вы решите приобрести одно из имеющихся в продаже устройств, эта информация должна помочь вам выбрать лучшую систему для вашего приложения и эффективно использовать ее.

Для получения дополнительной информации о применении энергии на базе древесины см. Дополнительную публикацию AG-363, Руководство по энергии на базе древесины для сельского хозяйства и малых коммерческих предприятий .Кроме того, вам могут быть полезны следующие публикации:

Информационное руководство по энергии древесины. Роли, Северная Каролина: Отдел энергетики, Министерство торговли Северной Каролины, 1982 г.

Энергия древесины для малой энергетики в Северной Каролине. Роли, Северная Каролина: Отдел энергетики, Министерство торговли Северной Каролины, 1978 год.

Руководство для лиц, принимающих решения по древесному топливу для малых промышленных потребителей энергии. Голден, Колорадо: Исследовательский институт солнечной энергии, 1980.

Древесина как энергия, Обзор вопросов сельского хозяйства № 5.Вашингтон, округ Колумбия: Национальная сельскохозяйственная библиотека, Министерство сельского хозяйства США, 1984.

Водонагреватель на дровах — 1 000 000 БТЕ в час.

Водонагреватель на дровах — 2 000 000 БТЕ в час.

Майк Бойет
Филип Моррис Профессор
Биологическая и сельскохозяйственная инженерия
р.В. Уоткинс
Профессор
Биологическая и сельскохозяйственная инженерия

Дополнительную информацию можно найти на следующих веб-сайтах NC State Extension:

Дата публикации: янв.1, 1995
AG-398

N.C. Cooperative Extension запрещает дискриминацию и домогательства независимо от возраста, цвета кожи, инвалидности, семейного и семейного положения, гендерной идентичности, национального происхождения, политических убеждений, расы, религии, пола (включая беременность), сексуальной ориентации и статуса ветерана.

Бак против безбака против тепловых насосов в автономных жилых помещениях

Эта страница посвящена устойчивому водяному отоплению в автономных и автономных жилых средах.В нем рассказывается об обширных исследованиях, которые мы провели, сравнивая баковые водонагреватели, безбаквальные водонагреватели и тепловые насосы для удовлетворения потребностей в нагреве воды в деревне мешков с землей (Pod 1) и в Дублируемом центре города.

Эта страница разделена на следующие разделы:

Эта страница будет развиваться до тех пор, пока не будет завершено строительство деревни мешков с землей, и мы сможем с уверенностью сказать, какие подходы были определены как наиболее эффективные. Затем мы продолжим развивать эту страницу, строя другие 6 деревень и используя опыт других, решивших построить учительские / демонстрационные сообщества, деревни и города, используя наши чертежи.

СВЯЗАННЫЕ СТРАНИЦЫ (щелкните значки, чтобы просмотреть полные страницы)

СПОСОБЫ СОДЕЙСТВИЯ РАЗВИТИЮ ЭТОГО КОМПОНЕНТА УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ С НАМИ

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ● КОНСУЛЬТАЦИЯ ● ЧЛЕНСТВО ● ДРУГОЙ ВАРИАНТ

ОСНОВНЫЕ УЧАСТНИКИ НА ДАННОЙ СТРАНИЦЕ

Рон Пейн: инженер-механик и проектировщик систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

ПОЧЕМУ АНАЛИЗИРУЕТ ВОДЯНОЙ НАГРЕВ

Для нагрева воды требуется много энергии, энергия, которая стоит на каждого, — большие деньги, а для автономных домов и сообществ — еще больше.Чтобы продать больше единиц, компании хвастаются своими возможностями обогревателей, не предоставляя достаточно данных для сравнения «яблоки с яблоками». Поиск данных, необходимых для точного сравнения, требует особого внимания и внимания, поэтому мы создали эту страницу, чтобы поделиться результатами нашего обширного исследования по этой теме.

ВИДЫ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ

Во-первых, важно понять, какие бывают водонагреватели разных типов:

Танк / Обычный:

Водонагреватель обычного бака

Наиболее часто используемые водонагреватели сегодня — это баковые водонагреватели, нагреваемые газом или электричеством.В случае с газом они используют нижнюю горелку для нагрева воды. В большинстве электрических водонагревателей используются элементы электрического сопротивления для нагрева воды в резервуаре для хранения воды с помощью двух элементов электрического сопротивления, которые расположены в нижней и верхней части резервуара для хранения. Каждый элемент управляется независимым термостатом, нижний элемент обеспечивает восстановление после потерь в режиме ожидания, а верхний элемент обеспечивает нагрев в периоды большого потребления горячей воды. Некоторые водонагреватели сопротивления содержат только нижний элемент.Размер резервуара может варьироваться от 20 до более 300 галлонов.

Tankless:

Водонагреватели без резервуара (также называемые проточными, проточными, линейными, мгновенными водонагревателями, водонагревателями по требованию или мгновенным включением) становятся все более популярными. Эти мощные водонагреватели мгновенно нагревают воду, протекающую через устройство, и не удерживают воду внутри, за исключением того, что находится в змеевике теплообменника. В этих установках предпочтительны медные теплообменники из-за их высокой теплопроводности и простоты изготовления.

Бесконтактные обогреватели могут быть установлены по всему дому в более чем одной точке использования (POU), вдали от центрального водонагревателя, или более крупные централизованные модели все еще могут использоваться для обеспечения всех потребностей в горячей воде для всего дома. Основными преимуществами безрезервуарных водонагревателей являются обильный и непрерывный поток горячей воды (по сравнению с ограниченным потоком непрерывно нагретой горячей воды от обычных водонагревателей с резервуаром) и потенциальная экономия энергии при определенных условиях.Основным недостатком этих систем является их высокая стоимость первоначального оборудования и установки.

Тепловой насос — Нажмите, чтобы увеличить

Тепловой насос:

Водонагреватели с тепловым насосом используют тепловой насос с воздушным источником для передачи тепловой энергии из воздуха вокруг агрегата в накопительный бак. Элемент (ы) электрического сопротивления обычно включается для обеспечения резервного нагрева, если тепловой насос не может обеспечить достаточную теплопроизводительность.

Они могут быть как резервуарного типа, так и мгновенного действия.Однако в нашем исследовании выясняется, что мгновенные типы обычно используются для более крупных систем.

Солнечная:

Популярность водонагревателей на солнечных батареях быстро растет. Их солнечные коллекторы устанавливаются вне жилищ, обычно на крыше, стенах или поблизости, а резервуар для хранения питьевой горячей воды обычно представляет собой уже существующий или новый традиционный водонагреватель или водонагреватель, специально разработанный для солнечного тепла.

Самые простые солнечные тепловые модели — это модели с прямым усилением, в которых питьевая вода направляется непосредственно в коллектор.Говорят, что многие такие системы используют интегрированное хранилище коллектора (ICS), поскольку системы прямого усиления обычно имеют хранилище, интегрированное в коллектор. Нагрев воды напрямую по своей природе более эффективен, чем косвенный нагрев через теплообменники, но такие системы предлагают очень ограниченную защиту от замерзания (если таковая имеется), а также могут легко нагревать воду до температур, небезопасных для домашнего использования. Системы ICS также страдают от сильной потери тепла в холодные ночи и в холодные пасмурные дни.

Солнечный коллектор — Нажмите, чтобы увеличить

Напротив, в системах с непрямым или замкнутым контуром не пропускается питьевая вода через панели, а скорее прокачивается теплоноситель (вода или смесь воды и антифриза) через панели.Собрав тепло в панелях, теплоноситель проходит через теплообменник, который передает свое тепло горячей питьевой воде. Когда панели холоднее, чем резервуар для хранения, или когда резервуар для хранения уже достиг максимальной температуры, контроллер в этой замкнутой системе остановит циркуляционные насосы.

В системе обратного слива вода стекает в резервуар для хранения, содержащийся в кондиционируемом или частично кондиционируемом помещении, защищенном от отрицательных температур.Однако с системами антифриза насос должен работать, если температура панели становится слишком высокой (для предотвращения разложения антифриза) или слишком низкой (для предотвращения замерзания смеси воды и антифриза).

ГРАФИКИ РЕСУРСОВ

Прежде чем переходить к графикам ниже, важно понять метрики, оцениваемые и используемые в отрасли, и наши сравнения:

Вместимость

Используется в основном для нагревателей резервуарного типа, поскольку в них содержится количество воды.

Тариф за первый час (FHR)

Обычно в галлонах этот показатель описывает количество горячей воды, которую обогреватель может подавать в течение часа после периода подготовки. Для мгновенных типов это просто скорость потока (в галлонах в минуту), умноженная на 60, чтобы преобразовать ее в галлоны в час. Водонагреватели резервуарного типа уменьшат количество горячей воды, которое они могут подавать по истечении этого часа, а мгновенный водонагреватель сохранит ту же скорость.

Необходимые единицы

Зная количество воды, которое мы будем использовать в «час душа» (все души используются в течение 1 часа, умноженное на расход этих душей в час), мы можем разделить это число на частоту сердечных сокращений, чтобы получить необходимые водонагреватели для наших целей.

Коэффициент энергии

Коэффициент энергии, в отличие от коэффициента полезного действия (COP), касается количества энергии, потребляемой устройством (кВтч), и соотносит его с количеством энергии, которое вода имеет, когда выходит. Наиболее эффективные стандартные водонагреватели имеют коэффициент энергии 0,99 (теоретический максимум 1,00). Однако благодаря использованию свойств теплового насоса из окружающего воздуха берется энергия для нагрева воды, что дает коэффициент более 2,00. Фактор солнечной энергии используется таким же образом и означает то же самое.В этом случае, однако, не учитывается энергия, поступающая от коллектора. Это звучит странно, но основная причина — сравнить производительность системы с другими. Следовательно, он измеряет энергию выходящей воды по отношению к электрической энергии, используемой устройством, и, поскольку устройство получает больше энергии от солнца, модуль имеет коэффициент больше 1,00.

Стоимость единицы

Это просто, сколько будет стоить одна единица.

Общая стоимость

Стоимость покупки всех необходимых нам юнитов по Себестоимости единицы.

кВтч / день (DEC)

Это количество энергии, которое устройства будут использовать в среднем за день. Мы поместили это как декабрьский день, потому что наше производство энергии измеряется энергией, произведенной в течение этого месяца. Однако технически это не имеет значения, потому что в июне будет принимать душ не меньше, чем в декабре.

Пиковая мощность

Количество энергии, которое отряд будет мгновенно потреблять в любой момент времени, умноженное на необходимое количество единиц. Это показатель, используемый инженерами-электриками для определения размера нашей энергосистемы в целях оптимизации и безопасности.

Стоимость производства энергии

Мы основали эту стоимость на наших затратах на солнечную энергию для нашего местоположения, где около 250 солнечных дней в году. В частности, стоимость для нас создания 1 кВтч / день в декабре и умножения этой стоимости на показатель кВтч / день (DEC). Это дает нам затраты на поддержание потребляемой мощности водонагревателей. Сейчас наша цена в декабре составляет 1723,79 долларов за киловатт-час в сутки.

  • 487 833,16 долл. США (Стоимость солнечной батареи) для производства 283 (кВтч / день) = 1723,79 долл. США за кВтч / день
Технические характеристики для типов систем водяного отопления, сравниваемых ниже

График общих затрат объекта

Это комбинация затрат на покупку необходимых единиц и оборудования, необходимого для обеспечения этих единиц.Это грандиозная метрика и фактическое сравнение «яблок с яблоками» того, во что нам обойдутся эти системы. Он дает общую стоимость единицы по отношению к другим единицам и опциям. Для вариантов с солнечной батареей он также показывает изменчивость стоимости, когда солнечное тепло недоступно.

Общая стоимость водонагревателя — Нажмите, чтобы увеличить

График распределения затрат на установку

Эта диаграмма представляет собой анализ тепла при 100% затратах энергии. На этом графике показана разбивка стоимости единиц на общую стоимость и стоимость энергии при условии, что мы платим рассчитанную ставку за электроэнергию.

Анализ затрат — Нажмите, чтобы увеличить

Распределение затрат на установку при 50% затрат на электроэнергию График

На этом графике показана разбивка стоимости блоков на общую стоимость и стоимость энергии при условии, что мы платим ПОЛОВИНУ расчетной ставки за электроэнергию. Это произошло бы только в том случае, если бы мы нашли способ производить электроэнергию в 2 раза дешевле.

Распределение затрат — Нажмите, чтобы увеличить

Анализ безубыточности водонагревателей

На этом графике показаны общие затраты на единицу как затраты на производство одного киловатт-часа в сутки.Если линии юнита пересекаются друг с другом, это стоимость энергии, где два варианта равны. Из-за разных показателей эффективности и общих затрат линии пересекаются во многих местах.

Анализ безубыточности водонагревателей — Нажмите, чтобы увеличить

ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Вот подробный обзор того, как система горячего водоснабжения может работать в One Community. Мы продолжаем развиваться и развивать особенности, которые мы в конечном итоге поделимся с открытым исходным кодом с полными планами строительства, материалами и спецификой инвестиций в рабочую силу, деталями обслуживания, данными о производстве и эффективности и т. Д.

Особенности проектирования систем водяного отопления с открытым исходным кодом по состоянию на 9.07.2014 — Нажмите, чтобы увеличить

Вот что происходит на картинке выше. Грунтовые воды подтягиваются к одному из двух разных контуров, солнечному контуру (слева) и контуру горячей воды (справа).

Вода в солнечном контуре перекачивается из земли при температуре 55 ° F в солнечный коллектор, если светит солнце, мы должны иметь возможность нагреть эту воду до 65 ° F со скоростью потока 30 галлонов / мин ( GPM) даже в декабрьское солнце.Если солнце не светит, вода может пройти в обход коллектора через изолированные трубы прямо к стороне источника теплового насоса. Посредством теплового насоса вода рассчитывается, что теряет 9 градусов тепла, и теперь «охлажденная» вода доставляется под землю для обогрева через геотермальную теплопередачу или используется для других целей.

Вода в контуре горячей воды вытягивается из земли и проходит через пластинчатый теплообменник, где нагревается примерно до 70 ° F от геотермальных 55 °. Затем эта вода смешивается с некоторым количеством воды из байпасного бака через дроссельный клапан.Затем полу-теплая вода направляется через теплую сторону теплового насоса для нагрева не менее чем до 80 ° (больше в зависимости от того, сколько байпасной воды рециркулирует из теплого резервуара). Выход теплового насоса напрямую попадает в теплый бак и действует как буфер для всей системы. Вода, выходящая из резервуара, попадает в душ в Duplicable City Center или в Деревню Earthbag (Pod 1).

Duplicable City Center забирает теплую воду с температурой от 80 ° до 100 °, нагревает ее в «бойлере» до 105 ° со скоростью 104 галлона в минуту и ​​возвращает ее в теплый резервуар с температурой 93 °.Душ забирает теплую воду и нагревает ее у источника до 105 °. Образовавшаяся «серая вода» выходит в 90-х со скоростью около 30 галлонов в минуту и ​​используется тропическим атриумом в качестве источника тепла. Серая вода покидает тропический атриум при температуре примерно 70 ° и протекает через пластинчатый теплообменник, чтобы нагреть поступающую воду. В результате получается 30 галлонов в минуту воды с температурой около 55 ° для растений или других непитьевых целей.

Эффективность системы и примечания

  • Солнечный день в декабре с 2500 кв. Футов солнечного коллектора снизит потребление электроэнергии до 62%
  • Если позволить тепловому насосу повысить температуру в теплом баке до 100 ° F, потребление электроэнергии снизится до 23%
  • Большой резервуар для теплой воды повышает устойчивость системы к изменениям и сохраняет стабильную эффективность
  • Все расчеты были выполнены для декабря (полное дублирование отопления центра города), 150 душей в день, отсутствие солнечной энергии и наименее оптимальная изоляция теплого резервуара.

Вот диаграмма преимуществ конкретного теплового насоса, который мы оценили (Trane EXWE240), при использовании в сочетании с солнечным водонагревателем или теплообменником, отбирающим тепло из использованной воды для душа, или другим методом:

Назовите меня — Нажмите, чтобы посетить страницу

Вы видите сравнение энергоэффективности Trane EXWE240 и безбаквального водонагревателя.Тепло поступает с нашими грунтовыми водами, нагнетаемыми солнечными водонагревателями или другим методом, и это показано на оси X в диапазоне от 55 до 85 градусов F. Вода, нагретая электричеством, представлена ​​цветными линиями (80, 90, 100, 110 и 120. ). Ось Y — это коэффициент производительности (COP) теплового насоса, рассчитываемый как отношение предоставленного нагрева или охлаждения к потребляемой электрической энергии. По сути, это множитель нашей тепловой мощности по сравнению с потребляемой электроэнергией.

Таким образом, если температура воды, поступающей на холодную сторону теплового насоса, составляет 55 градусов по Фаренгейту, а температура воды, поступающей в теплую сторону, составляет 100, COP будет 4, и мы получим в 4 раза больше нагретой воды, чем водонагреватель без резервуара. дадут нам (или в 4 раза больше воды) за такое же количество электричества.

РЕЗЮМЕ

При проведении объективного сравнения вариантов нагрева воды в автономных системах, где затраты на электроэнергию выше, поскольку они должны учитывать строительство самой энергетической инфраструктуры, стоит выбрать наиболее эффективный вариант. В то время как водонагреватель резервуарного типа очень дешев, а проточные водонагреватели кажутся более энергоэффективными, если учесть, что вам не нужно поддерживать воду теплой, когда она не используется, реальность такова, что вложения в тепловой насос и солнечный коллектор имеют экспоненциальный смысл в зависимости от от стоимости вашей энергетической инфраструктуры.Чем дороже ваша энергетическая инфраструктура, тем быстрее окупятся максимально эффективные (и более дорогие) системы. Так получилось, что здесь мы с открытым исходным кодом поделимся своим опытом создания, поддержки и развития этих систем.

ЧАСТО ОТВЕТЫВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

В: А как насчет легионеллы?

Мы еще не определились с наиболее экологичным решением проблемы легионеллы. Обычно используется хлор.

Q: Почему все сравнения систем основаны на электрических моделях?

Единственный способ эффективно сравнить две системы — сделать так, чтобы обе они были электрическими.Термодинамически газовый водонагреватель менее эффективен, потому что при сжигании топлива часть энергии теряется в виде света и тепла. Нет никакого способа обойти это. Таким образом, чтобы сравнить эти два, вам нужно будет взять количество энергии в природном газе на единицу, и это будет намного менее эффективно, чем электричество. Кроме того, природный газ, за ​​редким исключением, не является экологически чистым.

Свяжитесь с нами, если у вас есть другие.

6 способов всегда иметь в доме горячую воду

Если вы живете в холодных районах или когда дело касается зимы, вы понимаете, насколько важно иметь в доме горячую воду.У горячей воды есть много применений, включая уборку, стирку, купание и поддержание тепла в доме. Это необходимость, когда становится невыносимо холодно. Хорошо то, что вы можете использовать несколько систем горячего водоснабжения дома, чтобы получать горячую воду в любое время, когда это необходимо. Системы отопления прошли путь от открытого огня до современных интеллектуальных систем отопления. Современные методы сделали водонагревание безопасным, удобным и быстрым. Проверьте некоторые системы отопления ниже.

1.Бесконтактная система водяного отопления

Система Tankless — одна из обновленных систем водяного отопления в наших домах. В нем используются современные технологии, которые позволяют получать горячую воду в любое время. Как и его название «Tankless», в этом методе нет традиционных резервуаров для хранения горячей воды, а используются змеевики, которые нагреваются при заполнении водой. Эта система мгновенно нагревает воду, когда это необходимо, предотвращая потерю тепла и не нагревая воду, когда в этом нет необходимости. Система водяного отопления Tankless подходит для людей с большими семьями, поскольку она может эффективно нагревать любое количество воды по мере необходимости.Преимущество этой системы отопления в том, что она доступна в нескольких размерах, которые вы можете выбрать в зависимости от ваших потребностей. Вы можете запускать их на природном газе или электричестве и меньше требовать обслуживания. При правильном использовании система может прослужить до 10 лет, в зависимости от марки.

2. Водонагреватель на солнечных батареях

Большинство людей теперь выбирают экологически чистый образ жизни. По мнению экспертов-экологов, один из способов добиться этого — использовать возобновляемые источники энергии для питания бытовых приборов.Водонагреватели на солнечных батареях — лучшее использование возобновляемых источников энергии, поскольку они используют солнечные ультрафиолетовые лучи для нагрева воды в вашем доме. Он включает в себя установку солнечных панелей, которые, в свою очередь, нагревают воду, чтобы обеспечить снабжение вашего дома горячей водой в любое время. Установка солнечной системы горячего водоснабжения предполагает установку солнечных панелей и системы отопления специалистами. Что в системе? Система поставляется с резервуаром и некоторыми другими соединениями труб и проводов, кроме солнечных панелей, которые лучше всего выполнять и обслуживать утвержденными специалистами.Бак для воды нуждается в регулярной чистке для удаления отложений, а также во избежание коррозии. Система отлично подходит для людей, живущих в теплых климатических условиях с надежным солнечным светом, и позволяет сэкономить на счетах за электроэнергию.

3. Водонагреватели с тепловым насосом

Тепловой насос также является одной из современных систем водяного отопления, позволяющих экономить электроэнергию и одновременно получать горячую воду в вашем доме. Также известный как гибридный электрический нагреватель, он не выделяет тепло напрямую, что позволяет потреблять меньше энергии.В системе используется уникальный механизм для улавливания тепла из воздуха или земли и прямой передачи его накопленной воде. Электричество передает тепло земли или воздуха в систему, а не нагревает воду. По сравнению с другими системами отопления, эта система потребляет как минимум на 60% меньше энергии, что делает ее подходящей для людей, которые хотят снизить свои счета за электроэнергию.

В большинстве случаев тепловой насос размещается сверху обогревателя, что означает, что вам потребуется пространство около 8 футов между полом и потолком.Бак нуждается в регулярной чистке, а система проверяется и обслуживается не реже одного раза в год.

4. Водонагреватель конденсационного типа

Конденсационный водонагреватель — это современный интеллектуальный вариант отопления, использующий газы в вашем доме для нагрева воды. Эта система, также называемая конденсационным котлом, подходит для людей, которые используют природный газ в качестве основного источника энергии в домашних условиях. Он нагревается за счет отвода паров газа, а затем использует тепло для предварительного нагрева воды, поступающей в котел.Система имеет резервуар для воды и улавливает газ через дымоход. Затем газ попадает в змеевики, нагревая поступающую холодную воду. Вам нужно будет купить подходящий конденсационный водонагреватель в зависимости от ваших потребностей. Было бы лучше, если бы вы также регулярно чистили бак и обслуживали систему по мере необходимости.

5. Традиционный водонагреватель резервуара

В большинстве современных домов все еще есть этот водонагреватель. Система состоит из резервуара для воды, в котором находится вода, требующая подогрева.Размер бака определяется количеством горячей воды, которая вам понадобится в любой момент времени. Этот резервуар изолирован, чтобы вода оставалась теплой после ее нагрева. Система имеет два клапана; один для регулирования температуры, а другой — для регулирования давления. Напорный насос отводит тепло и предотвращает повышение температуры воды выше 120 градусов по Фаренгейту, а также снижает давление в резервуаре, когда оно составляет около 150 фунтов на квадратный дюйм. Система широко распространена в большинстве домашних хозяйств, и для ее установки требуется квалифицированный специалист.Если у вас большая семья, важно покупать резервуары большего размера, чтобы не тратить время на ожидание нагрева воды.

6. Комбинированная система водяного отопления и помещения

Эта система отопления предназначена для домов с меньшими потребностями в горячей воде. Система имеет меньшую утечку воздуха, большую изоляцию и занимает мало места. Он помогает нагревать воду, а также ваше пространство, делая его эффективным для людей, которые хотят экономить энергию. «Комбинированная» система заменяет традиционную систему горячего водоснабжения и топку с принудительной подачей воздуха и содержит оптимизированный гидравлический кондиционер с бойлером или водонагревателем.Они поставляются со змеевиками, используемыми для передачи тепла для эффективного обогрева помещения. Вам необходимо купить всю систему и установить ее, чтобы пользоваться всеми преимуществами, включая регулярное горячее водоснабжение и обогрев вашего дома. Убедитесь, что вы покупаете правильный размер, чтобы получить все преимущества. Это более эффективно по сравнению с отдельными водонагревателями и нагревательными печами. В процессе технического обслуживания технический специалист должен проводить общее техническое обслуживание не реже двух раз в год.

Есть несколько факторов, которые необходимо учитывать перед покупкой любой системы водяного отопления.

Leave Comment

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *