способ гидродинамического нагрева воды и установка для нагрева воды — патент РФ 2480682

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для тепловых установок и нагрева жидкости в промышленности, жилищно-коммунальной отрасли, в сельском хозяйстве. Задачей изобретения является получение более энергоэффективного способа и экономичной установки для нагрева воды. Технический результат достигается в теплогенераторе, установленном в замкнутом контуре, при котором формируют вихревой поток воды, за счет преобразования создаваемого насосом напора, и ускоряют полученный поток в ускорителе движения воды, с последующим отводом получаемого в теплогенераторе тепла от выходящего потока воды к потребителю. При этом на входе в теплогенератор поток воды разрывают воздушной полостью в зоне ее фазового перехода, в которой обеспечивают соударение капель воды при ее выходе в конусах распыления. На входе корпуса теплогенератора образована воздушная полость, а улитка имеет форму логарифмической спирали, причем истечение жидкости из улитки в вихревую трубу осуществляется через полюс логарифмической спирали, а между всасывающим и напорным трубопроводами установлен центробежный насос и запорный вентиль. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2480682

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для тепловых установок и нагрева воды в промышленности, жилищно-коммунальной отрасли, в сельском хозяйстве, строительстве, в частности в системах отопления зданий и сооружений, подогрева воды для производственных и бытовых нужд, сушки сельхозпродуктов.

Известны различные способы гидродинамического нагрева воды и созданные на их основе конструкции различных устройств и теплогенераторов, использующих для получения тепловой энергии изменения физико-механических параметров среды, например, давления и объема в движущемся потоке воды.

Например, известен способ гидродинамического нагрева жидкости по патенту РФ № 2156412, по которому нагрев достигается повышением аномальной генерации тепла за счет ударного гидродинамического торможения на встречных струях кавитирующей жидкости, вытекающей с большой скоростью из встречно-направленных соосных сопел.

Известен способ получения тепла по патенту РФ № 2165054, принятый за прототип, в котором тепло, нагревающее воду, получают путем формирования вихревого потока воды и обеспечения кавитационного режима его течения при резонансном усилении возникающих звуковых колебаний в этом потоке и подаче воды в поток при температуре 63-90°С.

Однако указанные известные способы недостаточно энергоэффективны.

Известен теплогенератор «Рязань» по авт. св. № 17039240, используемый для нагрева жидкости путем превращения механической энергии вращения рабочего колеса сначала в гидравлическую, а затем в тепловую. Из нагнетателя через напорный патрубок жидкость поступает в трубопровод. Затем часть ее направляется в струйный аппарат и через сопло и всасывающий патрубок возвращается в нагреватель. Другая часть жидкости направляется в теплообменник, где отдает часть тепла потребителю, затем отсасывается струйным аппаратом и с повышенным давлением, предотвращающим кавитацию, подается к нагнетателю. Нагревание происходит за счет потерь гидравлической энергии на вихреобразование и трение в потоке оборотной жидкости. Недостатками данной конструкции являются низкий КПД установки и повышенный уровень шума.

Наиболее близкое техническое решение к заявленной установке и принятое за прототип, это изобретение по патенту РФ № 2132517 «Теплогенератор и устройство для нагрева жидкости». Согласно этому изобретению устройство для нагрева жидкости содержит теплогенератор, насос, подающий и обратный трубопроводы с запорными вентилями, обеспечивающими взаимосвязь теплообменника с теплогенератором, имеющим блок ускорителей движения жидкости в виде улиток, а к насосу присоединен напорный трубопровод. Судя из описания этого изобретения, в нем реализуются следующие источники тепла для нагрева воды:

— гашение волн воды от лопаток рабочего колеса насоса;

— гидродинамические турбулентные течения в параллельных вихревых трубах;

— акустическая кавитация;

— ударное воздействие вихревого потока воды на тормозное устройство.

Однако данное техническое решение слишком сложно по конструкции и в то же время недостаточно эффективно.

Задачей заявленного технического решения является получение более энергоэффективного способа гидродинамического нагрева воды и экономичной установки для нагрева воды, использующей предложенный способ.

Решение поставленной задачи обеспечивается получением такого технического результата как уменьшение теплоемкости воды при ее фазовом переходе в воздушной полости корпуса теплогенератора, т.е. при переходе из фазы с теплоемкостью 4200 Дж/кг°С в фазу с теплоемкостью 2100 Дж/кг°С. Кроме этого, дополнительными источниками тепла в заявленном способе и установке будут:

— центробежный насос;

— гидродинамические турбулентные течения в вихревых трубах;

— частичное использование эффекта Ранке в вихревых трубах в фазе с теплоемкостью 2100 Дж/кг°С;

— соударение капель при выходе воды в конусах распыления при выходе воды из вихревых труб напорной и сливной магистралей.

Таким образом, суммарная энергия (теплоемкость) заявленной установки будет составлять:

Q_акк=Q _н+Q_в.т.+Q_изб.+Q_р+Q _с,

где Q_н — тепловая энергия центробежного насоса;

Q_в.т. — тепловая энергия диссипации в вихревых трубах;

Q_изб. — избыточная тепловая энергия, связанная с переходом воды из фазы с C₁=4200 Дж/кг°С в фазу C₂=2100 Дж/кг°С;

Q_p — тепловая энергия эффекта Ранке в фазе C₂;

Q_c — тепловая энергия от соударения капель в корпусах распыления воды.

Указанная суммарная энергия (теплоемкость) достигается в способе гидродинамического нагрева воды, при котором в теплогенераторе, установленном в замкнутом контуре (магистрали), формируют (скоростной) вихревой поток воды за счет преобразования создаваемого насосом напора и ускоряют полученный поток в ускорителе движения воды, с последующим отводом получаемого в теплогенераторе тепла от выходящего потока воды к потребителю. При этом на входе в теплогенератор в потоке воды обеспечивают образование воздушной полости.

В частном случае заявленного способа в воздушной полости обеспечивают соударение капель воды при ее выходе через два конуса распыления.

Заявленный технический результат достигается в техническом решении установки для нагрева воды, выполненной в виде замкнутого контура (магистрали), содержащем теплогенератор, в дне (нижнем торце) корпуса которого имеется выходное отверстие, соединенное с трубопроводом всасывания, напорный трубопровод, соединенный с ускорителем движения воды, выполненным в виде улитки, соединенной с вихревой трубой и подсоединенной к верхнему торцу корпуса. Кроме того, на входе в корпус теплогенератора в потоке воды образована воздушная полость, улитка имеет форму логарифмической спирали, причем истечение жидкости из улитки в вихревую трубу осуществляется через полюс логарифмической спирали, а между всасывающим и напорным трубопроводами установлен центробежный насос и запорный вентиль.

В частном случае заявленного решения установки на напорном трубопроводе установлен снабженный запорным вентилем с ограничителем отвод на тепловые батареи, соединенные через сливной трубопровод и второй ускоритель движения воды с верхним торцом корпуса теплогенератора на расстоянии от первой вихревой трубы не более диаметра трубы.

В другом частном случае заявленной установки ограничитель запорного вентиля, идущий к тепловым батареям, устанавливает следующее соотношение между расходом воды через насос и через тепловые батареи:

R_бат/R_нас 1/100,

где R_бат — расход воды через тепловые батареи,

R_нас — расход воды через насос.

В третьем частном случае заявленной установки соотношение объема воды в тепловых батареях и в корпусе теплогенератора должно быть в следующих пределах: С_бат /С_тп 4.

В четвертом частном случае корпус теплогенератора снабжен вакуумным насосом и установлен дополнительный трубопровод, идущий от воздушной полости корпуса к трубопроводу всасывания.

В пятом частном случае — диаметр дополнительного трубопровода равен диаметру трубопровода всасывания.

В шестом частном случае — корпус теплогенератора выполнен из внешнего и внутреннего полых цилиндров с теплоизоляцией между ними.

Для пояснения сущности предлагаемого технического решения установки для нагрева воды прилагается ее принципиальная схема, изображенная на одном листе (фигура).

Установка для нагрева воды, показанная на фигуре, выполнена в виде замкнутого контура, в котором имеются теплогенератор, корпус 1 которого состоит из внешнего и внутреннего полых цилиндров с теплоизоляцией между ними, в корпусе образованы воздушная 2 и водяная 3 полости. На верхней крышке корпуса установлен вакуумный насос 4 и клапан 5 сброса избыточного давления, а также подведены две вихревые трубы 6, идущие от логарифмических улиток 8. На первой вихревой трубе 6 установлен термоманометр 7. Поток воды в улитки поступает от напорного 9 и сливного 10 трубопровода, идущей от тепловых батарей 11, на входе которых установлен запорно-регулирующий вентиль 12. Второй запорно-регулирующий вентиль 13 установлен на напорном трубопроводе 9 после выхода из центробежного насоса 14, в который вода поступает по трубопроводу всасывания 16, идущего от корпуса теплогенератора 1. Воздушная полость 2 теплогенератора соединена с трубопроводом всасывания 16 дополнительным трубопроводом 15. Теплогенератор оборудован уровнемером 17.

Перед началом работы вся замкнутая магистраль, включая корпус теплогенератора, заполняется водой. Затем производится слив воды из корпуса 1 до определенной отметки на уровнемере 17 для образования воздушной полости 2, вихревых трубах 6 и логарифмических улитках 8, закрывается запорно-регулирующий вентиль 12, а вентиль 13 открыт до ограничителя. Эта степень открытия вентиля соответствует заданной точке расходно-напорной характеристики центробежного насоса 14.

После включения насоса 14 начинается циркуляция и нагрев потока воды по замкнутому контуру: вода из корпуса 1 теплогенератора по трубопроводу всасывания 16 поступает к насосу 14 и по напорному трубопроводу 9 через логарифмические улитки 8 и вихревые трубы 6 распыляется в воздушной полости 2 теплогенератора. При достижении в первой вихревой трубе 6 температуры кипения после некоторой выдержки открывается до ограничителя вентиль 12, ведущий к тепловым батареям 11, и начинается функционирование установки для нагрева воды в штатном режиме. При этом степень открытия вентиля 12 будет соответствовать заданному расходу через тепловые батареи. Энергоэффективность работы установки можно определить по формуле:

=Q_акк/N_н,

где — энергоэффективность,

Q_акк — полученная тепловая энергия,

N_H — энергия, потребляемая насосом.

Опытные образцы установки для нагрева воды успешно прошли испытания совместно с тепловыми батареями водяного отопления.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ гидродинамического нагрева воды в теплогенераторе, установленном в замкнутом контуре, при котором в контуре формируют вихревой поток воды, за счет преобразования создаваемого насосом напора и ускоряют полученный поток в ускорителе движения воды, с последующим отводом получаемого в теплогенераторе тепла от выходящего потока воды к потребителю, отличающийся тем, что на входе в теплогенератор разрывают поток воды воздушной полостью.

2. Способ гидродинамического нагрева воды по п.1, отличающийся тем, что в воздушной полости обеспечивают соударение капель воды при ее входе в корпус через два конуса распыления.

3. Установка для нагрева воды, выполненная в виде замкнутого контура, содержащем теплогенератор, в нижнем торце корпуса которого имеется выходное отверстие, соединенное с трубопроводом всасывания, а также напорный трубопровод, соединенный с ускорителем движения воды, выполненным в виде улитки, соединенной с вихревой трубой и подсоединенной к верхнему торцу корпуса, отличающаяся тем, что на входе в корпус в потоке воды образована воздушная полость, улитка имеет форму логарифмической спирали, причем истечение жидкости из улитки в вихревую трубу осуществляется через полюс логарифмической спирали, а между всасывающим и напорным трубопроводами установлен центробежный насос и запорный вентиль.

4. Установка для нагрева воды по п.3, отличающаяся тем, что на напорном трубопроводе установлен снабженный запорным вентилем с ограничителем отвод на тепловые батареи, которые соединены через сливной трубопровод и второй ускоритель движения воды с верхним торцом корпуса теплогенератора на расстоянии от первой вихревой трубы не более диаметра трубы.

5. Установка для нагрева жидкости по п.4, отличающаяся тем, что ограничитель запорного вентиля, идущий к тепловым батареям, устанавливает следующее соотношение между расходом воды через насос и через тепловые батареи: R_бат/R_нас 1/100,
где R_бат — расход воды через тепловые батареи,
R_нас — расход воды через насос.

6. Установка для нагрева воды по пп.4 и 5, отличающаяся тем, что соотношение объема воды в тепловых батареях и в корпусе теплогенератора должно быть в следующих пределах:
С _бат/С_тп 4.

7. Установка для нагрева воды по п.3, отличающаяся тем, что корпус теплогенератора снабжен вакуумным насосом и установлен дополнительный трубопровод, идущий от воздушной полости в корпусе к трубопроводу всасывания.

8. Установка для нагрева воды по п.7, отличающаяся тем, что диаметр дополнительного трубопровода равен диаметру трубопровода всасывания.

9. Установка для нагрева воды по п.3, отличающаяся тем, что корпус теплогенератора выполнен из внешнего и внутреннего полых цилиндров с теплоизоляцией между ними.

Как экономно нагревать воду в доме

Как нагревать полезную воду экономичным способом?

Если вы говорите об отоплении, то обычно это связано с нагревом дома или квартиры в зимний сезон, радиаторами, центральным отоплением, газом, газом, другими источниками тепла. Редко мы думаем о нагревании в контексте получения источника, который может нагреть нашу воду энергосберегающим способом. Обогрев воды обычно мы проводим в энергетическом балансе при расчете расходов на отопление в осенне-зимне-весенний сезон. Если вы ничего не знаете о том, как эффективно использовать энергию для эффективного использования полезной воды, эта статья предназначена именно вам!

Немного информации для начала

Статистика показывает, что домохозяйство использует около 70% энергии для отопления помещений и только около 15% для нагрева бытовой воды. Если у кого-то есть энергосберегающий, интеллектуальный дом, то процент энергии, используемой для того, что резко падает. Почему это происходит? Потому что в современном здании, достаточно изолированном и герметичном, существуют различные инновационные решения для экономичного нагрева полезной воды. Первым шагом является диагностика ваших потребностей, поскольку они оказывают реальное влияние на последующую работу нагревательного устройства и возможные сбережения. Во-первых, необходимо учитывать требования пользователя, и потребность в горячей воде должна быть преобразована, а нагревательное устройство должно быть правильно отрегулировано, чтобы избежать проблем в будущем.

Широкий спектр возможностей

Производители в настоящее время предлагают очень широкий спектр приборов для отопления коммунальной воды энергосберегающим способом.
Какое предложение вы можете встретить?

• Электронагреватели
• Газовые нагреватели
• Тепловые насосы
• коллекторы

Есть много возможностей, но вы должны сделать выбор, учитывая потребности семьи, существующие технические и технологические решения, которые могут быть внедрены в ваш дом, возможность использовать конкретные источники энергии и богатство вашего кошелька.

Газовое отопление

Их преимущество в том, что они относительно дешевы в эксплуатации. Тем не менее, необходимо систематически проверять оборудование, а также проверять дымовые трубы. Газовый нагреватель работает эффективно и эффективно, если он имеет возможность выпуска дымовых газов. Производители предлагают устройства с закрытой камерой сгорания, поэтому риск отравления от дыма практически равен нулю. Однако следует помнить, что каждая комната, в которой расположен газовый отопительный прибор, должна иметь достаточную вентиляцию и возможность подачи воздуха.

Электрические водонагреватели

Преимущество электрических нагревателей заключается в том, что их не нужно подключать к вентиляционным каналам. В устройствах этого типа наиболее важную роль играет электрический нагреватель, работа которого может контролироваться. Другим преимуществом этого решения является возможность управления мощностью нагревателя с помощью пульта дистанционного управления или даже мобильного телефона! Стоит знать, что электронное управление нагревателем дает дополнительную 20% экономии воды и энергии, необходимых для ее нагрева! Существуют такие электронные системы управления, что вы можете применять блокировку верхнего предела температуры, так что, например, маленькие дети, отвинчивающие кран, не сжигаются! Электрические нагреватели подключены к источнику питания и мгновенно нагревают воду, что приводит к минимальным потерям холодной воды, поскольку горячая вода немедленно вытекает из крана.

Водонагреватели гидравлические

Подогреватель с гидравлическим приводом делает температуру воды зависящей от размера выходящего потока. Если расход воды выше, температура воды будет ниже. Некоторые типы нагревателей имеют возможность переключать размеры мощности в зависимости от потока наливаемой воды. Они обычно имеют два режима нагрева воды: «экономный» и «удобный».

Водонагреватели с электронным управлением

Эти нагреватели считаются современными, потому что они могут быстро приготовить горячую воду, и в то же время они очень удобны, качество устройств превосходно (производительность и долговечность). Современные технологии, используемые при строительстве водонагревателей с электронным управлением, позволяют достичь экономии энергии и расхода воды до 30% по сравнению с гидравлическими нагревательными устройствами! Некоторые устройства спроектированы так, что вы можете подключить к ним несколько точек водозабора, что снижает инвестиционные затраты, связанные с организацией нагрева горячей воды.В качестве преимущества этого решения обеспечивается плавная настройка мощности нагретой полезной воды на текущие потребности пользователей и поддержание приоритета постоянной температуры для достижения максимальной мощности. Устройство может указывать на риск ожогов. Нагреватели с электронным управлением позволяют полностью контролировать работу нагревателя, а температура воды, которую мы хотим достичь, достигается с точностью 0,5 градуса по Цельсию. Мощность таких нагревателей колеблется от 15 до 30 кВт.

Энергосберегающее нагревание ГВС через резервуар или проточный нагреватель?

Если вы решите, какой источник будет использовать ваш водонагреватель, чтобы максимально эффективно нагревать бытовую горячую воду, стоит подумать над тем, следует ли выбирать предварительный нагреватель с резервуаром или без него. Часто ограниченное пространство определяет наш выбор – нагреватель без поддона. Однако, если найдена поверхность для нагревателя с лотком, необходимо отрегулировать размер контейнера в соответствии с требованиями семейства. Иногда тот факт, что точки воды расположены далеко друг от друга, или их несколько, и что в доме более одной ванной комнаты определяется покупка нагревателя с подходящим контейнером. Расходомеры обычно имеют небольшие размеры и не занимают слишком много места. Недостатки – если в нашем доме есть большая водная установка – время ожидания горячей воды может быть длинным. Верх – если установка в нашем доме не слишком разветвлена ​​- эти устройства очень экономичны и хорошо работают в небольших домах или квартирах.

Солнечные коллекторы для экономичного нагрева горячей воды

Для более низких счетов за отопление коммунальной воды стоит предпринять соответствующие шаги. Все чаще инвесторы стремятся к солнечным коллекторам, чтобы минимизировать затраты на отопление водой. Стоимость покупки и установки солнечных коллекторов снижается с каждым годом. Может быть, вам стоит подумать о том, чтобы собрать их, чтобы получить наибольшую экономию, связанную с водопроводной водой в нашем доме? Строгие правила, которые должны вступить в 2020 году в отношении энергоэффективности зданий, безусловно, заставляют владельцев предпринять соответствующие шаги, чтобы заинтересоваться экологическими источниками возобновляемых источников энергии.Для того, чтобы коллекционеры работали наиболее эффективно и эффективно, они должны быть правильно выбраны с точки зрения мощности.При расчете мощности коллекторов следует учитывать поверхность апертуры, оптическую эффективность «n» и коэффициент потерь так называемого «A1» и «a2», что выражается формулой W / (m2xK2). Только по этим данным эксперт будет производить расчеты тепловой мощности, которые могут быть получены с 1 м 2 коллектора. Из этих данных зависит количество сборщиков, необходимых для наиболее экономичной работы коллекционеров. Производители устройств рекомендуют делать начальные / показательные вычисления с использованием калькуляторов на своих сайтах. На строительных и инвестиционных форумах говорится, что использование солнечной системы для отопления горячей воды может составлять до 60% . Чтобы система работала эффективно, коллекторы должны располагаться в хорошо освещенном месте.

Термостатические краны для нагрева бытовой воды

Батареи с ограничителем температуры имеют более общее название – термостатические краны. Они помогают в экономии воды. В раковине бесконтактная батарея установлена ​​с фотоэлементом, который автоматически открывает и закрывает поток воды, реагируя на приближение руки.

Тепловой насос как источник нагрева полезной воды

Тепловые насосы считаются наиболее энергоэффективными нагревательными устройствами, используемыми для обогрева дома и воды. Они все более популярны среди инвесторов из-за низких эксплуатационных расходов. При 1 кВт энергии, направленной на тепловой насос, вы можете получить до 4 кВт дополнительной энергии. Их работа – чистая физика и химия: в специально разработанном термодинамическом цикле все еще происходят четыре процесса: испарение, сжатие, конденсация и декомпрессия. Это приводит к огромной экономии энергии, используемой для отопления здания и коммунальной воды.

Другие методы дешевого нагрева

Существуют также другие способы получения некоторой экономии при нагреве полезной воды.

Например:

• нагревая воду до температуры не выше 55 градусов Цельсия, поскольку чем ниже температура, тем ниже потери тепла,
• при использовании водонагревателя для хранения – он контролируется так, что он не запускается, когда это не необходимо – ночью или днем, когда у домашнего хозяйства нет нужды в этом.

Хотя водонагрев в настоящее время намного дешевле, по-прежнему стоит инвестировать или модернизировать систему водяного отопления, чтобы еще больше минимизировать затраты, связанные с ее нагревом. Конечно, все более и более строгие правила для внедрения энергосберегающих технологий в наши дома заставят нас, пользователь, принимать соответствующие решения на тепле этого дома, водоканал, где привыкнуть к текущей бытовой технике. Энергия из возобновляемых источников и используется в строительстве, теперь является приоритетом для многих стран. Мы должны помнить об этом, потому что ожидается рост глобального спроса на энергию. Лидеры Европы приняли специальный документ Европа 2020, которая является стратегией комплексного и устойчивого развития в отношении тот факт, что 20% конечного потребления энергии должно поступать из возобновляемых источников энергии в 2020 году!

Источник: http://przepisnadom.pl/artykul/jak-energooszczednie-ogrzewac-wode-uzytkowa

Способы нагрева воды электричеством. Способ гидродинамического нагрева воды и установка для нагрева воды. Индукционный водонагреватель своими руками: схема

Способы нагрева воды электричеством. Способ гидродинамического нагрева воды и установка для нагрева воды. Индукционный водонагреватель своими руками: схема

Область деятельности(техники), к которой относится описываемое изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству, системе и способу для быстрого нагрева жидкости, в частности к устройству, системе и способу для быстрого нагрева жидкости с помощью электроэнергии.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Во многих жилых и хозяйственных зданиях в развитых странах устанавливают разные по типу системы горячей воды. В некоторых странах электроэнергия является самым распространенным источником энергии для нагревания воды.

Те, кто предпочитает жить вне сети, не чужды тяжелой работы, но всегда есть новые проекты вокруг усадьбы, которые могут существенно повысить качество жизни, одновременно экономя много денег. По некоторым оценкам, тепловая вода отвечает почти за 30 процентов от бюджета энергии любого данного семейства. Просто нет причин платить за эту услугу, когда несколько альтернатив, таких как солнечные водонагреватели, могут выделять достаточно воды для личного использования. Для тех из вас, кто уже установил солнечные водонагревательные системы и использует электрические схемы в качестве резервного нагревателя, существуют некоторые эффективные с точки зрения затрат способы повышения эффективности вашей системы солнечного водонагрева.

Конечно, общеизвестно, что генерация электроэнергии за счет сжигания ископаемых топлив является существенным фактором загрязнения и глобального потепления. Например, в 1966 г. крупнейшим потребителем электроэнергии в США были домашние хозяйства жилого сектора, на которые приходилось 20% от всех выбросов углерода. Из общего объема выбросов углерода данным сектор

Способ нагрева воды

Способ нагрева воды относится к теплоэнергетике, предназначен для получения горячей воды и может быть использован в устройствах для подогрева жидкостей. Задача изобретения — создание производительного способа нагрева воды, обеспечивающего высокоэффективную теплоотдачу производимого тепла в нагреваемую воду, значительную экономию энергоресурсов и работающего без нарушения экологической среды. Способ нагрева воды включает технологическую подготовку процесса нагрева воды, заполнение водой нагреваемой системы, обеспечение циркуляции воды, обеспечение пусковых параметров процесса нагрева воды и нагрев циркулируемой, активируемой воды вращающейся нагреваемой реакционной вакуумной камерой (теплообменником). Обеспечение нагрева реакционной вакуумной камеры производится в предварительно созданной вакуумной среде самой камеры суммарным теплом, образующимся от тепловой энергии (превращенной из механической энергии) при механическом разрушении и счистке пленочного слоя из химических соединений с реакционной поверхности геттерного материала, а также от тепловой энергии, выделяемой химическими реакциями при образовании пленочного слоя из химических соединений на химически чистой поверхности геттерного материала. При этом обеспечение химически чистой поверхности геттерного материала производится трением скольжения вращающейся реакционной поверхности (с пленочным слоем из химических соединений) о прижатые к ней твердосплавные элементы с помощью избыточного давления атмосферных газов, а образование пленочного слоя из химических соединений производится с помощью хемсорбционного процесса на химически чистой поверхности геттерного материала. Обеспечение рабочего вакуума в реакционной вакуумной камере производится с помощью геттерной откачки, где перед установкой рабочего диапазона вакуумного давления газов обеспечивают максимально возможный высокий вакуум, после чего производится непрерывная подача газов, снижение вакуума до требуемой величины и обеспечивается поддержание рабочего диапазона вакуумного давления газов. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Способ нагрева воды относится к теплоэнергетике, и предназначен для применения в технике, производящей горячую воду, теплоноситель, и может быть использован в устройствах для нагрева жидкостей и газов.

Известен способ нагрева воды, реализованный в водогрейном отопительном котле (патент RU 2186302 С2, МПК F 24 Н 01/40 от 20.07.2002 г.), по которому обеспечивают технологическую подготовку процесса нагрева воды, заполняют водой нагреваемую систему, обеспечивают циркуляцию воды, обеспечивают пусковые параметры процесса нагрева воды, производят нагрев воды, для чего сжигают топливо, обеспечивают нагрев газов воздушной среды, обеспечивают передачу тепловой энергии нагретых газов конвекцией теплообменнику, обеспечивают передачу тепловой энергии с теплообменника в циркулируемую воду.

Известный способ требует значительного потребления топлива. Способ загрязняет атмосферу продуктами сгорания топлива. В способе длительная подготовка запуска и выхода на рабочий режим процесса нагрева воды. Применяемое в способе оборудование металлоемкое и требует больших капитальных затрат при ремонтно-восстановительных работах. У известного способа нагрева воды низкий КПД.

Известен способ нагрева воды, реализованный в водогрейном отопительном котле (патент RU 2186302 С2, МПК F 24 Н 01/40 от 20.07.2002 г.) по которому производят технологическую подготовку процесса нагрева воды, заполняют водой нагреваемую систему, обеспечивают циркуляцию воды, обеспечивают пусковые параметры процесса нагрева воды, производят нагрев воды, для чего обеспечивают нагрев электрическим током нагревательных элементов в трубчатых оболочках ТЭНов (в теплообменниках), обеспечивают нагрев газов в трубчатых оболочках ТЭНов (в теплообменниках), обеспечивают передачу тепловой энергии нагретых газов конвекцией трубчатым оболочкам ТЭНов (теплообменникам), обеспечивают передачу тепловой энергии с трубчатых оболочек ТЭНов (теплообменников) в циркулируемую воду.

В известном способе нагрева воды потребляется большое количество электрической энергии. Способ имеет длительный режим нагрева воды. В способе нагрева воды из-за медленного движения макроскопических частиц воды относительно друг друга и теплообменника создаются застойные зоны водных слоев, из-за чего образуются осадочные покрытия, накипь ведущие к неравномерному распределению электрической нагрузки, к нестабильности работы теплового режима нагрева воды. В результате этих недостатков выводится из работы пускорегулирующая аппаратура энергоснабжения и создается аварийная ситуация. Способ находит применение там, где требуется потребление горячей воды и теплоносителя в небольших объемах.

Наиболее близким по совокупности признаков аналогом является способ нагрева воды, примененный в водогрейном котле (патент RU 2196933 С2, МПК F 22 В 21/00 от 20.01.2003 г.) по которому производят технологическую подготовку процесса нагрева воды, производят водоподготовку, заполняют водой нагреваемую систему, обеспечивают циркуляцию воды, обеспечивают вытяжную вентиляцию и вентиляцию наддува, обеспечивают подготовку газовоздушной смеси, обеспечивают наддув газовоздушной смеси в каталитический нагревательный элемент, производят нагрев воды, для чего обеспечивают беспламенное каталитическое окисление природного газа (сжигание газа) при прохождении им через газовоздушные каналы каталитического нагревательного элемента, обеспечивают нагрев теплообменника, спеченного с катализатором тепловой энергии, выделяемой беспламенным каталитическим окислением природного газа, обеспечивают передачу тепловой энергии с теплообменника, спеченного с катализатором, в циркулируемую воду.

Работа способа нагрева воды основывается на сжигании природного газа. В способе нагрева воды необходима водоподготовка. Применяемый способ не обеспечивает 100% исключения загрязнения окружающей среды отработанными газами. Работа способа требует значительного потребления электрической энергии (вытяжная вентиляция, вентиляция наддува). В способе из-за медленного движения микроскопических частиц воды относительно друг друга и относительно внутренних поверхностей трубок (в теплообменнике) образуются осадочные отложения и накипь. В результате чего нарушается теплообмен, перекрываются трубные проходы для циркуляции воды, создается аварийная ситуация. Для применяемого способа нагрева воды необходимо специальное помещение, оборудованное надежной вытяжной вентиляцией и вентиляцией наддува. В способе необходима тщательная подготовка состава газовоздушной смеси, поддержание жестких параметров наддува газовоздушной смеси и постоянство химического состава и давления подаваемого природного газа. Способ нагрева воды требует повышенной ответственности при эксплуатации дорогостоящего газового оборудования.

Заявляемое изобретение решает задачу создания производительного способа нагрева воды, обеспечивающего высокоэффективную теплоотдачу производимого тепла в нагреваемую воду, значительную экономию энергоресурсов и работающего без нарушения экологической среды.

Для решения этой задачи в заявляемом способе нагрева воды заключающемся в том, что первоначально производят технологическую подготовку процесса нагрева воды, заполняют водой нагреваемую систему, обеспечивают циркуляцию воды, обеспечивают пусковые параметры процесса нагрева воды отличающийся тем, что нагрев воды производят непосредственной передачей тепла в активируемую воду нагреваемой вращающейся реакционной вакуумной камерой (теплообменником).

Способ нагрева воды, в котором в отличие от прототипа нагрев вращающейся реакционной камеры (теплообменника) осуществляют в предварительно обеспеченной вакуумной среде самой камеры суммарным теплом, образующимся на реакционной поверхности геттерного материала, от выделяемой тепловой энергии (превращенной из механической энергии) при механическом разрушении и счистки пленочного слоя из химических соединений с геттерного материала, а также тепловой энергии, выделяемой химическими реакциями при образовании пленочного слоя из химических соединений на химически чистой поверхности геттерного материала.

Способ нагрева воды, в котором в отличие от прототипа активацию воды в процессе ее нагрева обеспечивают вращением реакционной камеры.

Способ нагрева воды, в котором в отличие от прототипа химически чистую поверхность геттерного материала обеспечивают механическим разрушением и счисткой пленочного слоя из химических соединений с геттерного материала или трением скольжения вращающейся реакционной поверхности об прижатые к ней твердосплавные элементы очистителей.

Способ нагрева воды, в котором в отличие от прототипа образование пленочного слоя из химических соединений обеспечивают химическим связыванием молекул активных газов хемсорбционным процессом на химически чистой поверхности геттерного материала.

Способ нагрева воды, в котором в отличие от прототипа обеспечение рабочего вакуума в реакционной вакуумной камере производят с помощью геттерной откачки, где перед установкой рабочего диапазона вакуумного давления газов обеспечивают максимально возможный вакуум, после чего производят непрерывную подачу газов, снижая вакуум до требуемой величины, и обеспечивают поддержание рабочего диапазона вакуумного давления газов.

Способ нагрева воды, в котором в отличие от прототипа прижатие твердосплавных элементов очистителей к реакционной поверхности обеспечивают с помощью избыточного давления атмосферных газов.

На фиг.1 представлен общий вид устройства, реализующего заявляемый способ нагрева воды, на фиг.2 представлен вид реакционной вакуумной камеры в сечении А-А, на фиг.3 представлена принципиальная вакуумная схема устройства нагрева воды.

На фиг.1 устройство нагрева воды обозначено позицией 1, 2 — дополнительная вакуумная камера, 3 — реакционная вакуумная камера-теплообменник, 4 — газовый баллон, 5 — газовый редуктор, 6 — вакуумметр, 7 — механический насос, 8 — вакуумный клапан, 9 — неподвижный блок очистителей, 10 — твердосплавные элементы, 11 — очистители, 12 — реакционная поверхность, 13 — трубопровод (имеющий возможность разборки), 14 — трубчатый отвод, 15 — проходной трубопровод, 16 — сильфонные объемы, 17 — сильфоны, 18 — опорные скользящие площадки, 19 — манометр, 20 — емкость для воды, 21 — горловина, 22 — входной патрубок, 23 — выходной патрубок, 24 — электродвигатель, 25 — натекатель газов, 26 — прибор для измерения температуры воды, 27 — амперметр.

Способ нагрева воды осуществляется следующим образом. Первоначально производят технологическую подготовку процесса нагрева воды, для чего в устройстве нагрева воды 1 производят проверку герметичности дополнительной неподвижной вакуумной камеры 2, реакционной вакуумной камеры 3 (выполненный из геттерного материала титан и установленный с возможностью вращения в емкости для воды 20).

Соединяют газовый баллон 4 (с избыточным давлением атмосферных газов) через газовый редуктор 5 с трубопроводом 13. Подключают вакуумметр 6 к электрической сети. Емкость для воды 20 с реакционной вакуумной камерой 3 и нагреваемую систему через горловину 21 заполняют водой. Обеспечивают циркуляцию воды через выходной патрубок 23, нагреваемую систему, входной патрубок 22 в емкость для воды 20. Обеспечивают пусковые параметры процесса нагрева воды, для чего производят предварительную вакуумную откачку в соединенных между собой дополнительной вакуумной камере 2 и реакционной вакуумной камере 3 газовой среды до вакуумного давления газов 10^-3-10^-4 Па.

Вакуумную откачку производят механическим насосом 7 через вакуумный клапан 8. При достижении вакуумного давления газов 10^-3-10^-4 Па закрывают вакуумный клапан 8, отключают механический насос 7. Вакуумное давление газов измеряют вакуумметром 6. На неподвижном блоке очистителей 9 устанавливают (регулировкой) давление твердосплавных элементов 10 очистителей 11 на реакционную поверхность 12, для чего из газового баллона 4 через газовый редуктор 5, через (имеющий возможность разборки) трубопровод 13, через трубчатый отвод 14, через проходные трубопроводы 15 в сильфонные объемы 16 подается избыточное давление атмосферных газов. Избыточное давление атмосферных газов обеспечивает растяжение стальных сильфонов 17 и производит вертикальное движение скользящих площадок 18, которые, воздействуя на очистители 11 (имеющие возможность радиального перемещения), обеспечивают поверхностное прижатие твердосплавных элементов 10 (выполненных из материала ВК-8) к реакционной поверхности 12. Установку и регулировку подаваемого избыточного давления атмосферных газов обеспечивают газовым редуктором 5. Подаваемую величину избыточного давления атмосферных газов устанавливают такую, чтобы при передаче ее на твердосплавные элементы, трущиеся элементы твердосплавных элементов (трением скольжения) обеспечивали полную очистку пленочного слоя из химических соединений с геттерного материала. Величину избыточного давления атмосферных газов, подаваемого на твердосплавные элементы 10, определяют расчетным и опытным путем в зависимости от площади трущихся поверхностей твердосплавных элементов 10 и от типа геттерного материала. Избыточное давление атмосферных газов контролируется по манометру 19.

Производят нагрев воды, для чего запускают в работу электродвигатель 24, который обеспечивает вращение реакционной вакуумной камеры 3 (теплообменника) вместе с реакционной поверхностью 12 из геттерного материала. От вращения реакционной вакуумной камеры 3 циркулируемая вода в емкости для воды 20 активируется, а именно производится круговое движение водных слоев (увлекаемых поверхностью вращения реакционной вакуумной камеры 3), в результате чего за счет суммарного воздействия на водную среду циркуляцией и активацией обеспечивается высокоэффективное движение (контактирование) макроскопических частиц воды относительно друг друга и вращающейся реакционной вакуумной камеры 3 (поверхности). Производимый эффект практически исключает создание застойных слоев воды, образование осадков и обеспечивает высокоэффективную теплоотдачу при нагреве воды нагреваемой реакционной вакуумной камерой 3 (теплообменником).

В неподвижном состоянии реакционная поверхность 12 покрыта образованным на ней пленочным слоем из химических соединений (окислов, нитридов, гидридов и т.д.). Производят вращение реакционной поверхности 12 геттерного материала и обеспечивают ее поверхностное трение скольжения об прижатые к ней твердосплавные элементы 10 очистителей 11, в результате чего производится поверхностное деформационное разрушение тонкого пленочного слоя из химических соединений и счистка его с геттерного материала. Поверхностное деформационное разрушение пленочного слоя из химических соединений и счистку его с геттерного материала производят по всей реакционной поверхности 12 за счет размещения очистителей 11 двумя рядами диаметрально и со смещением относительно друг друга на неподвижном блоке очистителей 9 (при каждом обороте реакционной вакуумной камеры 3). Рабочий режим процесса деформационного разрушения и счистки пленочного слоя из химических соединений с геттерного материала контролируют по изменению нагрузочной характеристики электродвигателя 24 измеряемой амперметром 27. В результате разрушения и счистки пленочного слоя на реакционной поверхности 12 обеспечивают химически чистую поверхность геттерного материала. Произведенная при трении скольжения механическая энергия превращается в тепловую энергию. Обеспечивают выделение тепловой энергии на реакционной поверхности 12 геттерного материала. Нагревают теплообменник.

Созданная химически чистая поверхность геттерного материала взаимодействует с активными газами, находящимися в реакционной вакуумной камере 3, при помощи физического и химического связывания молекул газов адсорбционным процессом (физической адсорбцией и химической адсорбцией) с выделением тепла. Обеспечивают адсорбцию активных газов на химически чистой поверхности геттерного материала, которая является геттерной откачкой газов. При этом превалирующим механизмом при адсорбционной откачке газов является химическая адсорбция (хемсорбция), которой обеспечивают производство химических реакций на химически чистой поверхности геттерного материала с образованием пленчного слоя из химических соединений. Образование пленочного слоя из химических соединений производят с выделением тепловой энергии на реакционной поверхности 12. Нагревают теплообменник.

Изложенная выше технологическая последовательность процесса нагрева воды, а именно: разрушение и счистка пленочного слоя из химических соединений, выделение тепловой энергии, обеспечение химически чистой поверхности геттерного материала, адсорбция газов — геттерная откачка, образование пленочного слоя из химических соединений, выделение тепловой энергии относится к поверхностным структурным изменениям реакционной поверхности 12 геттерного материала за один оборот реакционной вакуумной камеры 3. Далее технологическая последовательность нагрева воды повторяется с началом каждого оборота реакционной вакуумной камеры 3. По выделяемой тепловой энергии с активной площади реакционной поверхности 12 за один оборот реакционной вакуумной камеры 3 определяют производимое тепло по количеству оборотов за определенное время.

Создают рабочий вакуум в реакционной вакуумной камере 3 с предварительно обеспеченным в ней вакуумным давлением газов 10^-3-10^-4 Па, для чего обеспечивают максимально возможный высокий вакуум геттерной откачкой в реакционной вакуумной камере 3 и в соединенной с ней дополнительной вакуумной камере 2 с целью определения возможностей геттерной откачки (при напуске газов) и дополнительной проверки герметичности вакуумной системы. Производят непрерывную подачу газов натекателем газов 25. Снижают вакуум в реакционной вакуумной камере 3 (и в дополнительной вакуумной камере 2) до требуемой величины и поддерживают рабочий диапазон вакуумного давления газов. Рабочий диапазон вакуумного давления газов — это давление газов, при котором обеспечиваются оптимально производительные величины тепловой энергии на реакционной поверхности 12.

Производят нагрев воды до заданной температуры. Контроль за температурой осуществляется по прибору измерения температуры 26. При достижении температуры нагрева воды производят закрытие натекателя газов 25, останов электродвигателя 24, отключение от электрической сети вакуумметра 6, прекращение подачи избыточного давления атмосферных газов из газового баллона 4. Прекращают циркуляцию воды. При работе устройства нагрева воды 1 в повторно-кратковременном режиме производится только закрытие и открытие натекателя газов 25 при останове и включении в работу электродвигателя 24.

В одном из режимов работы устройства нагрева воды 1 при вакуумном давлении газов 13,5×10^-5 Па с активной поверхностью геттерного материала — 0,452 м², давлением поверхности твердосплавного элемента на геттерный материал 0,5-0,6 кг/мм² за один оборот реакционной поверхности на ней выделяется 13-15 ккал тепла, а за час работы выделяется 46800-54000 ккал тепла (при оборотах электродвигателя 60 об/мин.).

Новым в поданном техническом решении является следующее:

— в способе нагрев воды обеспечивают высокоэффективной вынужденной конвекцией макроскопических частей воды относительно друг друга и относительно вращающегося нагреваемого твердого тела (реакционной вакуумной камеры-теплообменника) в активируемой воде;

— в способе отсутствуют применяемые традиционно для нагрева воды виды топлива газ, жидкое топливо, уголь и т.д.;

— в способе отсутствуют факторы, загрязняющие окружающую среду и влияющие на здоровье человека.

В заявляемом способе нагрева воды по сравнению с прототипом не требуются: топливо и его подготовка для использования; специальная водоподготовка; отдельное помещение с принудительной вытяжной вентиляцией и вентиляцией наддува.

Способ нагрева воды осуществляется на недорогом, простом оборудовании, не требующем повышенной ответственности при его эксплуатации с обеспечением 100% исключения загрязнения окружающей среды.

В способе за счет высокой интенсивности движения макроскопических частиц воды относительно друг друга и относительно вращающейся реакционной вакуумной камеры (теплообменника), за счет равномерного нагрева всех участков теплообменника, высокоэффективной конвекции воды, обеспечивается производительный нагрев воды, в котором практически исключается образование осадочных покрытий и накипи.

Способ требует незначительного потребления электрической энергии (косвенного назначения) по сравнению с прототипом и вырабатываемой тепловой энергией. Электрическая энергия необходима для вращения электродвигателя (в образце его Р_уст=2,5 кВт), обеспечивающего вращение реакционной вакуумной камеры в повторно-кратковременном режиме.

Способ нагрева воды в поданном техническом решении может осуществляться от любого вида энергии, способной обеспечивать вращение теплообменника (ветряной, водной и т.д.). Способ легко управляем и может работать от технических средств автоматизации. Особо важное значение предлагаемый способ будет иметь там, где отсутствуют топливные ресурсы — в районах Крайнего Севера, Сибири, пустынях, горных местностях и т.д.

Расчет основных параметров способа нагрева воды производился на базе известных формул и информации, где число молекул, адсорбированных на 1 см² химически чистой поверхности геттерного материала в 1 сек. Определяется по формуле

где (1-θ) — доля свободных мест адсорбции;

kn — коэффициент прилипания газа на поверхности;

Р — давление газов над поверхностью адсорбции — Па;

Тг — температура откачивания газа — К;

М — молярная масса — г/моль.

Теплота адсорбции, выделяющаяся на идеальной ровной площади химически чистой поверхности геттерного материала в 1 с, определялась по формуле

Qa — теплота адсорбции газа на химически чистой поверхности геттерного материала — ккал/моль^-1,

νs — число молекул газа адсорбированных на идеально ровной площади химически чистой поверхности титана,

Na — 6,0221367×10²³ моль^-1 число Авогадро.

Работа силы трения за один оборот реакционной поверхности

Qtr=Nnorm×μ×2πR

Nnorm — нормальное усилие — кг,

μ — коэффициэнт трения скольжения пары.

Теплота адсорбции и хемсорбции газов на геттерном материале титан иллюстрируется в книге «Технология тонких пленок», том 1, Справочник под редакцией Л.Майссела, Р.Глэнга, Москва «Советское радио», 1977 г., стр.223.

1. Способ нагрева воды, заключающийся в том, что производят технологическую подготовку процесса нагрева воды, заполняют водой нагреваемую систему, обеспечивают циркуляцию воды, обеспечивают пусковые параметры процесса нагрева воды, отличающийся тем, что нагрев воды производят непосредственной передачей тепла в активируемую воду нагреваемой вращающейся реакционной вакуумной камерой (теплообменником).

2. Способ нагрева воды по п.1, отличающийся тем, что нагрев вращающейся реакционной вакуумной камеры осуществляют в предварительно обеспеченной вакуумной среде самой камеры суммарным теплом, образующимся на реакционной поверхности геттерного материала от выделяемой тепловой энергии (превращенной из механической энергии) при механическом разрушении и счистке пленочного слоя из химических соединений с геттерного материала, а также от тепловой энергии, выделяемой химическими реакциями при образовании пленочного слоя из химических соединений на химически чистой поверхности геттерного материала.

3. Способ нагрева воды по п.1, отличающийся тем, что активацию воды в процессе ее нагрева обеспечивают вращением реакционной вакуумной камеры.

4. Способ нагрева воды по п.2, отличающийся тем, что химически чистую поверхность геттерного материала обеспечивают механическим разрушением и счисткой пленочного слоя из химических соединений с геттерного материала или трением скольжения вращающейся реакционной поверхности о прижатые к ней твердосплавные элементы очистителей.

5. Способ нагрева воды по п.2, отличающийся тем, что образование пленочного слоя из химических соединений обеспечивают химическим связыванием молекул активных газов хемосорбционным процессом на химически чистой поверхности геттерного материала.

6. Способ нагрева воды по п.2, отличающийся тем, что обеспечение рабочего вакуума в реакционной вакуумной камере производят с помощью геттерной откачки, где перед установкой рабочего диапазона вакуумного давления газов обеспечивают максимально возможный высокий вакуум, после чего производят непрерывную подачу газов, снижая вакуум до требуемой величины, и обеспечивают поддержание рабочего диапазона вакуумного давления газов.

7. Способ нагрева воды по п.4, отличающийся тем, что прижатие твердосплавных элементов очистителей к реакционной поверхности обеспечивают с помощью избыточного давления атмосферных газов.

Микроволновый нагрев воды – дешево и быстро

Используя излучатель, аналогичный установленному в кухонной микроволновке, можно нагревать воду с температуры 0 º до 60 º C всего за несколько секунд. Данное устройство по энергопотреблению в разы более эффективно, чем все существующие аналоги.

 

Принцип действия микроволнового излучателя

 

Волны СВЧ-излучения воздействуют в основном на молекулы воды, которые содержатся практически во всех продуктах – именно поэтому микроволновка так удобна для разогрева еды. Но никто не мешает облучать воду напрямую с вполне прогнозируемым результатом. Согласно расчетам достаточно всего несколько секунд, чтобы разогреть обыкновенную водопроводную воду с температуры 1-2 º до 40-50 º Цельсия.

Разработанная канадскими специалистами установка представляет собой специальную насадку на водопроводную трубу, через которую вода проходит почти свободно. При активации излучателя внутри насадки формируется СВЧ-излучение, которое и будет разогревать поток воды. Таким образом можно получить компактный источник горячей воды, подходящий для бытовых нужд.

Для его работы потребуется только подключение к электросети – также, как и в случае с обыкновенной микроволновкой. Смонтировать нагреватель, теоретически, можно на любой существующей трубе, однако потребуется повозиться с изоляцией металлических частей от излучения.

 

Преимущества и недостатки устройства

 

Микроволновый нагреватель воды компактен и легко интегрируется в существующую систему коммуникаций. Расход энергии на нагрев воды у него в разы меньше, чем при использовании любого другого распространенного источника тепла. Высокая скорость нагрева воды делает ненужными накопительные системы, поэтому нет необходимости хранить горячую воду. Автоматически решается проблема с бактериями Legionella Pneumophila, которые предпочитают горячую застойную воду и активно размножаются внутри бойлеров.

Недостаток у данного устройства пока что только один – это всего лишь концепт, так как разработавшая его компания обанкротилась и даже не успела создать действующий прототип. Поэтому нет данных о том, как этот нагреватель будет работать в реальных условиях, равно как и неизвестно какими на самом деле окажутся его стоимость и расход электроэнергии. Также не стоит забывать о том, что микроволновки комплектуются достаточно сложными системами безопасности, а значит, нагреватель также придется оборудовать чем-то подобным во избежание несчастных случаев.

 

 

Способы нагрева воды

Многие жильцы частных домов задаются вопросом: «Какие системы подогрева воды в доме наиболее распространены?» Вариантов сделать воду теплой — тьма! Выбор зависит от того, как вы организовали отопление. Первый примитивный способ нагрева воды для ванны и кухни — электрический бойлерный котел на 100 или 200 литров.

Еще один способ обогрева — так называемые вторые и третьи контуры котлов, как газовых, так и любых других. Это может быть, например, газовый котел с элементами газовой колонки, то есть котел включается тогда, когда вы открываете кран с водой.

Третий, очень современный способ подогрева, дающий большой КПД, — накопительная тепловая емкость, позволяющая подать горячую в воду в несколько ванных комнат одновременно. Нагрел дровяной котел — и забыл об этом на три дня. Емкость при этом утепленная и держит 90 градусов, которые к концу третьего дня падают до 70. В двухтонном сосуде внутри идут медные спирали, которые с помощью насоса отводят кипяток по всему дому для разных нужд. В том числе и для обогрева теплого водяного пола.

Есть и другие виды отопления, например, термальное тепло, или же интересный способ обогрева на лето — солнечные конвекторы.

Выбор за вами, но он должен быть разумным. Ведь у нас все хотят автономии — и в рамках этого зачастую готовятся к ядерному взрыву. Иногда смешно наблюдать за людьми, которые, обустраивая дом, делают его как бункер, где надо пересидеть несколько лет безвылазно.

Как рационально выбрать систему подогрева воды? Бойлер должен находиться рядом с водозабором, иначе рациональности в его работе не будет. Ведь что такое рациональная работа бойлера любого типа? Например, вы включили кран с горячей водой и ждете 30 секунд, пока пойдет эта самая горячая вода. И это очень нерационально. Поэтому бойлер кухонный должен стоять где-то за стенкой, например, в туалете. А бойлер в ванной — находиться где-нибудь в углу, поблизости. Если ванна, туалет и кухня находятся рядом — хорошо. Если нет — просто во время того, когда делается капитальный ремонт, устанавливают разные бойлеры. Они стоят копейки. И больше ничего не нужно — бойлер работает под давлением водопроводной воды. Это самый бюджетный и экономный вариант. Газовый или дровяной котел с несколькими контурами имеют еще и электрическую часть (насосы) — это более дорогой способ подогрева воды. В домах с газовой системой распространен именно такой вариант подогрева воды. Если система котла дровяная, то, как правило, рядом с котлом стоит бойлер, который накапливает воду. Но в любом случае и бойлер, и вторые контуры котлов сопряжены с электричеством, а потому для обеспечения бесперебойной работы надо ставить и генераторы.

Интересные статьи о строительстве:

Снабжение дома горячей водой — как сделать, варианты и схемы

Существует два основных способа приготовления горячей воды. Первый, — вода нагревается во время движения по нагревателю и подается на водоразбор. Такой нагреватель называется проточным.

Второй способ — нагревается большой объем воды в теплоизолированной емкости, затем постепенно расходуется. Такой нагреватель называется накопительным. Источником энергии обычно являются газ, электричество или разогретый теплоноситель из системы отопления.

Проточный – большой пиковой мощности

Проточный нагреватель должен быть сравнительно мощным, чтобы обеспечивать нужный расход горячей воды в кране. Для лейки душа необходима мощность не менее 10 кВт, для наполнения ванной — от 15 кВт, для двух кранов горячего водоснабжения — от 20 кВт.

Нагревать воду электрическим проточным нагревателем не дешево. К тому же нужно трехфазное подключение (свыше 6 кВт) и специальное разрешение на большую мощность.

Оптимально для обеспечения несколько кранов, установить на каждый из них компактный электрический проточный нагреватель. При этом ставится защита от их одновременной работы, чтобы не перегрузить сеть.

Более дешевый вариант — нагревание воды с помощью газа. Используются газовая колонка, или второй контур котла отопления. Мощности подобных аппаратов может хватить на два крана, а горячая вода получается дешевле.

Недостатки проточного

При проточной схеме нагреватель должен располагаться как можно ближе к крану, чтобы меньше сливать воды, пока не пойдет горячая. Рекомендуемое расстояние — не больше 5 метров. Но в любом случае будет перерасход воды и энергии. Подобный недостаток характерный и для накопительного нагревателя.

Еще один недостаток проточной схемы ГВС (горячего водоснабжения) — невозможность забрать немного горячей воды. У каждого аппарата своя минимальная мощность. Поэтому при малом расходе воды он просто не включается.
В результате также происходи перерасход воды и энергии.

Скачки давления в системе вносят дискомфорт, так как меняют температуру воды на выходе.

В торговых точках чтобы продать малоподходящий проточный электрический нагреватель, просто указывают, что он выдает столько-то литров воды при такой температуре, например, +50 градусов, что на первый взгляд приемлемо. Но не указывается, с какой температуры нагревается вода. Ключевой характеристикой такого аппарата является разность нагрева температур. Ведь холодная вода обычно +6 — +10 градусов, а не +15 или +20.

Накопительная система нагрева воды

Главное достоинство электрического накопительного бака мощностью 1,5- 2,0 кВт в том, что его можно установить везде, в любом доме и квартире, где есть электропитание 220 В. Его объем обычно 25 — 150 литров (ходовой объем 50 — 100 литров). Вода в нем нагревается постепенно до заданной температуры, а при заборе возможен большой расход, снижение температуры происходит постепенно.

Дешевле нагревать воду газовым накопительным нагревателем с маломощной горелкой (до 3 кВт). Дело в том, что на такой нагреватель не нужен специальный дымоход. Но устанавливаться может только по согласованию с горгазом, вероятно по отдельному проекту. Обеспечивается воздухом из помещения (с системой вытяжки).

Недостатки накопительных

• Ограниченный объем воды, что может создавать трудности. Например, если для купания израсходована одна порция в объеме бака, то для приготовления следующего объема нужно много времени.
• Нагреватель необходимо устанавливать рядом с водоразбором, если ванная и кухня разнесены, то на каждый кран необходимо устанавливать по отдельному накопительному баку.
• Происходит перерасход энергии от остывания неизрасходованной горячей воды в нагревателе.
• Перерасход воды при спуске воды из крана, которая остыла в трубопроводе.

Бойлер косвенного нагрева – стабильная система ГВС

Преимущество бойлера косвенного нагрева в том, что для нагрева используется энергия системы отопления, которой много, и она обычно не дорогая. Поэтому горячей воды может быть много, температура ее стабильна, вода дешевле.

Бойлер косвенного нагрева представляет из себя накопительную емкость на 100 — 300 литров. Нагрев осуществляется спиральным трубопроводом, по которому движется разогретый до 80 — 90 градусов теплоноситель.

Системы отопления создаются таким образом, что при остывании воды горячего водоснабжения ниже порогового значения, к примеру +50 градусов, котел переключается на нагрев бойлера. При этом выдает повышенную температуру работает на полную мощность, нагревая ГВС до верхнего порогового значения, к примеру, +60 градусов. После чего опять переключается на отопление.

С буферной емкостью – наибольший запас энергии

В буферной емкости все наоборот, — применяется емкость большого объема, около 1 тонны или больше заполнена теплоносителем, а нагреваемая вода движется по спирали, т.е. происходит прямоточный нагрев. Но при открытии дополнительных кранов ее температура меняется незначительно, так как конструкция имеет большой резерв по количеству передаваемой энергии.

Температура горячей воды будет такой же, как у теплоносителя системы отопления. Иногда это не подходит, поэтому в схему водоснабжения включается и смесительный узел для уменьшения температуры…

Буферной емкостью снабжаются в основном системы отопления с твердотопливными котлами. Как и почему используется буферная емкость

Другие особенности нагрева воды отоплением

Бойлером часто снабжаются одноконтурные газовые или жидкостные котлы. Какой котел выбрать — одноконтурный или двухконтурный

Другой особенностью системы является возможность создания постоянной циркуляции воды по кольцевому трубопроводу водоснабжения. Тогда, при открытии крана сразу же получаем горячую воду. Остывание воды не считается потерей энергии, ведь она расходуется на отопление дома.

Еще имеется возможность экономить — дополнительная спираль нагрева размещается в бойлере и подключается к солнечному коллектору. Энергия солнца называется даровой, расход на солнечные коллектора в данном случае окупается. Это дает возможность подогревать воду летом, если энергии не хватает — подключается котел.

Бойлер послойного нагрева

Основные недостатки обычной прямоточной системы отопления с газовым нагревателем (вторым контуром котла) или электрическим решают с помощью установки бойлера послойного нагрева. Одного или нескольких на каждый кран. Он представляет собой теплоизолированную емкость, в которую подача горячей воды осуществляется сверху. С этого же уровня осуществляется и ее забор.

Такой бойлер дает возможность одномоментно получать много горячей воды стабильной температуры. С ним можно забрать и «чуть воды», а также обеспечить наименьший спуск холодной. В качестве такого промежуточного накопителя можно использовать и обычный нагревательный бойлер.

Ошибка – неправильное подключение бойлера ГВС

Одна из распространенных ошибок при создании системы горячего водоснабжения в доме, — подключение бойлера косвенного нагрева к второму контуру двухконтурного котла. Этот контур сам по себе предназначен для приготовления горячей воды, поэтому имеет ограничение максимальной температуры в +60 градусов, чтобы не происходило термических ожогов.

Соответственно разогреть воду в бойлере косвенного нагрева до нужной температуры он не в состоянии, так как требуемая температура теплоносителя должна быть+80 град. В результате котел работает в аварийном режиме, а вода не нагревается. Подключать такой бойлер можно только к отопительному контуру… Кстати подключить бойлер косвенного нагрева можно и к твердотопливному котлу.
Подробней, схема включения бойлера косвенного нагрева с твердотопливным котлом

Сейчас наиболее комфортным и экономичным решением по созданию системы горячего водоснабжения является установка бойлера косвенного нагрева, там, где это возможно сделать. Остальные схемы ГВС можно считать вынужденными решениями, которые диктуются обстоятельствами, например, экономией при создании…