Водонагреватель - прибор для нагревания воды в системе местного горячего водоснабжения. Бывает две разновидности данных агрегатов: накопительные и проточные нагреватели воды.
В свою очередь они разделяются на водонагреватели:
- косвенного нагревания;
- газовые;
- электрические.
Накопительные бойлеры
Накопительное устройство либо бойлер - это относительно большая емкость с помещенным в ней либо под ней тепловым источником. Нагревание делается с помощью парового либо водяного обменника тепла - в нем перегоняется теплая вода, которая греется при помощи котла отопления. Такие бойлеры именуются нагревателями воды косвенного нагревания.
Такие бойлеры лучше всего подойдут для большого дома. Электрические бойлеры, например водонагреватель Термекс , являются прекрасным вариантом для квартиры в городе. А газовые устройства часто приобретают тогда, когда есть некоторые проблемы с электрической энергией.
Бойлеры делятся на закрытые и открытые. Устройство первого типа можно применять в системе централизованного водоснабжения нескольких пунктов разбора воды. Его нагревательный бак может быть произведен из нержавеющей стали, эмалированной стали или меди.
Второй тип бойлера снабжает лишь один водоразборный пункт и лишь посредством смесителя. Основным принципом работы этой арматуры является перекрытие сетевой воды, которая находится под напором на входе в водонагреватель. Это разрешает производить емкость из менее крепких материалов, часто из пластмассы. Специальный смеситель также играет роль предохранителя, убирая в раковину излишнюю воду при расширении в период нагревания емкости.
Проточные устройства
В проточных нагревателях воды величина бака очень уменьшена, так что бак нагрева является узкой трубкой. Это приводит к скорому нагреву воды за тот период, пока она проходит через емкость нагрева (теплообменник). Применять газовые проточные нагреватели воды можно лишь при присутствии дымохода, который придуман при постройке частного здания по проекту.
Также бывают закрытые и открытые устройства проточного типа. Первые могут снабжать несколько пунктов разбора воды, при этом бак для расширения и группа безопасности не нужны. Открытые проточники могут позволять воде попасть только в один водоразборный пункт с применением особого смесителя.
Также нагреватели воды различаются по способу монтажа и устанавливаются вертикально либо горизонтально. Значительными факторами при приобретении являются объем емкости и мощность прибора. Эти параметры определяют стоимость устройства.
Многие начинающие аквариумисты пренебрегают покупкой нагревателя для аквариума в силу его немалой стоимости (около 1000 российских рубликов за такие известные марки как Aquael). Между тем нагреватель для аквариума выполняет не только функцию нагрева воды, а также ряд дополнительных. Каких? Подробнее о типах аквариумных обогревателей, особенностях выбор, роли нагревателей для жизни аквариумных обитателей читайте далее.
Функции нагревателя для аквариума
1. Нагрев воды в аквариуме. Следует помнить, что нагреватель не подобен нагревательному элементу электрического чайника и может лишь подогревать воды в аквариуме на три-пять градусов выше, чем температура окружающей среды. Данная функция незаменима в холодном помещении в зимний период (например, при отключении отопления).
Кстати, скорость остывания или нагрева воды в аквариуме прямо пропорциональна площади боковых стенок аквариума, а нормальная температура для большинства тропических пресноводных рыб составляет 26-27 градусов по Цельсию.
2. Стабилизация температуры воды в аквариуме. Дело в том, что колебания температуры воды в аквариуме более, чем на два градуса, вызывают стресс у аквариумных рыб и прочих обитателей, а с стрессы, как известно, приводят к снижению иммунитета и как следствие, к гибели аквариумных рыб.
Особенно данная функция полезна при проветривании помещения с рыбами, когда холодный воздух из окна провоцирует перепад температур. Также в аквариумах маленьких объемов колебания температуры в течение дня велики, поэтому стоит позаботиться о покупке нагревателя.
Колебания температуры в течении дня в маленьких аквариумах чаще всего спровоцированы разницей температур при включенном и отключенном освещении (обычные люминесцентные лампы гораздо сильнее влияют на температуру воды в маленьких объемах, чем в аквариумах от 50 литров).
3. Нагреватель при нагревании воды создает движение слоев воды , способствуя хоть и кратковременному и незначительному, но перемешиванию воды в аквариуме.
Типы аквариумных нагревателей
1. Погружной нагреватель. Это самый распространенный и доступный в продаже тип аквариумного нагревателя. Такие обогреватели чаще всего выполнены из стекла или пластмассы. Нагревательный элемент находится непосредственно в жаростойком корпусе, который полностью погружается в воду.
В стеклянных нагревателях данного типа колба заполнена мельчайшим керамическим наполнителем, который обеспечивает высокую теплопроводность.
Такие нагреватели почти всегда снабжены терморегулятором, позволяя обходиться без постоянного контроля за температурой воды в аквариуме. Как только температура воды опускается на полградуса ниже заданной, нагреватель начинает подогревать воду, пока температура не повысится до исходного заранее заданного на реле нагревателя значения.
2. Проточный нагреватель. Такие нагреватели имеют, как правило, корпус из пластика и устанавливаются в аквариум в горизонтальном положении на выходе воды из фильтрующей помпы.
Директ
3. Нагревательные кабели. В продаже такие кабели можно встретить нечасто, а жаль. Такие кабели устанавливаются обычно под грунт, который является самым холодным местом в аквариуме. При нагреве воды из нижних слоев аквариума поднимается вода, создавая отличную циркуляцию воды по всему аквариуму.
4. Нагревательные маты. В продаже встречаются редко. Принцип действия такой: мат укладывается под аквариум, при нагреве мата нагревается дно аквариума, а от дна нагревается вода в аквариуме. так же, как и нагревательный кабель, способствует (хотя и в меньшей степени) перемешиванию воды в аквариуме за счет подъема нагретой воды со дна в верхний слой.
5. Нагреватель в составе фильтра. Во многие модели внутренних или навесных фильтров встраивают нагреватель. Это позволяет сэкономить деньги на покупке данного девайса для аквариума.
Как подобрать мощность нагревателя для аквариума
При подборе мощности нагревателя следует прежде всего руководствоваться инструкцией от производителя. На упаковке всегда указан литраж аквариума.
По общему правилу на 1 Вт мощности нагревателя должен приходиться 1 литр воды. На практике можно покупать нагреватель с расчетов 0,5 Вт на литр. Некоторые источники рекомендуют мощность 1,5 Вт на литр аквариумной воды. Поскольку на стоимость нагревателя мощность никак не влияет, лучше купить нагреватель большей мощности. Но не стоит забывать, что мощность аквариумного обогревателя напрямую влияет на расход электроэнергии.
Из личного опыта могу добавить, что в моем аквариуме объемом 60 литров с успехом справляется нагреватель мощностью 25 Вт.
| Мощность нагревателя, Вт | Минимальный объем аквариума, л | Максимальный объем аквариума, л |
|---|---|---|
| 25 | 10-15 | 10-25 |
| 50 | 15-35 | 20-50 |
| 75 | 35-60 | 40-75 |
| 100 | 60-90 | 60-100 |
| 150 | 90-130 | 90-150 |
| 200 | 130-180 | 140-200 |
| 250 | 180-230 | 180-250 |
| 300 | 230-280 | 230-300 |
Также в некоторых литературных источниках приводится иная таблица, которая позволяет определить мощность нагревателя для нагревания воды в аквариумах различных объемов на определенную температуру.
| Объем аквариума, л | Разница между температурами воды в аквариуме и в комнате, °С | |||||||
| 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 15 | 20 | |
| 20 | 5 | 12 | 17 | 22 | 29 | 34 | 59 | 80 |
| 40 | 9 | 18 | 26 | 36 | 46 | 55 | 100 | 125 |
| 60 | 12 | 23 | 35 | 47 | 59 | 70 | 128 | 140 |
| 80 | 14 | 29 | 43 | 56 | 70 | 85 | 144 | 170 |
| 100 | 17 | 33 | 49 | 66 | 82 | 99 | 150 | 200 |
| 150 | 20 | 43 | 65 | 86 | 108 | 127 | 200 | 250 |
| 200 | 26 | 52 | 78 | 104 | 130 | 156 | 210 | 300 |
| 250 | 30 | 60 | 91 | 121 | 150 | 182 | 270 | 360 |
| 400 | 42 | 82 | 124 | 169 | 208 | 247 | 390 | 500 |
Терморегулятор в нагревателе для аквариума
Если вы покупаете нагреватель для аквариума без терморегулятора, то будьте готовы к тому, что постоянно придется контролировать температуру воды в аквариуме, чтобы в случае перегрева воды ваша рыба не превратилась в уху. Ночью контролировать температуру воды вы не сможете, иначе придется забыть о сне.
На практике я уже давно не видел нагреватели без терморегулятора в продаже. Терморегулятор работает полностью в автоматическом режиме. На реле такого нагревателя задается требуемая температура воды, а нагреватель самостоятельно производит включение или отключение в случае необходимости нагрева воды. Точность таких нагревателей обычно составляет 0,5 градуса Цельсия.
Типы терморегуляторов в погружном аквариумном нагревателе
1. Электронный. Имеют самую высокую точность определения температуры воды. Отличаются дорогой ценой. Современные европейские модели также отличает высокая надежность и стабильность работы. Чаще всего материал изготовления таких устройств - пластик.
2. Механический. По сравнению с электронными нагревателями имеют более приемлемую цену. В виду погрешности реле для регулировки нагрева первое время стоит проконтролировать нагрев воды с помощью отдельного аквариумного термометра. Чаще всего материал изготовления таких устройств - стеклянная колба.
Какого производителя нагревателя выбрать
С О В Е Т
Чтобы избежать перегрева воды в аквариуме имеет смысл использовать два нагревателя меньшей мощности вместо одного. Правда, этот вариант плох ценой, которая будет в два раза выше. Зато вы всегда будете иметь под рукой запасной нагреватель в случае выхода одного из двух из строя.
В Н И М А Н И Е!
Ни в коем случае ни при каких обстоятельствах не включайте аквариумный нагреватель без полного погружения в воду. Несоблюдение данного требования приведет к выходу устройства из строя и выбрасыванию потраченных денег на ветер. Также не стоит забывать отключать нагреватель при чистке аквариума.
Правила эксплуатации нагревателя для аквариума
3. Стоит отключать нагреватель при обслуживании аквариума.
4. Нельзя монтировать нагреватель на проводе, а также использовать нагреватель с неисправным проводом или пытаться его самостоятельно починить.
5. Вода должна быть залита выше уровня, который обозначен на колбе нагревателя. Лучше всего погружать нагреватель в воду полностью.
6. нагреватель можно располагать как вертикально, так и горизонтально.
7. Нагреватель нельзя погружать или закапывать в песок или гравий.
8. Желательно устанавливать нагреватель рядом с течением аквариумного фильтра, чтобы нагреватель как можно лучше омывался потоком воды.
9. Включать нагреватель стоит только по прошествии 15 минут после того, как вы его поместили в воду.
10. На мой взгляд, бесполезное правило, но всё же: нельзя погружать нагреватели на глубину более 1 метра. Так что если вы владелец такого огромного аквариума, то учитывайте данное требование.
Обслуживание аквариумного нагревателя
Обслуживания нагревателя заключается в периодической, по мере загрязнения, протирке внешней поверхности стеклянной колбы или пластикового корпуса. Не стоит ни в коем случае пытаться разобрать нагреватель для его чистки.
На что обратить внимание при покупке нагревателя для аквариума
1. Возможность применения в соленой воде, если вы владелец морского аквариума. Дело в том, что соль способна разъедать некоторые материалы.
2. Комплектация. К большинству нагревателей прилагаются присоски для закрепления в аквариуме, но их может и не быть! На это стоит обратить внимание.
3. Функции. Некоторые нагреватели снабжены дополнительной функцией аварийного отключения в случае поломки. Такая функция - это дополнительное приятное, но не лишнее дополнение к покупке.
4. Мощность и наличие термостата. Ну про эти критерии выбора пояснять ничего не буду, как чуть выше все уже довольно подробно расписано.
Послесловие
Во многих литературных источниках упоминается, что рыбам нужно обеспечивать разницу температур между днем и ночью где-то в два градуса. Так вот. Это полный бред. Доказано, что без суточных колебаний температур рыбы живут дольше. Так что делайте выводы сами.
Нагревание и испарение
Литература:
1. Г.Д. Кавецкий, В.П. Касьяненко «Процессы и аппараты пищевой технологии».- М., КолосС, 2008.-591 с.: ил.
2. Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А.Н. Острикова и др.]; под ред. А.Н. Острикова.
План лекции:
1. Нагревание.
2. Испарение.
3. Аппараты для нагревания пищевых сред.
Контрольные вопросы:
1. Какими методами нагревают пищевые продукты?
2. В чем особенности нагревания водой?
3. Какими достоинствами обладает процесс нагревания водяным насыщенным паром?
4. В чем недостатки нагрева топочными газами?
5. Как используют электрический ток для нагревания?
6. В чем существо терморадиационного нагрева?
7. В каких аппаратах теплообменными конструкциями являются трубы?
8. Определите технологические преимущества пластинчатых теплообменников.
ВОПРОС № 1. НАГРЕВАНИЕ
Нагреванием называется процесс повышения температуры материалов путем подвода к ним теплоты. В пищевой технологии широко распространены методы нагревания горячей водой или другими жидкими теплоносителями, насыщенным водяным паром, топочными газами и электрическим током.
Для этих целей применяют теплообменники различных конструкций.
Нагревание водой используют для повышения температуры и пастеризации пищевых продуктов при температурах ниже 100 °С. Для нагревания до температуры выше 100 °С применяют перегретую воду, находящуюся под избыточным давлением. Вода относится к доступным и дешевым некоррозиеактивным теплоносителям, обладающим высокими теплоемкостью и коэффициентом теплоотдачи. Обычно обогрев водой осуществляется через разделяющую теплоноситель и продукт стенку аппарата.
При нагревании водой или другими жидкостями, например маслом, органическими теплоносителями, часто применяют циркуляционный способ обогрева. По этому способу горячая вода (либо другой теплоноситель) циркулирует между нагревателем и теплообменником, в котором она отдает теплоту.
Циркуляция может быть естественной или принудительной. Естественная циркуляция происходит за счет разности плотностей горячего и холодного теплоносителей.
Более эффективен способ обогрева с принудительной циркуляцией при помощи насоса.
Для обогрева теплиц при выращивании огурцов, томатов и других овощей используют горячую воду, отходящую от заводских теплоиспользующих установок.
Другой способ нагревания горячими жидкостями - обогрев при помощи обогревательных бань, представляющих собой аппараты с рубашками. Рубашка нагревается топочными газами, электрическим током или насыщенным водяным паром высокого давления, подаваемым в змеевик.
Из высококипящих органических жидкостей для создания высоких температур применяют минеральные масла (до 250... 300 °С), тетрахлордифенил (до 300 °С), глицерин, кремнийорганические соединения и др. Наибольшее распространение получила дифенильная смесь, которую используют для нагревания по циркуляционному способу, а также для заполнения обогревательных бань. Коэффициент теплоотдачи для жидкой дифенильной смеси в условиях естественной циркуляции составляет 200... 350 Вт/(м 2 · К). Дифенильная смесь обеспечивает обогрев до 260...400 °С.
Расход воды или другого теплоносителя на нагревание определяют из теплового баланса.
где W в и G п – массовые расходы соответственно воды и продукта, кг/ч; с в и с п – теплоёмкости соответственно воды и продукта, кДж/(кг · К); t в.н. и t п.к. – конечные температуры соответственно воды и продукта, °С; Q п – потери теплоты в окружающую среду, кДж/ч.
Нагревание водяным насыщенным паром получило широкое распространение благодаря следующим его достоинствам: большому количеству теплоты, выделяющемуся при конденсации водяного пара (2024...2264 кДж на 1кг конденсирующегося пара при абсолютных давлениях соответственно 0,1...1,0 МПа); высокому коэффициенту теплоотдачи отконденсирующего пара стенке - примерно 20 000...40 000 кДж/(м 2 · ч · К); равномерности обогрева.
При нагревании водяным насыщенным паром применяют два способа: нагревание «глухим» насыщенным и «острым» паром.
При нагревании «глухим» паром теплота от конденсирующегося насыщенного водяного пара нагреваемому теплоносителю передается через разделяющую их стенку. Греющий «глухой» пар конденсируется и выводится из парового пространства теплообменника в виде конденсата. При этом температуру конденсата принимают равной температуре насыщенного греющего пара.
Массовый расход пара (кг/ч) при нагревании жидкости определяют из теплового баланса.
где D – массовый расход пара, кг/ч; G – массовый расход жидкости, кг/ч; с – удельная теплоёмкость жидкости, кДж/(кг · К); t и и t к – соответственно начальная и конечная температуры жидкости, °С; і ´ и і ´´ - удельные энтальпии соответственно греющего пара и конденсата, кДж/ч.
Чтобы пар полностью конденсировался в паровом пространстве теплообменника, на отводной линии конденсата устанавливают конденсатоотводчики различных конструкций (рис. 1). Конденсатоотводчик пропускает конденсат, но не пропускает пар, поэтому он полностью конденсируется в паровом пространстве Теплообменника, что приводит к существенной экономии пара.
При нагревании «острым» паром водяной пар вводят непосредственно в нагреваемую жидкость. Пар конденсируется и отдает теплоту нагреваемой жидкости, а конденсат смешивается с жидкостью. Пар вводится через барботер, представляющий собой во многих случаях трубу сотверстиями, согнутую по спирали Архимеда либо по окружности. Впуск пара по барботеру обеспечивает одновременно с нагреванием жидкости ее перемешивание с паром.
Рис. 1. Схема установки конденсатоотводчика:
1 – теплообменник; 2 – продувочный вентиль; 3 – конденсатоотводчик;
4 – вентили; 5 – отводная линия.
Расход «острого» пара определяют из теплового баланса
Обозначения здесь те же, что и в уравнении (3).
Расход «острого» пара
Нагревание «острым» паром применяют в тех случаях, когда допустимо разбавление нагреваемой среды водой. Этот способ часто используют для нагревания воды и водных растворов.
Нагревание топочными газами , образующимися при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива в специальных печах, используют, например, для обогрева сушилок.
Недостатками обогрева топочными газами являются: низкий коэффициент теплоотдачи, равный 60...120кДж/(м 2 · ч · К), значительные температурные перепады и неравномерный нагрев; сложность регулирования температуры; окисление стенок аппаратов, а также наличие вредныхпродуктов сгорания, что делает недопустимым применение топочных газов для нагревания пищевых продуктов при непосредственном соприкосновении с ними.
Кроме топочных газов, полученных в специальной печи, используют также отработавшие газы от печей, котлов и т. д. температурой 300...500 °С. Применение отработавших газов не требует дополнительного расхода топлива, поэтому использование их для нагревания весьма рационально.
При нагревании электрическим током используют ток напряжением 220...380 В и частотой 50 Гц, токи высокой и сверхвысокой частоты (СВЧ) с частотой колебаний от нескольких сотен килогерц до тысяч мегагерц.
Нагревание продуктов электрическим током может осуществляться прямым и косвенным действием. При прямом воздействии электрического тока тело нагревается при прохождении через него электрического тока. При косвенном воздействии теплота выделяется при прохождении электрического тока по нагревательным элементам (ТЭН). Выделяющаяся при этом теплота передается материалу тепловым излучением, теплопроводностью и конвекцией. Нагревательные элементы изготовляют из проволоки или ленты нихрома (сплав, содержащий 20 % хрома, 30...80 % никеля, 0,5...50 % железа).
ТЭНы бывают разнообразной формы: цилиндрические, плоские, спиральные, круглые, кольцеобразные. ТЭНы устанавливают в электроплитах, мармитах, варочных котлах, фритюрницах, блинницах, в хлебопекарных печах.
Количество теплоты, которое необходимо подвести в процессе нагревания электрическим током, определяют из теплового баланса
где Q э – количество теплоты, которое выделяется в нагревательном электрическом элементе при прохождении в нём электрического тока, Дж/ч; G – расход продукта, кг/ч; с – удельная теплоёмкость продукта, Дж/ (кг · К); t и и t к - соответственно начальная и конечная температуры перерабатываемого продукта, °С; Q п – потери теплоты в окружающую среду, Дж/ч.
Из уравнения (7) получим
(8)
Мощность электронагревательных элементов, Вт,
(9)
В настоящее время большинство оборудования пищевой промышленности работает на электрическом токе, который практически вытеснил газовые приборы.
Нагревание токами высокой частоты основано на том, что при воздействии на диэлектрик, помещенный между пластинами конденсатора переменного электрического тока, его молекулы приходят в колебательное движение, при этом часть энергии затрачивается на преодоление трения между молекулами диэлектрика и превращается в теплоту, нагревая тело. Количество выделяющейся теплоты пропорционально квадрату напряжения и частоте тока. Обычно частота тока составляет 1 · 10 6 ...100 · 10 6 Гц.
Для получения токов высокой частоты используют генераторы различных конструкций. К достоинствам диэлектрического нагревания относятся: непосредственное выделение теплоты в нагреваемом теле, равномерный быстрый нагрев всей массы продукта до требуемой температуры, простота регулирования процесса.
В последние годы широкое применение в пищевой технологии нашел нагрев в поле СВЧ, которое характеризуется сантиметровым диапазоном длин волн и частотой колебаний в тысячи мегагерц. СВЧ-нагрев используют в микроволновых печах для разогревания продуктов, выпечки и т. д., а также для обеззараживания сырья и продуктов.
Для преобразования электрического тока частотой 50 Гц в токи СВЧ в микроволновых печах служат магнитроны. Частота колебаний находится в обратной зависимости от длины волны λ и определяется как v = с/λ, где с - скорость распространения света, равная 300 000 км/с. Высокочастотный нагрев основан на явлении поляризации. В диэлектрике колебания молекул связаны с трением частиц между собой. В результате возникающего трения в массе продукта выделяется теплота. Чем больше частота электрического поля, тем больше генерируется в массе продукта теплоты.
Для определения количества теплоты, выделяемой в единице массы продукта, определим удельные диэлектрические потери.
Потери мощности в единице массы или объема, Вт/см 3 ,
где Р- общая потеря мощности, Вт, в диэлектрике емкостью с, находящемся под переменным напряжением U при частоте f, V- единица объема.
Подставим в уравнение (10) значения общей потери мощности Р= UI c м cos φ и полного значения тока смещения в диэлектрике I см - ωcU, где ω – угловая частота поля; ω = 2πf.
После подстановки получим
Заменив V= Sd, где площадь S- поверхности рабочей части пластин конденсатора; d- расстояние между пластинами; φ - угол, на который ток смещения в цепи опережает приложенное напряжение, получим
(12)
Если напряженность электрического поля Е (В/см) выразим как Е= U/d ,a емкость с = εS/d , где ε - диэлектрическая проницаемость продукта, получим
(12)
Выразив f в Гц, Е в В/см, окончательно получим потерю мощности, Вт/см 3 , (13)
Произведение etg δ называется коэффициентом диэлектрических потерь. Как следует из уравнения (85), удельные диэлектрические потери, которые определяют количество выделяемой теплоты в единице массы или объема диэлектрика-продукта, зависят от параметров поля высокой частоты и от диэлектрических свойств материала, т. е. от угла δ диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости ε.
Терморадиационный нагрев представляет собой сложный физический процесс, обусловленный большой оптической плотностью и неоднородностью облучаемых продуктов.
При терморадиационном нагреве теплота подводится к продукту от генераторов инфракрасного излучения: высокотемпературных излучателей, кварцевых и зеркальных ламп.
Применение ИК-нагрева позволяет сократить продолжительность обработки продуктов, а также повысить их качество. При облучении продукта ИК-лучами лучистая энергия превращается в теплоту. Эффективность нагревания зависит от спектральных характеристик генераторов излучения и облучаемого продукта.
Так, например, при вялении дынь продолжительность процесса в поле ИК-излучений сокращается в 3...5 раз и при этом значительно повышается качество продукта.
Инфракрасное излучение отличается от других видов электромагнитных колебаний частотой, длиной волны и скоростью ее распространения. Длина волны ИК-излучения находится в пределах 7,7 · 10 -5 ...3,4 · 10 -2 см (0,77...340 мкм).
Оптические свойства продукта определяются его свойствами и содержащейся в нем воды. Спектральные характеристики генераторов излучения должны соответствовать спектральным характеристикам облучаемых продуктов. При правильном выборе излучателя и режима облучения обеспечивается проникновение излучения в глубь материала, что приводит к интенсификации процессов тепломассообмена. Проницаемость материалов для ИК-лучей зависит от вида материала (капиллярно-пористые или коллоидные), их структуры, размеров капилляров, характера их распределения, от вида связи влаги с материалом.
Капиллярно-пористые материалы поглощают энергии больше, чем коллоидные. Это связано с многочисленными отражениями тепловых лучей от стенок капилляров материала.
Основная часть энергии поглощается поверхностным слоем продукта, а внутрь попадает только незначительная ее часть, составляющая на глубине 1...2 мм только 5...20% энергии облучения. Так, при ИК-нагреве слой муки не должен превышать 10 мм, фруктов и овощей - 10... 15 мм.
Если продукт способен выдерживать нагрев до высоких температур, то при проникающем облучении следует применять высокотемпературные источники излучения. При этом заметно интенсифицируется процесс нагревания без опасности перегрева поверхности продукта.
В электрических индукционных печах нагревание осуществляется индукционными токами. Корпус печи выполняет роль сердечника соленоида, по которому пропускается переменный ток. Вокруг соленоида возникает переменное магнитное поле, которое индуцирует в стенке печи электродвижущую силу. Стенки печи нагреваются вторичным током. Соленоид изготовляют из материалов с низким омическим сопротивлением, например из медной и алюминиевой проволоки.
Диэлектрическое нагревание используют для нагревания диэлектриков. Количество выделяющейся теплоты прямо пропорционально квадрату напряжения и частоте тока.
Преимущества диэлектрического нагревания: высокая скорость процесса, равномерный прогрев материала, возможность регулирования процесса.
Электрические бойлеры являются оборудованием, которое устанавливается в жилище любого типа и служит для нагревания воды. Приобрести такой агрегат стоит, если в доме есть стабильное электрическое снабжение и нет подключения к газопроводу. Чтобы организовать получение подогретой воды не из централизованной магистрали горячего водоснабжения, бойлер считается наилучшим вариантом. Наличие горячей жидкости необходимо в частном секторе, квартирах многоэтажных домов, современных офисах и в рабочих цехах на предприятиях.
Водонагреватели бывают проточные и накопительные. Проточные приборы позволяют быстро получить нагретую воду , но после отключения электронагревателя поток влаги моментально остывает. Кроме того, для подключения эффективных проточных водонагревателей нужно наличие мощной проводки, так как обычная бытовая сеть не может обеспечить прибору нужное потребление.
Электронагреватель воды накопительный принимает жидкость из сети, нагревает ее и подает по трубам в точку забора воды. Характеристиками отличия модификаций бойлеров являются мощность, объем накопительного бака, вес, габаритные размеры и время получения подогретой воды до заданной температуры. От этих показателей и зависит стоимость каждой конкретной модели.
Принцип работы нагревателей электрического типа
Накопительные бойлеры выпускают с внутренними баками, которые вмещают от 10 до 150 литров жидкости. В зависимости требуемой быстроты нагревания воды ставят внутренние нагревательные элементы мощностью от 1,5 до 2,5 кВт. Новейшие модификации бойлеров могут работать по выбору в дежурном или нагревательном режиме , что дает возможность использовать прибор на половину мощности. Чтобы уменьшить образование отложений ржавчины ставят электрический анод, выполненный из магния.
Между внутренним и наружным баками выполняют теплоизоляцию современными материалами для предотвращения быстрого понижения температуры воды. Термостат будет снимать показатели нагрева воды и будет включать агрегат в нужное время для сохранения заданных параметров. Все бойлеры оснащены предохранительными клапанами от скачков напора воды в магистрали.
Особенностью электрических нагревателей является расходование небольшого количества мощности подогревания воды в дежурном режиме для поддержания нужной температуры. Даже самые объемные накопительные бойлеры для работы в автоматическом режиме потребляют всего 1–2 кВт электрической энергии. Работают они непостоянно, а только время, положенное для подогрева воды, поэтому очевидная экономия средств делает накопительные электрические агрегаты очень популярными среди пользователей.
Различие потребляемой мощности будет отличаться в бойлерах, установленных в частном секторе и агрегатах, работающих в квартире многоэтажного дома. Это происходит потому, что начальная входная температура потребляемой воды будет иметь разное значение. В собственных домостроениях она обычно холоднее по причине близости к уличному участку водопровода, где в зимнее время температура близка к нулю. Соответственно больше электрического тока бойлер будет потреблять именно в зимние и осенние месяцы.
На использование электричества будет существенно влиять количество водозаборных точек, подключенных к агрегату. Расход подогретой воды потребует нагрева следующей порции и, соответственно новых затрат.
Материал для бака
Внутренняя плоскость нагревателя все время находится в контакте с влагой, что вызывает ее преждевременную коррозию и разрушение стенок. Для уменьшения вредного воздействия воды и увеличения времени эксплуатации электрические нагреватели выпускают с внутренним баком
, изготовленным из нержавеющей стали. Внутренняя поверхность такой емкости обрабатывается стеклом, фарфором или титановым слоем с эффектом сопротивления коррозии. Продлевается срок службы, но эти защитные мероприятия увеличивают стоимость накопительного оборудования.
Наиболее дешевым является стеклянное или керамическое напыление на внутренних стенках. Недостатком можно считать боязнь таких материалов резкой перемены температур, что может привести к появлению микротрещин на поверхности бака. Кроме того, в подобной среде развиваются микробы и бактерии, поэтому кроме небольшой температуры нужно выставлять максимальные значения и иногда кипятить воду в бачке. Бойлеры с эмалевым и керамическим покрытием служат около 5 лет.
Более дорогостоящими считаются бойлеры с титановым покрытием внутренней емкости. Они эксплуатируются в течение 10 лет. Очень слабыми местами в бойлерах считаются соединительные швы , но современная технология позволяет улучшить их качество.
Недостатки электрических бойлеров накопительного типа
К недостаткам электрических накопительных приборов для нагрева воды можно отнести следующие:
- для накопления большого количества воды требуются баки значительной емкости, которые бывает сложно разместить в небольших ванных комнатах;
- в небольших по емкости бойлерах объем воды может быть недостаточным для бытовых и хозяйственных нужд, а подогрева новой порции воды нужно ждать определенное время;
- в период пользования требуется чистка бойлера от наслоений ржавчины, для этого нужно обращаться к специалистам и демонтировать его;
- плоские и горизонтальные типы электрических нагревателей, которые позволяют экономить пространство в помещении, стоят выше, чем стандартные вертикальные конструкции;
- после расхода более 80% воды из накопительного бака, человек начинает испытывать определенный дискомфорт, который возникает из-за снижения температуры жидкости при поступлении массы новой холодной воды.
Многие производители современных накопительных водонагревателей стараются уменьшить неудобство от быстрого смешивания и охлаждения воды в баке тем, что ставят внутри распылитель , способный сделать поступление холодной массы более медленным и равномерным.
Вопросы экономики
Самым экономичным режимом накопительного водонагревателя считается выбор автоматического подогрева. Подсчитано, что при включении бака на полный нагрев новой холодной порции уходит больше электрической энергии
, чем на поддержание выбранной температуры. Производители современных моделей накопительных нагревателей предполагают, что понижение градусов будет составлять всего 0,5 в час, а восполнение потребует суммарно за сутки всего два с половиной киловатта.
Автоматические приборы управления накопительным бойлером позволят потребителю перестроить оборудование на ночной льготный тариф электрической энергии, а днем отключать водонагреватель, используя подогретую ранее воду. К новинкам можно отнести и возможность подогревать воду более медленно, за счет установки двух нагревательных элементов, один из которых отключается, если не требуется быстрый нагрев жидкости.
Одним из приемов экономии считается покупка накопительного бойлера большой емкости и включение его примерно на 50ºС. Это исключит затраты дополнительной электрической энергии и позволит оптимизировать работу водонагревателя:
- на внутренних стенках бака будет меньше происходить процесс коррозии и нагреватель прослужит дольше;
- на теле нагревательного элемента при понижении температуры будет меньше образовываться солевая накипь;
- будет снижена потребляемая мощность при работе в автоматическом режиме.
Характеристика некоторых известных марок электрических водонагревателей
Аристон
Итальянские производители, более пятидесяти лет занимающиеся выпуском техники, стараются сделать водонагреватели долгосрочной эксплуатации, при этом имеющие современный стильный дизайн и соответствующие запросам самого требовательного человека.
Научные технологии, развивающиеся в головных и второстепенных фирмах, позволяют создать внутреннюю поверхность накопительного бака из материалов, которые активно сопротивляются коррозии и не создают дополнительных неудобств пользователям. Нагревательные элементы не подвергаются образованию накипи. Установленный рассекатель позволяет полностью исключить контакт горячей воды в накопительном баке и новой порции поступающей воды.
В электрических водонагревателях устанавливается полная аварийная защита , которая отсоединит прибор от электроэнергии и не дадут человеку получить травму током. Такие реле и датчики не позволят начать нагревание ТЭНа при пустом баке без воды.
Атлантик
Первые водонагреватели фирма выпустила в семидесятых годах двадцатого века и с тех пор эту марку производят известнейшие производители европейских стран.
Представители электрических нагревателей этой фирмы содержат в конструкции трубчатые нагревательные элементы , что позволяет полностью отторгать налет ржавчины и накипи. Это экономные агрегаты с объемом нагреваемой воды от 10 до 180 литров. Использование электричества не превышает 2 кВт за час работы прибора.
Марка выпускается с вертикальным и горизонтальным способом крепления оборудования к стене, многие модели оснащены световыми индикаторами начала работы. Для некоторых случаев предусмотрен режим быстрого нагревания жидкости.
Накопительный бак внутри выпускается с покрытием, в составе которого присутствуют кварц, титан и кобальт, что обеспечивает надежную защиту поверхности от коррозии. Позаботились производители и о сохранении температуры нагретой воды – изоляция устроена из эффективного и современного утеплителя, который хорошо себя зарекомендовал.
Добавление в конструкцию электрического накопительного бака медных и магниевых анодов предупреждает образование накипи. Группа защитных клапанов предохраняет водонагреватель от большого напора воды и не допускает обратного вытекания горячей воды в трубы.
Электролюкс
Марка относится к самой старой и испытанной в мире и связана с испанскими производителями. Начало работы по созданию качественных и элегантных моделей относится еще к началу двадцатого века. С тех пор компания наращивает мощности, что дало возможность открыть производство водонагревателей во многих странах мира. В оборудовании этой фирмы со временем изменяется и улучшается функциональность
, а также эксплуатационные характеристики, что совсем не влияет на повышение цены.
В агрегатах устанавливаются различные датчики и световые индикаторы, термометры и защитные приборы. Все эти показатели работы расположены на передней стенке и существенно облегчают пользование оборудованием. Стеклокерамическое покрытие внутренней поверхности предохраняет водонагреватель от выхода из строя и продлевает срок службы. Такое покрытие облегчает работу по периодической очистке водонагревателя.
Кроме того, встроена программа по обеззараживанию содержимого бака, что способствует получению воды без бактерий и микробов. Об экономии средств потребителя заботится установка из двух ТЭНов, работающая вместе или попеременно.
Выбор оптимального варианта нагревателя воды
Расчет объема бака
Чтобы не переплачивать за излишне нагретую воду следует произвести подсчет необходимого количества горячей воды в сутки.
Потребность в воде у всех потребителей различается, но приняты средние нормы потребления. Для того чтобы попариться в ванной потребуется использовать около 80 л горячей воды. Мыть посуду в течения дня можно, потребив для этого от 15 до 25 литров жидкости. Для принятия душа достаточно около 25– 30 л влаги.
Для небольшой семьи вполне хватит агрегата, содержащего 80 л воды. Водонагреватели емкостью от 100 до 160 л требуются семье, в состав которой входят более трех-четырех членов. На выбор объема влияет и количество кранов и душевых установок, подключенных к бойлеру.
Сухие и мокрые нагревательные элементы
К категории мокрых ТЭНов относят обыкновенные мощные спирали, которые устанавливают внутрь накопительного бака электрического нагревателя. Сухим ТЭНом называется нагревательной элемент, который помещен внутрь трубки из керамики или металла и напрямую с водой не имеет контакта.
Сухой элемент имеет неоспоримые достоинства.
Современный мир диктует свои правила экономии потребления природных ресурсов. Для их сохранности многие люди делают свой выбор в пользу электроэнергии. Но потребность в ней растет с каждым днем. Стоимость ее увеличивается. Становится невыгодно обогревать дом за счет электрических приборов.
Совсем недавно в Россию пришла новая разработка в области автономного отопления и горячего водоснабжения под названием «индукционный водонагреватель». Установка устройства позволяет обеспечить теплом целый дом и сэкономить на электрической энергии. Оно не выделяет в воздух вредных веществ и считается совершенно безопасным для здоровья человека. Индукционные водонагреватели также используются для нагрева воды в системе отопления дома.
Принципы работы
Для сборки своими руками необходимо изучить, из чего он состоит и понять принципы его работы.
Устройство нагревается за счет энергии электромагнитного поля. Теплоноситель ее забирает на себя и преобразует в тепло.
Магнитное поле создается в индукторе (это цилиндрическая катушка с большим количеством витков). Проходя через нее, электричество создает вокруг себя напряжение. Магнитный поток движется по замкнутому кругу перпендикулярно электрическому полю. Переменный ток создает вихревые потоки и генерирует энергию в тепло. Передача электроэнергии нагревателю происходит без прямого контакта.
Индукционное тепло расходуется эффективно и экономно, поэтому вода при таком способе нагревания за короткий промежуток времени достигает высоких температур. Теплоноситель получает около 97% энергии.
Компоненты индукционного водонагревателя
Организация системы отопления в собственном доме с помощью индукционного котла не потребует ее серьезной перепланировки. В основе используется трансформатор, состоящий из первичной и вторичной обмоток.
Вихревые потоки образуются в первичной обмотке из электрической энергии и создают электромагнитное поле. Оно попадает на вторичную, которая несет функцию нагревателя.
Этот компонент вырабатывает тепло и передает ее воде в отопительной системе дома.
Вторичная обмотка представляет собой корпус котла. В него входят такие элементы, как:
- внешняя обмотка;
- сердечник;
- электроизоляция;
- тепловая изоляция.
Для подвода холодной воды в устройство и отвода теплой в систему отопления к водонагревателю устанавливают два патрубка. Нижний монтируют на вводный участок, а верхний на отводящую горячую воду часть.
Тепло, которое создается котлом, отдается теплоносителю. Чаще всего в его качестве выступает вода, так как она способна быстро забрать тепло. За счет встроенного насоса горячая вода через патрубок поступает в отопительную систему. Жидкость постоянно циркулирует, поэтому перегрев оборудования не возможен. Подается остывшая вода, а отводится горячая.
При циркуляции отопительная жидкость вибрирует, что не дает откладываться накипи внутри труб. Устанавливать индукционный водонагреватель можно в любом помещении, так как в процессе эксплуатации не создается шум.
Как собрать индукционный котел самостоятельно
Современный рынок отопительных устройств представляет большой выбор различных моделей индукционных нагревателей как для бытового, так и для промышленного использования. Несмотря на то, что на сегодняшний день подобное оборудование не вышло на уровень широкого применения в отопительных системах, стоимость его высока. Цена на бытовые котлы начинаются от 25 000 рублей, а на промышленные - от 100 000 руб.
В целях экономии сделать индукционный нагреватель можно своими руками. Такая работа под силу даже не специалисту.
Устройство со сварочным инвертором и пластиковыми трубами
Все материалы и компоненты, которые применяются для сборки, доступны и зачастую находятся под рукой. Что для этого нужно:
- катанка или нержавеющая проволока из стали (диаметр до 0,7 см);
- медная проволока;
- металлическая сетка;
- фрагмент с толстыми стенками для корпуса обогревателя (диаметр изнутри 5 см);
- сварочный аппарат;
- переходники для монтирования котла к системе отопления;
- инструменты;
- насос для обеспечения циркуляции воды.
Проволоку из нержавеющей стали нужно нарезать на кусочки длиной 0,5-0,7 см. Заполнить плотно ими пластиковую трубу и закрыть ее с обеих сторон. В ней не должно быть свободного пространства. На дно трубки устанавливается металлическая сетка, которая позволяет удержать стальные частички внутри.
Далее следует смастерить основной компонент нагревания - индукционную катушку. На пластиковую трубу наматывается медная проволока. Необходимо сделать не менее 100 аккуратных витков на одинаковом расстоянии друг от друга. Затем индукционная катушка подключается к системе индивидуального отопления. Устанавливается котел в любой части трубопровода. Для прокачки воды необходимо встроить насос.
Подключается самодельное устройство внешней обмоткой из меди к инвертору. Обязательно проводятся работы по электроизоляции и теплоизоляции котла. Все открытые участки закрываются специальным материалом. Для утепления используется базальтовая вата. Это необходимо для того, чтобы нагревалась труба без потерь теплоэнергии на воздух.
Если не провести теплоизоляцию, КПД системы значительно снизится при конвекции.
Устройство с трансформатором
Данный вариант проще в сборке, чем предыдущий. Что потребуется для изготовления своими руками:
- трехфазный трансформатор с возможностью крепления;
- сварочный аппарат;
- медная обмотка.
Необходимо вставить трубы одна в другую, сварить. Конструкция в разрезе должна напоминать форму бублика. Она выполняет одновременно две задачи – нагревательного элемента и проводника. Затем медной проволокой обматывается корпус нагревателя и подключается к трансформатору. Чтобы тепло не терялось в процессе эксплуатации, на котел можно соорудить защитный кожух.
Хорошая альтернатива стандартным системам отопления. Его эффективность составляет около 97% КПД. Такие системы экономичны, функционируют на любой жидкости, работают бесшумно, не выделяют вредных веществ.
При соблюдении правил сборки котлы безопасны в эксплуатации. Они долговечны. Но если какой-то элемент придет в негодность, замена его не составит сложностей. Все материалы легко заменимы и доступны.