В частных домах иногда используют проточный водонагреватель

Все те блага цивилизации в загородной местности приходится создавать своими силами.

В частности, перед домовладельцем стоит задача по организации горячего водоснабжения, без которого жизнь даже в летний период вряд ли можно счесть комфортной.

Попробуем разобраться, какой водонагреватель лучше купить в частный дом.

Виды водонагревателей

Проточный или накопительный: эти приборы отличаются по принципу действия: первые греют воду мгновенно, то есть ее поток на выходе из теплообменника уже имеет достаточную температуру; вторые оснащены емкостью, в которой запас воды нагревается постепенно. У каждой разновидности есть как достоинства, так и недостатки — об этом будет рассказано ниже.
Настенный или напольный: настенный вариант является более удобным, так как его можно расположить над мойкой, бачком унитаза, разделочным столом, то есть место на полу под ним можно как-то использовать. Если же установлен напольный вариант, помещение покажется более тесным. Конечно, при большой массе водонагревателя выбирать не приходится — такие приборы делают только в напольном исполнении.
Газовый, электрический, дровяной: по удобству эксплуатации на первом месте стоят электрические приборы, затем газовые и твердотопливные. Однако, ввиду дороговизны электричества самыми популярными пока остаются газовые водонагреватели.

Обустройство загородного дома горячей водой

Если дом только построен и еще не оборудован системой отопления, покупка отдельно водонагревателя не является обязательной. Можно приобрести двухконтурный котел, который подключается и к системе отопления, и к водопроводу. Работает он по следующей схеме: когда расхода горячей воды нет, теплоноситель циркулирует по обычному маршруту:

через основной теплообменник отопителя и систему отопления;
когда пользователь открывает кран, в котле переключаются клапаны, так что теплоноситель направляется на дополнительный теплообменник горячего водоснабжения (это и есть второй контур).

Летом 2-контурный котел обеспечивает горячей водой безупречно, зимой же проявляется важный недостаток: пока открыт кран для горячей воды, тепло в систему отопления не поступает. Есть модели, которые периодически тепло в отопительный контур все-таки «подбрасывают», но тогда вода из крана льется то чуть горячее, то прохладнее, что весьма неудобно.

Подключение электрического водонагревателя

Тем не менее, 2-контурные отопители сегодня достаточно востребованы по причине двух важных преимуществ:

один комбинированный прибор стоит дешевле двух отдельных;
и при этом занимает минимум пространства.

Двухконтурный котел греет воду в проточном режиме и если он обладает малой мощностью, производительность наверняка покажется недостаточной. К примеру, чтобы зимой нагреть воду до температуры в +40 0 С в количестве 5 – 6 л/мин (примерно 0,1 л/сек), а именно такой расход и температуры нужны для приема душа, потребуется мощность

Q = 4200 * 0.1 *(40 – 7) = 13860 Вт = 13,86 кВт,

Где 4200 Дж/кг* 0 С — теплоемкость воды, (40 – 7) — разность температур. Чтобы при этом была возможность пользоваться горячей водой еще хотя бы в одном месте, понадобится котел в 1,5 раза более мощный. Для маленького дома покупать его нецелесообразно, поэтому вместо 2-контурного агрегата лучше приобрести отопитель с возможностью подключения бойлера косвенного нагрева.

Бойлерам косвенного нагрева зимой присущи те же недостатки, что и 2-контурным котлам. Те, кто не готов с ними мириться, покупают отдельные водонагреватели.

Выбор нагревателя

У этого прибора имеется ряд существенных недостатков:

требуется дымоход;
нужно получить разрешение и вызвать специалистов для установки (самостоятельное подключение запрещено законом);
существует опасность отравиться природным газом или продуктами его горения (газом угарным).

Но все эти сложности покупателей не отпугивают, поскольку газ является наиболее доступным топливом (при условии централизованного газоснабжения).

Из газовых водонагревателей чаще всего приобретают проточные, которые в обиходе называют газовыми колонками. Как было показано выше, для нагрева воды проточным способом требуется значительная мощность, но бытовые сети газоснабжения, как правило, вполне могут ее обеспечить. Колонки мощностью 24 – 30 кВт не являются редкостью, а есть и агрегаты мощностью 40 кВт. Такая установка способна «потянуть» ГВС крупного коттеджа.

Колонки бывают очень разными, но в первую очередь стоит обратить внимание на систему розжига. Есть два варианта:

В колонке имеется дежурная горелка (фитиль).
Газ в основной горелке загорается от искры, которая вырабатывается батарейками, бытовой электросетью или пьезоэлементом, приводимым в действие потоком воды (в водопроводной трубе установлена турбинка).

Лучше отдавать предпочтение второму варианту. На первый взгляд может показаться, что маленький фитиль (первый вариант) тратит газ в мизерных количествах, на деле же расход топлива из-за него увеличивается на треть.

Колонки, в которых искра вырабатывается потоком воды, требовательны к напору в водопроводе. Если загородный дом запитан от водонапорной башни, такая колонка, скорее всего, работать не сможет.

И только в тех случаях, когда система газоснабжения не в состоянии обеспечить достаточную мощность, устанавливают газовый бойлер.

Накопительный водонагреватель в ванной

Несколько дороже в эксплуатации водонагреватели на твердом или жидком топливе. Но они крайне неудобны в том, что топливо нужно где-то складировать, а если речь идет о дровах, то еще и подкладывать в топку. Поэтому такие приборы устанавливают только в крайнем случае.

Если газа нет, но есть электричество, то вместо дровяного лучше приобрести электрический водонагреватель. Достоинств у него — хоть отбавляй:

дымоход не требуется;
не шумит;
легко управлять (мощность варьируется в самых широких пределах);
работа установки полностью автоматизирована;
топливо привозить и складировать не нужно;
отсутствует опасность возгорания и отравления домочадцев.

Все эти «плюсы» побуждают предпочесть электроэнергию дровам с углем, хоть она и стоит довольно дорого.

Если на газ чаще всего ставят проточники, то с электрическими водонагревателями все наоборот — преимущественно приобретают бойлеры. Дело в том, что бытовые сети на значительную мощность не рассчитаны. Даже для подключения 15-ти кВт с большой вероятностью может понадобиться замена не только кабеля, но и трансформатора на подстанции, что влетит заказчику в круглую сумму.

Однако, электрические проточники все же выпускаются. Много горячей воды из них получить нельзя, поэтому они применяются главным образом в дачных домиках либо в городских квартирах — чтобы как-то перебиться во время краткосрочных отключений централизованной системы ГВС.

Электрические «проточники» бывают двух видов:

Безнапорные подключаются к отводу водопровода после вентиля (крана) и представляют собой точку водоразбора. Напорные могут врезаться в водопровод, и таким образом подавать горячую воду в несколько точек водоразбора.

Баки, нагревающиеся природным путем

Самый простой вариант — установить на крыше дома бак, выкрашенный в черный цвет. Но сегодня такая «технология» считается устаревшей.

Гораздо целесообразнее усваивать солнечное тепло при помощи солнечного коллектора.

Такие устройства постоянно совершенствуются, самые современные способны даже зимой нагревать изрядное количество воды до температуры порядка +70 0 С.

Применяются вакуумные трубки и специальные материалы, плохо излучающие в инфракрасном диапазоне. Летом избыток тепла может использоваться для нагрева воды в бассейне.

В солнечных коллекторах применяются очень прочные светопропускающие материалы, так что град таким установкам не страшен.

Помимо солнечного излучения используются и так называемые низкопотенциальные источники тепла. В этом качестве может выступать грунт или водоем с температурой среды +7 – +12 градусов, либо даже морозный воздух. Тепловая энергия из такого источника «выкачивается» тепловым насосом, похожим на тот, который работает в холодильнике и кондиционере. Конечно, для его работы требуется электроэнергия, но тепла он выдает в 1,5 – 3 раза больше, чем тратит электричества.

Принцип работы теплового насоса состоит в попеременном сжатии и расширении газа, который при этом, соответственно, нагревается (отдает тепло на нагрев воды) и охлаждается (забирает тепло от низкопотенциального источника).

Всё своими руками

Содержание

Водопровод – одно из условий комфортной и цивилизованной жизни. Холодная и горячая вода в частном доме нужна не менее, чем электричество и интернет.

Система горячего водоснабжения обеспечивается одним из двух способов:

посредством проточного водонагревателя;
при помощи накопительного водонагревателя (ещё это оборудование известно, как бойлер).

Рассмотрим каждый из вариантов подробнее.

Система с проточным нагревателем

Сразу после открытия крана запускается горячая вода в частном доме: схема работает на основе одного из следующих компонентов:

газовая колонка;
проточный водонагреватель, работающий на электричестве;
греющий контур двухуровневого отопительного котла;
пластинчатый теплообменник, объединённый с контуром отопления.

Энергия, которая используется для нагрева воды, активизируется мгновенно, как только вода начинает двигаться через нагреватель. Чтобы система успела подогреть воду, ограничивается скорость её потока из-под крана. Эти показатели (температура горячей воды в частном доме и интенсивность струи) находятся в тесной связи.

Следующие показатели продемонстрируют необходимый уровень мощности водонагревателя для разных целей:

Цель	Требуемая мощность
Принять душ в тёплой воде	10 кВт
Hаполнить ванну водой комфортной температуры	18 кВт
Одновременно набрать воду в ванну и использовать горячую воду на кухне	28 кВт

Система, основанная на проточном водонагревателе, отличается следующими характеристиками:

невозможность обеспечить частный дом водой достаточной температуры в нужном объёме;
сложности распределения горячей воды в доме: даже при одновременном использовании в двух местах (ванная и кухня) меняются напор и температура воды;
водонагревательное оборудование не реагирует на струю воды малой интенсивности, потому не нагревает её;
рециркуляция горячей воды в частном доме при такой системе затруднительна: чем длиннее используемые трубы, тем дольше приходится ожидать нагрева воды;
компактность и относительная низкая цена водонагревательного оборудования: это основная причина, почему во многих частных домах выбирают этот метод при всём его неудобстве.

Ситуацию можно улучшить, если установить по одному проточному водонагревателю рядом с каждой точкой использования воды.

Система с накопительным водонагревателем

Центр системы – бойлер, объёмный теплоизолированный бак, изготовленный из металла. В его нижнюю часть встроены следующие элементы:

трубчатый теплообменник, который напрямую подключен к отопительному котлу;
электрический ТЭН.

В баке находится вода, которая почти постоянно подогревается котлом. Электрический нагреватель лишь изредка участвует в этом процессе, когда котёл останавливается на короткие промежутки времени. Поэтому накопительная ёмкость называется бойлером косвенного нагрева.

Горячая вода, которая поступает на кухне или в ванной комнате, расходуется из бака, а именно из верхней его части. В этот же момент в нижнюю часть бойлера из водопровода поступает холодная вода. Она нагревается и поднимается в верхнюю часть, чтобы затем перейти в смесители.

Правила выбора оборудования

При выборе варианта, как сделать горячую воду в частном доме, нужно рассмотреть следующие факторы:

Габариты. В небольшом частном доме крупный накопительный бак не помещается, поэтому предпочтение отдаётся компактной проточной модели.
Количество жильцов. Чем больше человек проживает под одной крышей, тем выше вероятность, что вода будет вытекать одновременно из нескольких точек: в ванной комнате, на кухне. Если в доме два этажа, и на каждом из них по санузлу, то расход воды увеличивается. Здесь предпочтительнее накопительный вариант, который сможет обеспечивать горячей водой несколько точек сразу. При этом интенсивность струи не уменьшается и при включении дополнительной точки температура воды не изменяется.
Напор. Если применяется накопительный бак, вода становится горячей даже при слабом напоре. Это же нельзя сказать про проточную модель, которая на небольшую струю никак не реагирует и не нагревает её.
Стоимость. Важный параметр, который рассматривается при выборе. Самый дешёвый электрический проточный нагреватель стоит от 4 тысяч рублей, а накопительный – от 7 тысяч рублей.

Заключение

Итак, на основе всех факторов напрашивается вывод, что горячая вода в частном доме лучше добывается посредством накопительного, а не проточного водонагревателя. Цена – единственный фактор, который может отпугнуть от покупки, но удобство от его применения весьма убедительно.

Видео по теме

Содержание

Задача 1

Автомобиль, едущий по шоссе с постоянной скоростью 54 км/ч, проезжает мимо второго автомобиля, стоящего на соседней полосе. В этот момент второй автомобиль трогается с места и начинает ехать за первым, двигаясь с постоянным ускорением 5 м/с 2 . За какое время второй автомобиль догонит первый? Какую скорость он будет иметь в момент, когда поравняется с первым? Автомобили считать материальными точками.

Возможное решение

Перемещения автомобилей с момента первой встречи до момента второй встречи равны. Пусть t – промежуток времени между встречами, S – модуль перемещения автомобилей за этот промежуток времени,

скорость первого автомобиля, a – ускорение второго автомобиля. Тогда:

Скорость второго автомобиля спустя время t равна:

Критерии оценивания

Указано, что перемещения автомобилей между их встречами равны 2 балла
Записано выражение для равенства перемещений 3 балла
Найдено t1 балл
Записано выражение для V₂3 балла
Найдено значение V₂1 балл

Максимум за задачу 10 баллов.

Задача 2

Полая металлическая сфера массой m и радиусом R всплывает со дна озера с постоянной скоростью. Груз какой массы нужно поместить внутрь сферы, чтобы она погружалась с такой же по модулю скоростью? Сила сопротивления, действующая на шар со стороны жидкости, зависит только от скорости шара относительно жидкости и направлена противоположно этой скорости. Плотность жидкости ρ, объём сферы равен V = (4/3)πR 3

Возможное решение

При всплытии сферы с постоянной скоростью сумма сил, действующих на неё, равна нулю. Вертикально вниз действуют силы тяжести mg и сопротивления F_сопр , а вертикально вверх – сила Архимеда F_Арх . При движении вниз с той же постоянной скоростью вертикально вниз действует сила тяжести (m + Δm)g, где Δm – масса добавленного груза, а вертикально вверх – такая же сила Архимеда F_Арх , как в первом случае, и сила сопротивления F_сопр (неизменная по модулю в силу равенства модулей скоростей сферы относительно воды в обоих случаях). Таким образом:

Сложив уравнения, получим:

Критерии оценивания

Указано, что силы Архимеда в обоих случаях равны 1 балл
Указано, что силы сопротивления в обоих случаях равны по модулю и противоположны по направлению 2 балла
Записаны уравнения для сил (по 3 балла за каждое) 6 балла
Получено выражение для Δm1 балл

Максимум за задачу 10 баллов.

Задача 3

Точечное тело бросают с поверхности Земли под некоторым углом к горизонту. Определите, при каких значениях этого угла кинетическая энергия тела в течение всего времени полёта будет больше его потенциальной энергии. Потенциальная энергия на поверхности Земли равна нулю; сопротивлением воздуха можно пренебречь.

Возможное решение

Пусть начальная скорость тела равна V , угол к горизонту, под которым бросают тело, равен α , масса тела – m.

Заметим, что максимальное значение потенциальной энергии достигается при максимальной высоте подъёма (в верхней точке траектории), а минимальное значение кинетической энергии достигается при минимальном значении скорости (также в верхней точке траектории). То есть, если в верхней точке траектории кинетическая энергия превышает потенциальную, то она превышает потенциальную и во всех других точках траектории.

Запишем это условие:

Критерии оценивания

Указано, что максимальное значение потенциальной энергии достигается в верхней точке траектории тела 1 балл
Указано, что минимальное значение кинетической энергии достигается в верхней точке траектории тела 1 балл
Записано выражение для потенциальной энергии в верхней точке траектории 2 балла
Записано выражение для кинетической энергии в верхней точке траектории 2 балла
Получено условие для угла в неявном виде 2 балла
Определены все значения a , при которых выполняется требуемое условие 2 балла

Максимум за задачу 10 баллов.

Задача 4

Идеальный вольтметр включён в цепь, схема которой изображена на рисунке. Цепь состоит из четырёх одинаковых резисторов сопротивлением R и батареи с напряжением ε = 9 В и нулевым внутренним сопротивлением. Найдите показания вольтметра.

Возможное решение

Пронумеруем резисторы, как показано на рисунке. Общее сопротивление резисторов 1, 2 и 3 равно

Полное сопротивление всей цепи равно

Сила тока, текущего через резистор 4, равна

Сопротивления участков цепи, включённых параллельно, относятся как 1:2. Следовательно, сила тока I₁₂, текущего через резисторы 1 и 2, в два раза меньше, чем сила тока, текущего через резистор 3. Поэтому сила тока I₁₂ составляет 1/3 часть от силы тока I, то есть

Таким образом, вольтметр показывает напряжение

Критерии оценивания

Найдено общее сопротивление резисторов 1, 2 и 3 2 балла
Найдено полное сопротивление всей цепи 1 балл
Найдена сила тока I, текущего через резистор 4 1 балл
Показано, что I₁₂ = I₃/2 2 балла
Найдена сила тока I₁₂, текущего через резистор 2 3 балла
Найдены показания вольтметра 1 балл

Максимум за задачу 10 баллов.

Задача 5

В частных домах иногда используют проточный водонагреватель, в случае если к дому не подведены трубы с горячей водой. Температура холодной воды, идущей из крана, равна 14 °С, а температура текущей из душа воды (которая «прошла» через нагреватель), равна 40 °С. Определите объёмный расход воды в душе (в литрах в минуту), если потребляемая мощность водонагревателя 5 кВт, а его КПД равен 80%. Удельная теплоёмкость воды 4200 (Дж)/кг ×°С, плотность воды 1000 кг/м 3 . При работе проточного водонагревателя вся втёкшая в него холодная вода подогревается и сразу же вытекает наружу.

Возможное решение

Введём обозначения: q – искомый объёмный расход воды, τ – время использования душа, ρ – плотность воды, с – удельная теплоемкость воды, t₁ t₂, – температуры воды до и после нагревания соответственно, η – КПД бойлера, N – мощность нагревателя. Запишем уравнение теплового баланса:

Критерии оценивания

Записано уравнение теплового баланса 4 балла
Получено выражение для объёмного расхода 4 балла
Правильно вычислено значение объёмного расхода в л/мин 2 балла

Максимум за задачу 10 баллов.

Всего за работу 50 баллов.