Водонагреватели: накопительный или проточный, электрический или газовый

Горячее водоснабжение, как и отопление, относится к тем «удобствам», без которых немыслимо само понятие комфортного жилья. В многоквартирных городских домах оно воспринимается как обязательное условие. Герой известного анекдота мог мыться летом в речке, а на вопрос «А зимой?» отвечать «Да много ли этой зимы!». Горожанину доставляют дискомфорт даже несколько летних недель, в течение которых централизованную подачу горячей воды останавливают для профилактики системы. Выходов тут несколько. Можно пойти к кому-нибудь в гости (заодно и помыться) или приобрести небольшой водонагреватель, а если есть возможность, — уехать за город, на дачу. Впрочем, водонагреватель, безусловно, пригодится и там.

Тем же, кто постоянно проживает загородом, приходится решать задачи ГВС и отопления индивидуально в каждом доме. Иногда обе задачи можно совместить, поставив общий котёл, но бывают случаи, когда целесообразнее «развести» эти системы. В небольших городах и поселениях встречается и вариант, при котором отопление централизовано, а ГВС обеспечивается в индивидуальном порядке.

В общем, можно сказать, что водонагреватель — это устройство, которое может пригодиться любому: от горожанина до владельца отдельного комфортабельного дома.

Практически все современные водонагреватели работают либо от электричества, либо от газа. Прочие варианты, вроде дровяных или угольных колонок, можно отнести к экзотике.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛИ

С точки зрения простоты конструкции нагрев воды электричеством — самое удобное решение. И, как это часто случается, самое дорогое. Однако преимуществ у систем электрического подогрева воды больше, чем недостатков, и во многих случаях удобнее всего обходиться ими. В первую очередь к преимуществам отнесём компактность и невысокую стоимость устройств. Все они делятся на два типа — проточные и накопительные.

Проточные электрические водонагреватели. Конструкция у таких моделей простая: внутри корпуса расположен блок нагрева (один или несколько ТЭНов в колбе или жаропрочный фторопластовый кожух, внутри которого установлены нагревательные элементы из неизолированной проволоки), устройства управления и безопасности. По особенностям все они делятся на безнапорные и напорные. У первых кран, перекрывающий воду, устанавливается на входе холодной воды. Эти модели применяются, прежде всего, при использовании на одной точке водоразбора. Их мощность сравнительно невелика, многие поставляются совместно с душевой насадкой и/или краном. В бытовых условиях такие модели используют на даче или в моменты планового отключения централизованного горячего водоснабжения. Как вариант, эти нагреватели годятся для обеспечения горячей водой отдельных помещений (например, умывальников и душевых кабин) на предприятиях, например когда тянуть отдельную трубу ГВС не имеет смысла.

Напорные модели рассчитаны на постоянное подключение в штатную сеть водоснабжения, находящуюся под давлением. Обычно это более мощные нагреватели, которые способны обеспечить несколько точек водоразбора одновременно или проток, сопоставимый с тем, который имеется в централизованной системе ГВС, например в городе. В принципе напорный водонагреватель можно использовать в безнапорном режиме, а вот наоборот — нельзя: их внутренняя ёмкость на высокое давление не рассчитана.

Электрические водонагреватели делятся на устройства с механическим (гидравлическим) и электронным управлением. Задача системы управления — обеспечить включение и выключение в нужное время. «Механика» включает ТЭНы (обычно все вместе), основываясь на изменении положения мембраны, имеющей механический привод на блок контактов. Более сложные электронные схемы управления включают нагревательные элементы постепенно в зависимости от расхода, температуры и давления воды. Это даёт экономию электроэнергии и воды, а также стабильную температуру воды на выходе. Стоят такие модели существенно дороже. В основном это мощные устройства, рассчитанные на несколько точек водоразбора.

Панель управления водонагревателя тоже может быть механической (имеющей прямой привод на блок управления мощностью или протоком) или электронной (сенсорные кнопки и дисплей). Но и тут всё так же: «механика» дешевле, «электроника» даёт больше возможностей.

ПЛЮСЫ И МИНУСЫ «ПРОТОЧНИКОВ»

В первую очередь к преимуществам проточных водонагревателей следует отнести небольшие габариты и вес, что упрощает монтаж и установку. Они удобны и в тех случаях, когда точки водоразбора используются лишь эпизодически. Энергия тратится только в момент прохождения воды через нагреватель. Практически всё, что нагрето, сразу и расходуется (объём неизрасходованной жидкости в трубах напорного водонагревателя невелик, тепловые потери у всех видов тоже пренебрежимо малы).

Основное ограничение в их применении связано с потребляемой электрической мощностью. Сами-то такие модели выпускаются мощностью от 2,5 до 8–10 кВт при однофазном подключении и до 30 кВт — при трёхфазном, вот только взять такую мощность в бытовых условиях обычно затруднительно. Электропроводка в доме вряд ли рассчитана на мощность свыше 5–6 кВт (в старых домах и того меньше), а этого для моментального прогрева большого количества воды явно недостаточно. Так что перед выбором придётся уточнить максимально допустимую мощность для собственных условий. Проще всего это выяснить у энергоснабжающей организации. Скорее всего, потребуется замена проводки или подводка новой к месту установки нагревателя.

Второй вопрос обычно связан с той же мощностью, точнее, с разницей температур на входе и выходе. Холодная вода, поступающая из системы водоснабжения, зимой и летом имеет разную температуру, причём разница вполне может достигать 10–15 °C. Это значит, что нагреватель, успешно работающий летом, зимой может просто «не справиться». В кратких описаниях техники многие компании указывают примерную производительность по горячей воде в л/мин, но для более точного подбора надо учитывать и значение ∆t (дельта тэ в характеристиках нагревателей может писаться и с прописной (∆Т), и со строчной буквы), т. е. заявленная разница температур на входе и выходе. Этот параметр обычно легко найти в документации на устройство, хотя можно и посчитать самостоятельно исходя из мощности нагревательного элемента и расхода воды.

К примеру, чтобы подогреть 100 литров воды на 30 градусов в течение часа, нам понадобится водонагреватель с ТЭНом мощностью чуть более 3,5 кВт (теплопотерями пренебрегаем и к тому же считаем, что напряжение в сети соответствует заявленному). Зависимость практически линейная, «поиграться» можно с любым параметром. Например, в минуту это получается примерно 1,6 литра воды, нагретой с 5 до 35 °C (зимние условия). Прямо скажем, не густо, но если требуется подогрев на 10 градусов (например, с 20 до 30 °C, как бывает достаточно летом) — это уже 5 л/мин. Вполне понятно, что летом душ с помощью такого нагревателя принять удастся, а зимой — вряд ли, нужно что-то менять, скорее всего, увеличивать мощность. Именно поэтому область применения небольших проточных электронагревателей (до 6–8 кВт) — прежде всего, летнее использование. Модели большей мощности годятся и для круглогодичной работы, и при одновременном включении нескольких водоразборных точек.

Накопительные электрические водонагреватели. В отличие от проточных, такие устройства способны обеспечить достаточно большой объём горячей воды в единицу времени. Специально переделывать проводку для бытовых моделей не потребуется — они вполне способны работать и от обычной электросети, лишь некоторые из них можно (при желании) подключить к трёхфазной сети, что даст возможность задействовать большую мощность и соответственно быстрее нагреть воду. Однако приборы с подобными опциями стоят дороже.

Чтобы подключить однофазный накопительный водонагреватель, требования минимальны. Использовать их можно и при сравнительно «слабой» проводке. Вода в баке греется в течение некоторого времени, а расходуется по потребности.

Ёмкость бака накопительных водонагревателей составляет от 5 до 500 (и более) литров. Наиболее часто применяются баки объёмом от 30 до 200 литров. Меньшего объёма будет недостаточно для длительного использования (но хватит, например, для кухонной мойки), больший окажется слишком велик для бытовых условий. Исполнение у большинства моделей — настенное, на пол устанавливаются только «большегрузные» нагреватели. Настенные нагреватели различаются по способу монтажа: горизонтальному или вертикальному, хотя некоторые модели допускают оба варианта установки.

Накопительные нагреватели, как и проточные, могут быть безнапорными, т. е. открытого типа, и напорными, которые можно встроить в систему, находящуюся под давлением. У безнапорных нагревателей перекрывающий воду кран установлен перед баком, при его открытии поступающая в бак холодная вода вытесняет горячую, которая сливается через специальный смеситель. Такие модели годятся только для одной водоразборной точки и обычно имеют небольшой объём бака. Более популярные водонагреватели закрытого типа подходят и для организации ГВС нескольких точек.

МАТЕРИАЛЫ

Чаще всего материал для изготовления внутреннего бака — сталь с эмалевым (или стеклокерамическим) покрытием. Эмаль защищает внутренний стальной резервуар от коррозии. Поскольку баки работают в условиях высоких тепловых нагрузок, эмаль должна быть достаточно эластичной и иметь близкий (в идеале — одинаковый) коэффициент теплового расширения с материалом бака, чтобы исключить возможность возникновения трещин. Производители могут использовать различные по составу эмали и наносить их разными методами. Несколько реже баки делают из нержавеющей стали, иногда тоже с дополнительным защитным покрытием. Ещё реже, в водонагревателях небольшого объёма, используют медь или пластик.

Разумеется, материал бака должен быть химически инертен, чтобы не «портить воду». И эмалевое покрытие, и «пищевая» нержавеющая сталь удовлетворяют этим требованиям, но тут есть нюансы.

У приборов с эмалированным резервуаром со временем возможно появление изъянов и дефектов эмалевого покрытия. Но, несмотря на это, водонагреватель способен служить ещё очень долгое время. Однако для этого необходимо проверять и своевременно менять защитный магниевый анод, который есть в каждом эмалированном водонагревателе и который нейтрализует процесс коррозии (окисления), путем наложения противоположного тока. Возникающий из-за этого избыток электронов (катодное напряжение) на повреждённом участке смещает разницу потенциалов межу анодом и катодом (баком) и останавливает коррозию. Анод, отдающий электроны, соединён со стальным внутренним баком. От анода исходит ток к возможным повреждённым участкам. Этот анодный ток, возникающий вследствие разрушения более активного материала (Mg), предотвращает коррозию на повреждённом участке.

У нержавеющей стали протечки обычно происходят в местах сварных швов. При сварке состав нержавеющей стали в местах сварных швов изменяется и коррозионная стойкость уменьшается. Причём визуально оценить состояние бака из нержавейки вряд ли удастся. Как не удастся без специального анализа выяснить качество нержавеющей стали, используемой в баке. В дешёвых моделях экономия может быть за счёт удешевления материала, нарушения и упрощения технологий сварки. Бак всё равно «не видно», так что недобросовестный производитель готов сэкономить именно на этом. Между тем от качества нержавеющей стали зависит срок службы всего водонагревателя: ремонтировать его в случае протечки бессмысленно. Многие ведущие производители предоставляют гарантию на баки сроком 5–10 лет (на остальные компоненты водонагревателей гарантия меньше).

В качестве нагревательных элементов обычно используют ТЭНы различной формы, иногда помещаемые в специальную эмалированную колбу для снижения накипи. Обычное их количество — один-два. Для обычного (экономичного) режима включается один ТЭН, если требуется ускоренный нагрев — подключается и второй. Если используются два разной мощности, можно получить и три ступени нагрева.

Также внутри бака располагают вышеупомянутый анод. Чтобы предотвратить прохождение анодного тока на такие узлы бака, как нагревательный элемент и теплообменник, последние устанавливаются через изоляторы. Так же, чтобы анод не расходовался зря, применяется техническое решение, которое позволяет уравновесить эту защиту: компенсационное сопротивление. Это сопротивление уравновешивает потенциалы и позволяет магниевому аноду защищать только внутреннюю поверхность резервуара.

Анод время от времени следует менять. Насколько часто — зависит от размера (массы) анода, содержания в воде солей жёсткости и интенсивности использования. Чаще всего ревизовать состояние анода, а заодно и стенок бака рекомендуют раз в год. «Активный анод», требующий электропитания, но не расходуемый, для бытовых моделей применяется довольно редко. ТЭНы, анод, датчик термостата обычно монтируются на общем фланце, который крепится в нижней части бака (при вертикальном исполнении). Подающая трубка — короткая. Приёмная забирает нагретую воду сверху. При горизонтальном исполнении приёмную трубку изгибают так, чтобы её конец располагался у верхней части бака. Если допускаются оба варианта монтажа, конец трубки выводят «в угол».

Плоские нагреватели имеют два резервуара, соединённые несколькими горизонтальными трубками-переливами. Вода подаётся вниз первого резервуара, а забирается из второго, сверху. При большом расходе, сравнимом с объёмом бака, поступающая холодная вода смешивается с оставшейся горячей более равномерно.

Между внутренним баком и корпусом находится слой теплоизоляции — пенополиуретана, которым заполняют всё свободное пространство между внутренним резервуаром и внешним корпусом водонагревателя. Слоя толщиной в несколько сантиметров в принципе достаточно, чтобы сохранять тепло продолжительное время.

Корпус водонагревателя чаще всего делают из стали с порошковым покрытием. Также встречаются корпуса из пластика. Изредка, «для красоты», корпус изготавливают из нержавейки. Сечение формы корпуса может быть квадратным, прямоугольным, круглым.

ЧТО ВНУТРИ?

В состав любого водонагревателя входят термостат, датчик перегрева (термоограничитель), а также внешний очень важный узел — группа безопасности, иногда — дополнительный стрелочный термометр (его цель — скорее эстетическая, чем практическая) и, конечно, панель управления. В простых моделях на панели находятся кнопка включения и регулятор температуры — для работы достаточно и этого. Более сложные модели имеют сенсорную панель управления с жидкокристаллическим или светодиодным дисплеем, позволяющим контролировать все режимы работы прибора. Перечислим лишь некоторые из них:

—задание требуемой температуры. В некоторых моделях — с точностью до 1 °C;

—быстрый нагрев на полной мощности одним нажатием;

—задание различных программ нагрева, в том числе по таймеру, дневному или недельному;

—снижение температуры воды при длительном неиспользовании в целях экономии энергии и ресурса;

—периодическое включение нагрева до высокой температуры с целью дезинфекции;

—режим ограничения температуры нагрева в диапазоне 40–60 °С;

—режим блокировки от детей.

У разных производителей встречаются и другие различные режимы. Некоторые нагреватели способны работать с устройствами дистанционного и даже удалённого управления. Каждая из этих функций прямо или косвенно способна увеличить комфорт при эксплуатации, большинство из них позволяют также снизить энергопотребление (к режиму включения максимального нагрева это, само собой, не относится). В настоящее время «эволюция» водонагревателей идёт в основном в этом направлении: принципиально новых конкурентоспособных технических решений по «механической части» изобрести не удаётся, зато у электроники потенциал достаточно велик.

ПРОТОЧНЫЙ ИЛИ НАКОПИТЕЛЬНЫЙ?

Для начала следует напомнить: электроэнергии на нагрев одинакового количества воды оба типа водонагревателей израсходуют тоже одинаково. Только проточному её потребуется много и сразу, а накопительному — постепенно. «Минусы» накопительных нагревателей — более высокая цена, большие габариты, невозможность быстро получить горячую воду (придётся дождаться, пока нагреется). Теплопотери у накопительного нагревателя будут больше, при редком использовании также придётся мириться с тем, что нагретая вода бесцельно будет остывать в баке. Правда, тут стоит сделать небольшую оговорку: при использовании многотарифных счётчиков накопительный водонагреватель со встроенным таймером можно настроить на подогрев воды в ночное время, и стоимость нагрева заметно снизится.

Собственно основное эксплуатационное отличие именно в этом: для периодического использования целесообразнее проточная модель (если проводка позволит). При постоянном проживании накопительный окажется удобнее и дешевле. Ну а мощность и объём бака следует подбирать исходя из собственных потребностей.

ГАЗОВЫЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛИ

Как и электрические, они могут быть либо проточными, либо накопительными, но в любом случае — встраиваются в штатную систему ГВС, т. е. являются напорными. Здесь мы не станем рассматривать многие особенности конструкции таких нагревателей. Они мало чем отличаются от котлов, использующихся для отопления помещений, а подходящая статья «про котлы» есть в этом выпуске журнала.

Большинство газовых водонагревателей, представленных на рынке, оборудованы открытой камерой сгорания и являются «традиционными» (конвекционными), к тому же — проточными. Причина проста. Большую часть потенциального рынка таких нагревателей составляют давно спроектированные и построенные дома, в которых есть центральное отопление, подведён газ, нет общей системы горячего водоснабжения и имеется работающий дымоход. Фактически новое оборудование предлагается на замену ранее установленным газовым колонкам, у которых тоже применялась открытая камера сгорания. В общем, особого смысла заниматься капитальными переделками нет, да и лишнее место, чтобы установить накопительный бак, вряд ли найдётся. Конечно, это не значит, что модели с закрытой камерой сгорания или накопительными баками не выпускаются. Их просто гораздо меньше. Что же касается конденсационных колонок, то их использование только для нагрева воды в быту вряд ли окупится — слишком дороги. Такие нагреватели есть, но предназначены для промышленного применения.

Проточные газовые водонагреватели. Обычный диапазон максимальной мощности в бытовом секторе — от 15 до 30 кВт. Для нескольких точек водоразбора этого достаточно, т. е. потребности квартиры или небольшого дома эти модели перекрывают с запасом. Такие нагреватели принято классифицировать в первую очередь по способу розжига колонки. Самое простое — с пьезорозжигом от кнопки. Немного дороже но удобнее нагреватели с электророзжигом. Он осуществляется автоматически, источником энергии чаще всего служит пара батареек. Существуют также модели, не требующие элементов питания: в их состав входит небольшой гидрогенератор, который генерирует необходимую электрическую энергию, используя энергию потока воды.

Примечательно, что все три этих вида нагревателей (с открытой камерой сгорания) энергетически независимы. Для моделей с закрытой камерой и встроенным вентилятором потребуется подключение электричества от сети.

Накопительные газовые водонагреватели. Как обычно, важнейший их параметр — объём бака, который может составлять 50–300 литров, для небольших моделей установка обычно настенная, у больших — разумеется, напольная. Максимальная тепловая мощность — в районе 5–10 кВт.

Если проточные нагреватели в основном используются в квартирах, то накопительные имеет смысл устанавливать в отдельно стоящих домах, за городом. Сравнительно невысокая их распространённость объясняется тем, что сложно найти загородный дом, в котором отопление и ГВС нужно реализовывать по отдельности. Проще организовать объединённую систему с нагревом от одного котла. Хотя варианты могут быть разные: и за городом иногда встречаются дома с централизованной системой отопления. Или, как вариант, если точки водоразбора находятся далеко от домашней котельной, будет проще поставить такой нагреватель ближе к ним.

Преимущества и недостатки проточных и накопительных газовых нагревателей аналогичны электрическим, только, конечно, вопрос выделенной электрической мощности не стоит.

КОМБИНИРОВАННЫЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛИ

Такие водонагреватели, также называемые бойлерами косвенного нагрева, получают энергию от сторонних источников. Они представляют собой бак с установленными внутри трубчатыми змеевиками, по которым проходит теплоноситель системы отопления. Обычно основной нагрев воды производится от стационарной системы отопления, т. е. котла любого типа или теплового насоса. В большинстве таких бойлеров также установлен ТЭН, который включается при большом расходе горячей воды или в момент запуска системы после перерыва.

Существуют и более интересные решения. Для подогрева воды нам требуется энергия, а значит, в конечном счёте её потребуется оплачивать. Самый простой способ экономии — использование солнечных коллекторов. Нагрев воды от солнца обходится дешевле всего, затраты тут будут только на циркуляцию теплоносителя между бойлером и коллекторами (хотя в некоторых схемах и насос не нужен) и работу электроники. Принято считать, что одной панели солнечного коллектора площадью порядка 2 м2 вполне достаточно, чтобы получить требуемое количество горячей воды в средних широтах для одного-двух человек. Остальное можно получить либо от системы отопления, либо от ТЭНа. Вариантов тут много. С солнечными коллекторами выпускаются как «сольные» системы, не связанные с системой отопления, так и комбинированные. Основной недостаток — сравнительно высокая начальная стоимость этих систем, но в дальнейшем они окупаются.

Автор: Максим Грибоедов
Статья опубликована в весеннем выпуске журнала «Все для стройки и ремонта» серии «Потребитель» (ВЕСНА 2013)