Справочник | Инженерные системы. Нагревание воды
Нагревание воды | Справочник | Инженерные системы
Существует хорошее правило для систем горячего водоснабжения — поддержание температуры на самом нижнем уровне, какой только допустим для жильцов. Замечено, что коррозия и отложение минеральных солей ускоряются с повышением температуры. Температура 60°С рассматривается как максимальная для обычного потребления. Если жильцы считают достаточно горячей воду при температуре меньше указанной на 5—8°С, то тем лучше. Для специальных целей, когда требуется более горячая вода, например для посудомоечных машин в квартирах или в ресторанах, находящихся в жилом доме, необходимо пользоваться отдельными догревателями. Только из-за того, что посудомоечные машины нуждаются в воде с температурой 70°С, нет необходимости всю горячую воду греть до этой температуры.
Догреватели в домашних посудомоечных машинах обычно электрического типа. Системы горячего водоснабжения для общих целей аналогичны отопительным системам. Если, например, индивидуальная отопительно-охладительная установка в качестве «топлива» использует электричество, для системы горячего водоснабжения предусматривается этот же источник.
С другой стороны, если запроектирована установка для центрального отопления, то и горячее водоснабжение часто делают как часть этой системы. Предметом обсуждения является выбор способа нагревания воды: с применением котла, водоподогревателя или комбинация обоих способов. Если проектом предусмотрен только один водогрейный котел, вода для горячего водоснабжения должна нагреваться отдельным устройством. Этот котел может быть остановлен летом для профилактического обслуживания. Поэтому применять установки с одним агрегатом допускается только в том случае, если лишение горячей воды на несколько дней в году не будет раздражать жильцов.
При установке двух и более котлов выгодно систему горячего водоснабжения объединить с системой отопления. В этом случае экономится площадь котельной и уменьшаются первоначальные затраты. Однако не следует забывать, что нагревание воды не происходит само собой.
Поэтому если для горячего водоснабжения используются котлы системы отопления, их производительность должна быть увеличена на то количество тепла, которое затрачивается для нагревания воды в системе горячего водоснабжения. Нагрузка на котел зависит от ориентации здания, температуры поступающей холодной воды и т. п.:
| Наружная расчётная температура, C° | Нагрузка на котёл для горячего водоснабжения, % |
| —23 | 20 |
| —12 | 25 |
| —1 | 33 |
Чем больше котлов в установке, тем эффективнее она работает в летний период. Если предусмотрено два котла одинаковой производительности, они будут слишком велики для нагрузки в летний период, за исключением районов с очень мягким климатом. Если же их пять, то нагревание воды будет экономичным даже в самых холодных районах.
Механизм нагревания воды от центральной котельной установки очень прост. Наиболее популярные водоподогреватели представляют собой обечайку с заключенным в нее пучком медных труб небольшого диаметра. Теплоноситель (пар или горячая вода от котла) омывает трубки снаружи, а вода для горячего водоснабжения течет внутри них. Температура или количество теплоносителя регулируется в зависимости от температуры горячей воды так, чтобы она была достаточно постоянной независимо от разбора воды.
Достоинство этого нагревателя — малая занимаемая площадь. Например, для 200-квартирного дома потребность в горячей воде удовлетворяется с помощью парового водоподогревателя диаметром 200 мм и длиной 2 м, который нетрудно установить в котельной. Если можно позволить дополнительное увеличение стоимости проекта, лучше установить на одном фундаменте два подогревателя, работающих попеременно. Этой рекомендацией часто пренебрегают в угоду меньшим первоначальным затратам, считая, что кратковременный перерыв в подаче горячей воды не является бедствием. Однако хорошо иметь запасной пучок труб для быстрой замены, так как для ремонта всего водоподогревателя может потребоваться несколько дней и даже недель.
Местные водоподогреватели могут применяться в виде котла или теплообменника, установленных специально для этих целей. Очень часто процесс нагревания воды осуществляют в одном или нескольких котлах, в которых вода нагревается непосредственно топливом, без промежуточного теплообменника. Этим топливом может быть газ, нефть или электричество, а нагреватель может иметь некоторую емкость для нагретой воды.
Применяемые в системах горячего водоснабжения аккумуляторы тепла работают подобно банку, в который вкладываешь деньги, когда появляется их излишек, а потом их тратишь. Это происходит из-за того, что потребление воды в течение дня далеко не равномерное — максимальное в утренние и вечерние часы «пик». В результате создается сложная ситуация. Поясним это следующим примером. Предположим, что, согласно расчету, общая потребность в горячей воде в течение суток составляет 18200 л, и эта потребность определена на основании изучения статистических данных за многие годы. В то же время ожидается, что максимальный расход будет от 7 до 8 ч утра и составит 3400 л. Возможны два крайних случая. В одном случае производительность установки выбрана исходя из необходимости нагревать 3400 л воды в час от температуры, с которой поступает холодная вода, до температуры 52—60°С. Другой крайний случай будет, если считать, что вода равномерно расходуется в течение суток. В нашем примере расход будет равен 18200 л, деленным на 24 ч, т.е. 760 л в час. Аккумулятор рассчитывают таким образом, чтобы он мог за час работы обеспечить пиковую потребность в горячей воде. В нашем примере наибольший расход равен 3400 л, из которых водоподогреватель может дать 760 л в час. Следовательно, аккумулятор должен добавить 2640 л.
Аккумулятор представляет собой стальной бак цилиндрической формы. Горячая вода, уходящая из бака, должна замещаться холодной водой. Около 75% емкости бака может быть замещено, прежде чем более холодная смесь изменит температуру подаваемой горячей воды. Поэтому полезная емкость бака составляет 75% полной емкости. В нашем примере это означает, что емкость бака-аккумулятора должна составлять 3520 л.
Особая выгода от применения аккумуляторов получается для центральных систем. Меньший нагреватель означает потребность в меньшем котле, меньшей дымоходной трубе и более эффективную работу, поскольку этот нагреватель используется полнее в течение дня. Имеются также серьезные недостатки. Аккумулятор занимает много места и стоит много денег, он подвергается коррозии, требует обслуживания и, наконец, демонтажа и замены. Однако все это не является главным критерием для выбора одной из этих крайних систем. Каждый проект следует оценивать по его собственным показателям.
es.novosibdom.ru
Нагревание воды
Занимает второе место по потреблению энергии нагревание воды в средней домохозяйстве и большие возможности для экономии есть в этой области. Могут сократить расходы усовершенствования системы нагревания и сокращение водопотребления. Но все таки выгоднее поставить новый энергосберегающий водонагреватель в долгосрочной перспективе.
Как энергосберегающий вариант и самый дешевый в эксплуатации — это солнечный водонагреватель со вспомогательным газовым агрегатом. У электрической аккумулирующей системы на 80 % больше расходов на эксплуатацию, чем у солнечного водонагревателя и окупится он в течении 10 лет. Пока вода нагревается целый литр холодной воды может вытечет, поэтому надо пользоваться холодной водой чаще. При работе стиральной машины в холодной воде уменьшается выброс парниковых газов на 25 %.
Расход горячей воды
На 25% сократиться расход горячей воды, если вы будете пользоваться при мытье посуды холодной водой, а также при стирке одежды.Устанавливаем термостат на 60 С. Если вода слишком горячая идет расход холодной воды, чтобы ее разбавить, а значит и расход энергии. Своевременно ремонтируйте подтекающие краны, можно наполнить 10 ванн до верху горячей водой, которая вытекла за месяц. В течении дня для кратковременных нужд стараемся не использовать горячую воду. Работы по хозяйству, которые требуют использование горячей воды выполняем один раз. Остывать в трубах горячей воды в этом случае будет меньше. Если хотите сэкономить горячую воду? мойтесь в душе короткое время и вы сэкономите 23 литра в минуту горячей воды.
Устанавливаем ограничители тока воды и аэраторы на водопроводные краны, не вызывают понижения давления воды, а только ее ограничивают. Помогает сократить в 2 раза потребление горячей воды водосберегающая насадка. Если трубы и резервуар для горячей воды размещены на улице, то у них должна быть хорошая изоляция. Нагревание воды остывшей воды повторно расходует половина ваших средств.
Водонагреватели
Установить легко и стоят не дорого электрические водонагреватели. Эксплуатация солнечного водонагревателя в 6 раз ниже, чем за электрическим. Электрический водонагреватель выделяет парниковых газов в 4 раза больше, чем водонагреватели на природном газе. В 12 раз больше солнечные водонагреватели и тепловые насосы со вспомогательным агрегатом, чем солнечные водонагреватели с газовым агрегатом.
О приобретение теплового насоса надо подумать, из атмосферы извлекает тепло и в резервуар с водой передает ее. Эта установка стоит дорого, но потребляют энергии меньше на 70 %, чем электрические, так что они экономичные и экологичные. В непиковые часы используйте таймер, который присоедините для большей экономии.
Газовые нагреватели
С тепловым аккумулятором и с прямым действием газовые нагреватели намного экономичнее электрических водонагревателей. С высоким классом энергосбережения покупаем системы. С постоянно работающей малой горелкой не покупайте, покупайте систему прямого действия. Парниковых газов производит в год дополнительно 300 килограмм и зря расходует ценную энергию.
Солнечные нагреватели
Значительную часть бытовых потребностей в нагревании воды способны удовлетворить солнечные водонагреватели в южных районах. Установление на крыше ряд панелей — это главный элемент. Можно перевести на солнечную энергию электрический водонагреватель или газовый, это позволяют сделать современные системы.
Выбираем сторону крыши обращенную на юг и освещенную не отклоняясь на восток или запад 20 градусов, для установке солнечной системы. С 8 часов утра и до 4 часов дня должно быть освещено прямыми солнечными лучами это место.
Под углом от 15 до 50 градусов устанавливаем систему, используем монтажную раму, но это увеличит стоимость системы, если крыша не позволяет этого сделать.Так как модели есть очень тяжелые, надо убедиться что крыша выдержит солнечную систему.
Устанавливайте ближе к солнечному коллектору накопительный бак на вспомогательном агрегате, из соединительных труб, потеря тепла сведется к минимуму.
На отметку 60 С градусов на дополнительном агрегате устанавливаем термостат. Для дополнительного солнечного нагрева требуется меньше энергии, если температура ниже.
Максимально эффектно за счет солнечной энергии стараемся использовать нагревании воды. В первой половине дня выполняем те домашние дела, которые требуют большого количества горячей воды. Во второй половине дня нагрелась солнцем вода заполненная в баки в первой половине дня, не в ночные часы при помощи вспомогательного агрегата.
Покупаем с умом
Сопоставляем расходы на эксплуатацию и стоимостью водонагревателя. Сравниваем системы прямого действия, они нагревают по требованию с аккумулирующими системами и поддерживают в полном баке заданную температуру. Чем аккумулирующие системы и экономичны и эффектны газовые системы прямого действия. основы изоляции
Размер бак надо рассчитать правильно. Вам будет не хватать воды, если бак будет меньше, вы зря будете расходовать энергию и деньги, если бак будет слишком большой.
Источники горячей воды
Электрический тепловой насос : стоимость-высокая, расходы — низкие, выброс парниковых газов — низкий.
Электрическая аккумулирующая система :стоимость -низкая, расходы — низкие, в пиковые часы низкая, выброс парниковых газов — высокий.
Система прямого действия, которая работает на природном газе, стоимость — низкая, расходы- низкие, выброс парниковых газов- низкая.
Солнечная система со вспомогательным агрегатом, стоимость — высокая, расходы- низкие, выброс парниковых газов- умеренный.
Солнечная система со вспомогательным газовым агрегатом, стоимость — высокая, расходы-низкие, выброс парниковых газов низкий.
Как сэкономить горячую воду и какие есть системы, как уменьшить оплату за горячую воду в этой статье и идет речь
Понравилась статья поделись с друзьями. После прочтения статьи оставьте свои комментарии
Related posts:
xoziaictvodom.ru
Нагревание водой - Справочник химика 21
Даже в 1770 г. ряд ученых придерживались старого определения элементов и утверждали, что трансмутация возможна, поскольку воду, например, при длительном нагревании можно превратить в землю. Предположение о возможности превращения воды в землю считалось справедливым (вначале даже самим Лавуазье), так как при длительном нагревании воды (в течение нескольких дней) в стеклянном сосуде образовывался твердый осадок. [c.45]
Решение. Скорость выделения тепла в ходе реакции равна скорости нагревания воды, а также скорости теплопередачи. Таким образом [c.109]
При нагревании воды непосредственно в промывалке пробку с трубками нужно приподнять так, чтобы пробка не сидела плотно в горле колбы. Несоблюдение этого может привести к несчастному случаю в результате выбрасывания кипящей воды из капиллярного конца трубки. [c.31]
Расход теплоты из аппарата происходит за счет нагревания воды [c.49]
Падающий с известной высоты груз вращает мешалку, погруженную в воду, находящуюся в калориметре. (Груз и калориметр с водой составляют термодинамическую систему.) Вращение лопастей мешалки в воде вызывает нагревание воды в калориметре соответствующее повышение температуры количественно фиксируется. [c.29]
При нагревании воды с 25 до 40° С ее потребуется [c.232]
При нагревании воды (особенно озерной или речной) до 90—95 °С происходит интенсивное образование бурых хлопьев. Объясните это явление. Почему такое явление не наблюдается при нагревании дистиллированной воды [c.217]
Суш ность обработки заключается в вытеснении воды из пор гидрогеля и заменой ее молекулами вытеснителя. Известно, что высокомолекулярные соединения обладают более высокой адсорбируемостью. Процесс вытеснения воды ускоряется при нагревании вода в порах расширяется, давит на стенки нор, в то время как скелет гидрогеля при потере влаги сжимается. В результате смешения мокрого гидрогеля, прошедшего синерезис, активацию п промывку, с высококипящими нефтяными углеводородами свободные от воды поры заполняются молекулами вытеснителя, которые в дальнейшем не дают им возможности сжиматься. Углеводородные молекулы из-за их высокой температуры кипения в процессе обработки остаются в порах гидрогеля и удаляются из них только путем выжигания - последующим прокаливанием при 550—600 С. После выжигания вытеснителя норы силикагеля остаются свободными. Количество пор обусловливает величину адсорбирующей новерхности силикагеля, а от их размеров зависит степень избирательной активности по отношению к разным парам и газам. [c.118]
При обезвоживании нефти с применением нагревания возрастают также эксплуатационные расходы. Нагревание водо-нефтяной эмульсии по мере роста ее обводненности требует все больших затрат тепла, так как теплоемкость пластовой воды в два раза превышает теплоемкость нефти. Процесс обезвоживания нефти при повышенной температуре, для исключения газовыделения в дегидрирующей аппаратуре проводится под давлением, что значительно увеличивает расход электроэнергии. Кроме того, теплохимические установки требуют значительных эксплуатационных затрат, связанных со сложностью их обслужи-вания. [c.67]
Поскольку при добавлении тепла происходит медленное разрушение связанных водородной связью кластеров HjO, вода имеет большую теплоемкость, чем многие из других распространенных жидкостей, за исключением аммиака. Кроме того, вода имеет необычно высокую теплоту плавления и теплоту испарения. Совокупность этих трех свойств делает воду эффективным термостатом, который поддерживает температуру на поверхности Земли в умеренных пределах. При плавлении льда поглощается огромная энергия, а нагревание воды на каждый градус требует большей затраты тепла, чем для большинства других веществ. Соответственно при охлаждении воды она выделяет в окружающую среду больше тепла, чем многие другие вещества. [c.621]
Превращение поверхностных слоев многих окислов в поверхностные слои гидроокиси является результатом хемосорбции воды ча этих окислах. При нагревании вода десорбируется, а группы ОН снова переходят в ионы кислорода. [c.73]
На высокопроизводительных установках тепло отходящих дымовых газов используется для нагревания воды и производства водяного пара, что частично покрывает потребности в паре самой установки. [c.82]
Помимо хлоридов пластовые воды могут содержать значительное количество бикарбонатов кальция и магния, которые часто называют солями временной жесткости. Это название обусловлено следующим. В результате нагревания воды, смешения ее со щелочной водой и других причин эти соли могут разлагаться по схеме [c.10]
Устройства, предназначенные для получения водяного пара или нагревания воды, называются котельными установками. Различают паровые и водогрейные котельные установки. По назначе- [c.125]
Необходимое для нагревания воды количество пара О равно [c.122]
Устройства, которые служат для непосредственной выработки пара и нагревания воды, называются паровыми или водогрейными котлами. [c.127]
При других значениях Дпаровых змеевиков в случае нагревания воды приведенные значения й следует умножать на коэффициент, [c.586]
Обычно этот способ применяют для нагревания воды п водных растворов. [c.161]
Постоянная (некарбонатная) жесткость обусловлена присутствием таких растворимых солей кальция и магния, как сульфаты, хлориды, нитраты и др. Они при нагревании воды не разрушаются. Сумма карбонатной и [c.71]
В результате до 70% металлоемкости термохимических установок, до 50% капитальных затрат и эксплуатационных расходов на подготовку нефти связаны с необходимостью нагревания водо-нефтяной эмульсии. [c.67]
Пример V. 3. Определить а) температуру нагревания воды при растворении безводного едкого кали в количестве, необходимом для образования 15%-ного раствора [c.118]
Из уравнения теплового баланса определяем время нагревания воды до заданной температуры [c.122]
Парообразователь служит источником пара для перегонки с водяным паром и для нагрева водяных бань. Он представляет собой металлический сосуд (чаще всего — медный) со стеклянной трубкой, опущенной почти до дна. Эта трубка предохраняет от резкого повышения давления при сильном нагревании воды (рис, 8). [c.19]
Т[1ебуется нагреть 5 л поды от температуры 20° до 100° С при помощи гока силой в 4 и. В качестве нагревателя служит обмотка из нихромовой проволоки, длина которой 2. и и сопротивление 65 ом1м. Сколько потребуется времени на нагревание воды (тепловыми потерями в окружающую сряду пренебречь) [c.262]
При нагревании воды продолжается разрыв водородных связей, что приводит к уменьшению объема воды и повышению ее плотности. В интервале температур от О до 4 "С этот эффект преобладает над тепловьи. г pa ninpeiMieM, так что плотность БОДЫ продолжает возрастать. Однако нри нагревании вЕЛ[не 4 °С преобладает влияние усиления тен-лопого движения мплекудг и плотность поды уменьшается. Поэтому при 4 °С вода обладает максимальной п,/ютностью. [c.208]
При нагревании воды часть теплоты затрачивается на разрыв водородных связей (энергия разрыва водородной связи в воде составляет примерно 25 кДж/моль). Этим объясняется высо1 ая теплоем1сость воды. [c.208]
Успех описываемого процесса был обусловлен не только упрощением стадии разделения продуктов, но и эффективной системой утилизации тепла. Остаточный воздух вместе с парами органических неществ с верха реактора поступает в котел-утилизатор 3, где генерируется пар соответствующего давления. Тепло газа используют затем в теплообменнике 4 для нагревания воды, а давление газа п детандере 6 преобразуют в холод, при помощи которого в xoлoдиJ[ыяикe 5 из газа конденсируют остатки унесенного им бензина. Объединенный конденсат возвращают в колонну окисления. [c.381]
Метод азеотропной дистилляции, или, как его часто называют, метод Дина и Старка (ГОСТ 2477—65). Относится к прямым методам измерений. Принципиальная схема прибора, применяемого для этого метода, представлена на рис. 9.2. Пробу нефти заливают в колбу 1 и к ней добавляют осушенный растворитель — обычно бензин Галоша . В колбу вставляют водоловушку 2 с обратным холодильником 3. Все это устанавливают на нагреватель 4. В процессе нагревания вода в парообразном состоянии вместе с растворителем попадает в обратный холодильник 3. В нем пары воды и растворителя конденсируются и стекают в ловушку 2, где и разделяются на два слоя за счет разности плотностей. Избыток растворителя возвращается из ловушки в колбу [c.164]
Взрыв железнодорожной цистерны, содержавшей жидкий фосфор, произошел 4 февраля 1978 г. в Браунсоне (шт. Небраска, США). Эта авария описана в работе [Hymes,1985]. Причиной взрыва послужил сход с рельсов товарного поезда, в составе которого был 31 вагон с различными грузами. Цистерна, содержавшая фосфор, перевернулась и лежала под углом 15° к горизонту. Сверху на цистерну упали еще три вагона. Началась утечка жидкого фосфора. Пожарные соорудили вокруг цистерны обвалование, чтобы фосфор не растекался. Фосфор воспламенился, над местом пожара поднимались клубы белого дыма - это был пентаоксид фосфора, вещество средней токсичности. Через 7 ч цистерна взорвалась. Силой взрыва горящий фосфор был разбросан по территории площадью 0,15 км , в результате чего несколько человек получили ожоги различной степени тяжести (вплоть до третьей). Другие в результате взрыва получили механические травмы. В цитируемой работе высказано несколько предположений о природе взрыва, но указывается, что наиболее правдоподобной выглядит гипотеза, согласно которой взрыв произошел от нагревания воды, находившейся внутри цистерны (фосфор перевозили под слоем воды), до 250 °С. Такой температуре соответствует давление внутри резервуара 3,8 МПа, - вполне достаточное, чтобы разорвать оболочку цистерны. [c.449]
По практическим данным, для паровых змеевиков при нагревании воды начальная скорость пара в змеевике не должна превышать 30 uj eK. Предельное наибольшее отношение Ijd (где i — длина каждого змеевика), в зависимости от абсолютного давления пара р при средней разности температур Д/ср = = 30-f-40 град, составляет [VII-6] [c.586]
В установках с естественной циркуляцией в качестве теплопоси-геля обычно применяют перегретую воду или высокотемпературные органические теплоносители. Максимальная темнература нагревания воды равна ее критической темпе])атуре 374° С нри соответствуюш,ем абсолютном давлении 225 ат. До герметизации циркуляционной системы при разогреве из цее должен быть удален воздух или другие неконденсируюш,иеся газы, поэтому установку заполняют только дистиллированной водой. [c.168]
Анализ затрат на обезвоживание нефти на промысловых установках, работающих по термохимической схеме, показывает, что необходимость нагревания водо-нефтяной эмульоии значительно увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты на подготовку нефти, часто превышающие затраты на перекачку нефти на значительные расстояния с повышенной обводненностью. Осуществление обезвоживания нефти с применением нагревания вызывает не-обходи,мость включения в ко мплекс сооружений установок подготовки нефти котельных или огневых печей, монтажа большого количества теплообменной аппаратуры и запорной арматуры, что значительно увеличивает металлоемкость установок и капитальные затраты на их строительство. [c.67]
В последнее время все большее применение в качестве адсорбентов и катализаторов находят цеолиты, как природные, так и синтетические. Цеолиты — это алюмосиликаты, обладающие строго регулярной кристаллической структурой. Каркас кристалла цеолита состоит из структурных тетраэдрических элементов 8104 и А1О4 , соединенных между собой общими атомами кислорода. Отрицательный заряд каркаса благодаря наличию в нем трехзарядного алюминия компенсируется зарядом катионов щелочных и щелочноземельных металлов, располагающихся в полостях структуры. В зависимости от кристаллической структуры окна этих полостей имеют размеры 0,4—1,1 нм (соизмеримые с размерами молекул). Поэтому на цеолитах могут адсорбироваться только те вещества, молекулы которых имеют размер по наименьшей оси (критический диаметр) меньше диаметра окна полости. Отсюда второе название цеолитов — молекулярные сита. Цеолиты жадно поглощают воду, и поэтому широко применяются для осушки газовых и некоторых жидких сред. При нагревании вода из них испаряется, с чем и связано нх название — цеолиты (кипящий камень — кипеть, литое — камень). Цеолиты научились синтезировать совсем недавно (1948). Особенностью их синтеза является процесс кристаллизации после получения алюмосиликагеля. [c.130]
Процесс изобарного парообразования состоит из трех основных стадий нагревания воды до кипения, испарения воды при температуре кипения и нагревания образовавшегося сухого насыщенного пара до состояния перегретого пара. Теплота Qпap этого процесса может быть определена как сумма теплот нагр — нагревания воды до температуры кипения исп — изотермического испарения жидкости при температуре кипения с образованием сухого насыщенного пара и Спер — нагревания полученного сухого насыщенного пара до заданного состояния перегретого пара. Однако при использовании скелетных таблиц и тепловых диаграмм эта операция сводится к определению разности энтальпии Япер перегретого пара и энтальпии Яв1 воды в ее исходном состоянии [c.78]
chem21.info
Экономичный нагрев воды | Толиман Компани
С каждым годом в промышленной и бытовой сферах все большее применение получают электроводонагреватели. Вообще, нагрев жидкостей /в частности воды/ имеет большое значение в жизни человечества. Трудно переоценить роль нагрева жидкости в химической и пищевой промышленности, а в коммунальном хозяйстве основным теплоносителем является горячая вода.
Использование электроэнергии для отопления и горячего водоснабжения дает целый ряд значительных преимуществ: экологическая чистота, приближение источников нагрева к потребителю, уменьшение централизации, снижение капиталозатрат и потерь тепла на теплотрассах, мобильность, низкая инерционность и т.д., однако стоимость единицы количества оказывается несколько завышенной. Для использования преимуществ электронагрева жидкости (воды) необходимо создавать новые экономические способы нагрева, аппаратуру и эффективные нагревательные элементы, позволяющие резко снизить потери тепла и максимально полезно использовать преобразованную тепловую энергию. Так, например, высокую эффективность дает применение погруженного нагревателя, когда нагревательный элемент установлен непосредственно в объем жидкости. Аппараты (бойлеры, дисциляторы, чайники и т.д.), основанные на таком принципе имеют очень высокий коэффициент полезного действия, т.к. почти отсутствуют потери тепла.
За очень короткий срок бытовые чайники с погруженным нагревом заняли лидирующее положение на потребительском рынке.
К сожалению, погруженный нагрев применим только для чистой воды с низкой жесткостью, и только в аппаратах, где вода кипит (чайники, выпарные аппараты, дисциляторы, парогенераторы и т.д.). Поверхность нагревателя неизбежно заростает накипью, которая является значительным термическим сопротивлением и эффективность погруженного нагрева падает.
В основном, в качестве погруженного нагревателя служат трубчатый электронагреватель (ТЭН). Который для набора необходимой мощности и поверхности особенно в малых объемах) формируется в виде тарельчатой спирали с волнистой поверхностью, что является «Отличной» конфигурацией для осаждения солей постоянной и временной жесткости, а чистка нагревателя от накипи достаточно затруднительная процедура.
Толстопленочный плоский нагреватель (ТПНЭ) – новый вид электрического теплового элемента, применение которого позволяет уменьшить значение проблем, возникающих при нагреве жидкости, а также расширить область применения электронагрева и возможность создания новых видов экономичных тепловых приборов.
ТПНЭ — это, в основном, плоская металлическая (легированная) пластина (подложка) любой геометрической формы (прямоугольник, квадрат, многоугольник, овал, круг) с толщиной 2,5-3 мм; на одну из плоскостей нанесен резистивный слой (рисунок) сопротивления, токозащищенный от подложки.
Основные отличия толстопленочных плоских нагревателей от традиционных трубчатых (ТЭНов) заключается в следующем:
- Развитая поверхность нагрева – вся поверхность пластин участвует в теплопередаче (у ТЭНов только наружная поверхность трубки).
- Очень маленькая разница температур между греющим слоем и поверхностью (у ТЭНов – разница очень большая – из-за необходимости преодоления термического сопротивления электроизоляционного слоя).
- У трубчатых нагревателей наращивание мощности и поверхности осуществляется в основном за счет увеличения длины трубки (варьировать диаметром трубки невыгодно (п.2)), правда, для увеличения поверхности применяется оребрение, но это увеличивает стоимость и ограничено в развитии падением напряжения температурного поля по мере удаления ребра от трубки. У плоских толстопленочных нагревателей гораздо шире возможности изменения мощности и поверхности нагревателя: удельное тепловое напряжение может изменяться в пределах 1:5 за счет состава резистивного слоя, а поверхность не только за счет длины, но и ширины пластин.
- Плоская, развитая по площади и малая по толщине (3 мм), форма ТПНЭ позволяет конструктивно устанавливать нагреватель непосредственно на стенку тепловоспринимающего прибора с обширным плотным контактом поверхности, что значительно (на порядок) повышает коэффициент теплопроводности и сжигает температуру нагревателя при передаче эквивалентного количества тепла – в совокупности снижение расхода электроэнергии.
Если по условиям изготовления ТПНЭ для подложки применяется легированный металл, то по условиям эксплуатации трубчатые нагреватели должны быть выполнены также, что позволяет плоским нагревателям легко конкурировать и по стоимости.
На рисунках схематически изображены некоторые конструктивные возможности нагрева жидкости посредством применения плоских толстопленочных нагревателей.
При погруженном нагреве воды (рис.1,2)
установка нагревателей вертикально или на «ребро» не способствует оседанию хлопьев солей временной жесткости, а простая плоская поверхность облегчает очистку накипи, более того, именно конструкция нагревателя позволяет применение ложных (сателитных) поверхностей (в виде тонких плотно прижатых, съемных пластинок) для защиты поверхности от накипи.
При нагреве воды в больших объемах немаловажное значение имеет перемешивание воды (обычно это «вялая» естественная циркуляция) – установка батареи плоских нагревателей (рис.2) образует вертикальные щелевые каналы высокого теплового напряжения, что способствует возбуждению гидродинамического эффекта и, как следствие, увеличению скорости протока, повышению качества омывания, увеличению коэффициента теплопередачи, интенсификации циркуляции воды и снижению скорости образования накипи. При создании проточных водонагревателей (рис.3)
установка самих нагревателей создает перегородки (слалом), что способствует увеличению пути потока воды и повышению качества омывания поверхности нагревателя. Проточные водонагреватели могут быть вертикальными или горизонтальными с одно или двухсторонним нагревом (рис.3,4). Наращивание производительности (мощности) практически не ограничено. Такие нагреватели могут работать самостоятельно или в блоке с накопительными бойлерами для достижения температуры воды до заданной величины при периодическом водозаборе, что способствует дополнительной экономии электроэнергии, т.к. отпадает необходимость поддержания высокой температуры воды в накопительном бойлере.
Как было сказано выше, применение высокоэффективного погруженного нагрева ограничивается чистой водой, что не может удовлетворить растущие запросы химической, пищевой промышленности, коммунального хозяйства, да и применения в быту, и здесь опять таки на помощь приходит плоский толстопленочный нагреватель.
Высокоэффективным, энергосберегающим прибором может служить емкость с донным нагревателем (рис.5)
т.е. дном прибора служит круглый плоский нагреватель (кружки, лабораторные приборы, пищевые кастрюли и т.д.). В таких приборах можно не только греть и кипятить воду, но и варить, упаривать жидкую и пастооборазующую массу с изменением агрегатного состояния.
В быту широко используется одно и многокомфорочные электроплиты с установкой на них приборов, требующих нагрева. Такой метод нельзя назвать энергосберегающим из-за высокой инерционности, отсутствия непосредственного контакта теплообменных поверхностей, а следовательно наличие промежуточного термического сопротивления.
Гораздо эффективней установка на плоском днище прибора (бак, кастрюля, сковородка) толстопленочного нагревателя с обеспечением плотного контакта поверхностей (рис.6). Такой прибор с автономным нагревом становиться мобильным, независимым, переносным; даст экономию по времени варки и снизит расход электроэнергии на 30%.
Для нагрева агрессивных жидкостей можно применять горизонтальные (рис.7) или вертикальные (рис.8)
цилиндрические аппараты с жаровыми трубами прямоугольного сечения на внутренних стенках которых смонтированы плоские прямоугольные нагреватели ТПНЭ. Таким же методом нагревается и поддерживается равномерная температура электролита в гальванических ваннах (рис.9).
Метод установки горизонтальных жаровых труб может быть применим в бойлерах большой емкости, а также в выпарных и дисциляционных аппаратах, где особо жесткие условия по отложению накипи.
Вертикальные жидкостные (вода, масло) аппараты с жаровыми трубами (рис.10) могут служить комбинированными отопительными агрегатами двойного действия, т.к. при вертикальном положении жаровой трубы возникает тяга и возбуждается циркуляция теплового воздуха.
Такие аппараты, нагревая одновременно жидкость и воздух, с «мягким» (по сравнению с электрокаллорифером) температурным режимом могут служить для отопления жилых помещений, киосков, дач, ванных комнат и саун.
Выводы:
- Толстопленочная технология позволяет создавать большую разновидность по мощности и геометрической форме плоских толстопленочных нагревательных элементов и относится к энергосберегающим технологиям.
- Применение толстопленочных нагревателей при нагреве воды и других жидкостей позволяет создавать широкую гамму конструктивно новых, высокоэффективных и экономичных электротепловых приборов и аппаратов заданного значения.
- Внедрение ТПНЭ увеличивает конкурентноспособные возможности применения электроэнергии в тепловых процессах.
toliman.co
