(495) 766-86-01603-971-803
Мы работаем по выходным - тел. 8-926-197-21-13
 

Как провести водяное отопление


Водяное отопление в деревянном частном доме, на даче, схемы разводки

В России в зимний период наступают суровые холода, поэтому иметь качественное водяное отопление в частном доме просто необходимо. Такая система обладает первенством перед остальными, так как за все годы уже успела показать себя с наилучшей стороны. Печное и каминное отопление сегодня уже не так эффективны, — это лишь дань нашей богатой истории.

Холодной и снежной зимой без отопления не обойтись…

Принцип функционирования водяного отопления

Водяное отопление частного дома тем и завоевало такую популярность, что по сути – это простой механизм. Есть замкнутая цепь, где котел нагревает воду до необходимой температуры, по трубам вода идет в батареи или радиаторы в помещениях и отдает тепло, после чего возвращается обратно в котел.

Схема водяного отопления

Кроме основных элементов – котла, труб и радиаторов, система также может включать и дополнительные. Расширительный бачок служит для отвода появившихся при нагревании излишков воды. Также благодаря баку в системе отсутствует кислород. Еще один элемент – насос циркуляции. Это устройство служит для поддержания непрерывного круговорота воды в системе, при помощи такого насоса скорость нагревания температуры помещений увеличивается за счет того, что вода двигается быстрее. Также в системе могут быть и манометр, терморегулятор, отводчик воздуха, предохранительные клапаны.

Выбираем оборудование для отопления в частном доме

Самое главное оборудование, которое должным образом обеспечивает водное отопление в частном доме, — это котел.

При приобретении котла обычно принимается величина мощности 1 кВт на 10 кв.м помещения, которое отапливается.

Также учитывается и то, что высота потолков берется не больше 3-х метров. Кроме того, учитывается и объем помещения, уровень утепления самого дома, размеры окон и дополнительные потребители тепла.

Так, при площади, которая отапливается, мощность котла будет равняться:

  • 60 – 200 кв.м. – до 25 кВт;
  • 200 – 300 кв.м. – 25-35 кВт;
  • 300 – 600 кв.м. – 35-60 кВт;
  • 600 – 1200 кв.м. – до 100 кВт.

Чтобы оборудовать водяное отопление на даче или в частном доме, то можно подобрать электрический котел при площади 30-1000 кв.м. мощностью 3-105 кВт. Но электрокотлы имеют недостатки – высокая стоимость электроэнергии, постоянные перебои и перепады электроэнергии, недостаточная ее мощность.

Электрический котел

Также тщательно нужно выбирать и трубопровод. Используются трубы из разных материалов, каждый из которых обладает своими преимуществами и недостатками. В былые времена самыми распространенными были трубы из стали. Но сегодня они применяются уже реже. Ведь такие трубы более подвержены процессам коррозии.

Именно поэтому в настоящее время чаще применяются трубы из нержавейки или оцинкованные.

Также набирают популярность медные трубы. Они способны вынести высокие температуры, сами по себе – долговечны, поэтому трубы из меди являются самыми надежными. Но и стоят они недешево. Кроме того, в последнее время все чаще можно встретить водяное отопление в деревянном доме с полимерными трубами. Такие трубы делаются из металлопластика или пропилена (с участием алюминия). Трубы из таких материалов прочны, стойки к коррозии, внутри их не откладывается осадок. Но они имеют достаточно высокий коэффициент расширения при нагревании.

Рекомендуем к прочтению:

Обвязка котла медными трубами

Какие бывают схемы отопления частного дома

Схемы водяного отопления частного дома могут быть одноконтурными и двухконтурными. Одноконтурная система служит только лишь для обогревания помещения. Это более простая и недорогая система, которая подойдет в том случае, если у вас дом площадью до 100 метров квадратных. В такую систему входит одноконтурный котел и атмосферная вытяжка, однотрубная разводка трубами из стали или полимеров, чугунные, стальные или алюминиевые радиаторы.

Одноконтурная и двухконтурная система водяного отопления

Система одноконтурного отопления может быть усовершенствована двухтрубной разводкой, добавлением насоса циркуляции, терморегулирующих вентилей на радиаторах.

Если вы хотите оборудовать одноконтурную систему для нагревания воды для нужд быта, то пересмотрите монтаж газовой колонки или бойлера. В другом случае вы можете сделать двухконтурную систему, которая предназначена не только для отопления, но и для нагрева воды.

Двухконтурная система водяного отопления частного дома является очень удобным вариантом.

Здесь котел комфортен при потребностях в горячей воде на семью не более 4-х человек. Вода должна быть водопроводная или умягченная, жесткая вода из скважины не подойдет. Можно оборудовать две одноконтурные системы, первая из которых будет «отвечать» за отопление помещений, а вторая – за нагрев воды. Благодаря такой системе в летний период вы будете пользоваться только системой подогревания воды, а на нее тратится всего лишь 25% мощности котла.

Разводка труб

Водяная система отопления частного дома подразумевает применение трех вариантов разводки трубопровода – однотрубную систему, двухтрубную и коллекторную.

Однотрубная система – это система, где от котла нагретый теплоноситель (вода) последовательно идет от одной батарее к следующей. Такая система имеет один большой недостаток – здесь очень трудно управлять разводкой, так как при перекрытии доступа воды в какой-либо из радиаторов перекрываются и остальные.

Однотрубная система

В двухтрубной системе для каждого радиатора есть труба с горячей и холодной водой. Так, с такой системой водяное отопление дома можно регулировать очень удобно.

Двухтрубная система отопления

Еще одна система – коллекторная. Еще ее называют лучевой. Здесь механизм работает таким образом: от коллектора (который представляет собой устройство, собирающее воду) к каждому прибору отопления подводятся две трубы – прямая и обратная. Благодаря этому можно просто монтировать систему со скрытой проводкой труб, можно поддерживать определенный температурный режим отдельной комнаты и регулировать его.

Рекомендуем к прочтению:

Если у вас двухэтажный дом

Сегодня схемы водяного отопления двухэтажного дома бывают самыми различными. Это может быть и коллекторная система, и двухтрубная разводка. Однотрубную разводку (такую, при которой радиаторы соединены последовательно) сегодня уже реже используют как схемы водяного отопления одноэтажного дома, так и двухэтажного.

Двухтрубная схема для двухэтажного дома – это универсальный и практичный вариант.

К каждому прибору отопления идет две трубы – для подачи и отведения воды. Специалисты советуют поступить таким образом: перед каждым радиатором поставить регулировочный клапан.

Коллекторная схема в двухэтажном доме – это достаточно дорогое удовольствие. Водяное отопление двухэтажного дома с такой системой, несмотря на это, также популярно. Ведь здесь преимущество на лицо – монтаж трубопровода скрыт, поэтому интерьер не портится. В данном случае котел ставится на первом этаже, расширительный бак – на втором. Трубопровод располагается под полом, потолком или подоконниками, поэтому есть отличная возможность его скрыть.

Коллекторная система является очень эффективной еще и потому, что здесь на каждый радиатор ставится регулирующий кран. Это очень удобно, так как в зависимости от ваших потребностей можно установить собственный климат.

Коллекторная система отопления двухэтажного дома

Альтернативные способы водяного отопления частного дома

Кроме традиционного отопления при помощи нагревательного котла, существуют и другие виды водяного отопления частного дома. Такие современные системы эффективны в качестве основных отопительных систем дома, или дополнительных.

Очень часто сегодня можно услышать такое словосочетание – система «теплый пол». В принципе, теплый пол – это то же водяное отопление частных домов, которое можно применять еще и как дополнение к основному отоплению. Теплый пол обладает преимуществами – здесь большая территория теплоотдачи. Ведь в данном случае пол помещения – это практически большой радиатор. Да и воздух таким вот образом прогревается правильно – внизу тепло, а сверху – чуть прохладнее.

Теплый водяной пол

Благодаря системе теплый пол можно снизить рабочий температурный режим теплоносителя (не более 55 градусов по Цельсию). Также можно установить тепловую мощность в необходимых пределах .

Недостатки системы теплый пол – это то, что такую систему сложно монтировать, а при уже законченном ремонте это невозможно, или вам придется поднимать пол, или углублять его.

Еще один вариант альтернативного водяного отопления – плинтусное отопление. По сути дела, плинтусное водяное отопление домов являет собой среднее между радиаторной системой и теплым полом. В данном случае оборудование для отопления ставится по периметру комнаты на уровне плинтуса. Благодаря этому равномерно прогреваются и стены, и пол. Воздух в помещении – также равномерный. С такой системой водяное отопление загородного дома или частного дома позволит вам обустроить интерьер без больших радиаторов, и все это без потерь тепла.

Плинтусное отопление

Заключение

Таким образом, перед тем, как вы решили оборудовать водяное отопление в своем частном доме, следует выбрать подходящий вариант – традиционное отопление при помощи радиаторов или современные методы. У каждой системы есть преимущества и недостатки, поэтому для проектирования отопления лучше всего пригласить специалистов, которые будут способны учесть все детали.

Как работают водонагреватели | HowStuffWorks

Давайте внимательно посмотрим, что происходит внутри резервуара водонагревателя, чтобы увидеть, насколько просто и элегантно он выполняет свою работу.

Термостат водонагревателя регулирует температуру воды внутри резервуара. Обычно вы можете установить температуру в диапазоне от 120 до 180 градусов по Фаренгейту (от 49 до 82 градусов по Цельсию). Настройка температуры воды, рекомендованная большинством производителей, составляет от 120 до 140 градусов по Фаренгейту (от 49 до 60 градусов по Цельсию).Она достаточно горячая, чтобы ее можно было использовать в домашних условиях, но не настолько, чтобы можно было обжечься. Если в вашем доме живут дети, разумно оставаться ближе к нижнему пределу диапазона.

Объявление

Установка более низкой температуры водонагревателя также позволяет экономить электроэнергию, а если вы не забудете уменьшить температуру, когда уезжаете в отпуск, вы ощутите еще большую экономию энергии. Обычно термостат расположен под защитной крышкой и имеет ручку или диск, которые можно повернуть, чтобы установить температуру.

Погружная трубка подает холодную воду из водопроводных труб вашего дома на дно внутренней части резервуара, где вода начинает нагреваться. Нагревательный механизм , либо горелка, либо элемент, остается включенным, пока вода не достигнет температуры. По мере того, как вода нагревается, она поднимается к верху резервуара. Отводящая труба расположена в верхней части бака. Вода, выходящая из водонагревателя вверху, всегда самая горячая в резервуаре в любой момент времени, потому что по своей природе горячая вода поднимается над более плотной холодной водой.

Секрет конструкции водонагревателя для отделения холодной входящей воды от горячей исходящей воды заключается в том, что он основан на принципе повышения тепла для выполнения самой жесткой части. Все остальное сделает трубка отвода тепла в верхней части бака.

.

Как заменить элемент водонагревателя: пошаговое руководство

Иногда необходимо заменить элемент водонагревателя. То, что нагревательный элемент больше не работает, не означает, что вам нужно покупать новый водонагреватель. Задача по замене элемента водонагревателя может показаться сложной, но большинство домовладельцев может произвести этот ремонт самостоятельно.

Если ваш водонагреватель медленно нагревается, в нем заканчивается горячая вода или вообще не подается горячая вода, есть большая вероятность, что один или оба ваших нагревательных элемента не работают должным образом.В этой статье мы покажем вам, как определить, нуждается ли ваш элемент в замене, и как сделать ремонт самостоятельно.

Замена элемента водонагревателя

Если вашему водонагревателю 6 лет или больше, вы можете подумать о покупке нового. Срок службы водонагревателей обычно составляет от 6 до 10 лет, поэтому, если ваш водонагреватель старше, вы можете ожидать, что у него возникнут проблемы раньше, чем позже. Вы не только сэкономите деньги на ремонте, но, поскольку новые водонагреватели более энергоэффективны, вы также сократите свои ежемесячные расходы на электроэнергию.

Проверка нагревательного элемента водонагревателя

Перед тем, как приступить к замене нагревательного элемента водонагревателя, вы должны проверить, действительно ли это проблема. Нередко менять элемент только для того, чтобы обнаружить, что проблема вовсе не в нагревательном элементе.

Для этого сначала проверьте, не сработал ли автоматический выключатель или случайно не отключился. Если с выключателем все в порядке, вам нужно будет проверить кнопку сброса на отсечке температуры.Кнопка сброса на водонагревателе расположена над термостатом внутри верхней панели доступа. Обычно это красная кнопка. После того, как вы сбросите кнопку и водонагреватель снова отключится, скорее всего, проблема в вашем нагревательном элементе.

Если у вас есть мультиметр, вы можете проверить элемент на целостность. Это очень просто сделать и лучший способ узнать, нужно ли заменять нагревательный элемент вашего водонагревателя. Это короткое видео покажет вам шаг за шагом через весь процесс.

Аварийная сантехника - круглосуточное обслуживание

Получите предложения от квалифицированных местных подрядчиков

ЗВОНИТЕ СЕЙЧАС!

Подготовка к замене нагревательного элемента водонагревателя

Нагревательные элементы также называют погружными нагревателями, потому что они полностью погружены в воду резервуара.Важно отметить, что нагревательные элементы используются только на электрических водонагревателях . Газовые водонагреватели нагревают воду совершенно другим способом.

Нагревательный элемент Тип

Существует 2 различных стиля нагревательных элементов:

Ввинчиваемый : Это тип, который мы рассмотрим, потому что они являются наиболее распространенными нагревательными элементами. Обычно они используются на всех более новых водонагревателях, и элемент прикручивается на место.

Болты : Есть несколько различных стилей болтовых элементов, если у вас старый водонагреватель, возможно, установлен этот тип.Элемент фиксируется 4 болтами. Доступен универсальный комплект переходников, если вы хотите приспособить ввинчиваемый элемент к привинчиваемому элементу.

Расположение нагревательного элемента

Электрические водонагреватели имеют 2 нагревательных элемента. Есть верхний элемент, который находится за верхней панелью доступа, и нижний элемент. Обычно необходимо заменить нижний элемент.

По мере того, как осадок в вашем резервуаре накапливается, он оседает на дне, где находится ваш нижний элемент.Осадок окружает элемент и заставляет его терять свою эффективность. В конце концов, он либо сломается, либо полностью выйдет из строя.

Найдите местного сантехника

Отремонтируйте вашу сантехнику в чрезвычайной ситуации сегодня!

Покупка новых нагревательных элементов

При выборе новых нагревательных элементов рекомендуется приобретать те, которые имеют такое же напряжение, мощность и стиль (вкручиваемый или ввинчиваемый), что и заменяемый элемент.

Напряжение нового элемента всегда должно соответствовать напряжению старого элемента.Однако вы можете использовать меньшую мощность, чтобы продлить срок службы элемента. Имейте в виду, что элемент также будет выделять меньше тепла. Никогда не покупайте элемент большей мощности, чем предыдущий.

Напряжение и мощность обычно указаны на элементе или их можно найти на паспортной табличке водонагревателя. Если вы не можете его найти, вы всегда можете выполнить простой поиск в Интернете по номеру модели вашего водонагревателя (указан на заводской табличке). Если все остальное не помогает или вы чувствуете себя более комфортно, вы можете удалить элемент и отнести его в местный хозяйственный магазин.

Типы элементов водонагревателя

Существует 3 типа элементов водонагревателя. Если срок службы вашего водонагревателя подходит к концу, вы можете установить наименее дорогой элемент с высокой плотностью мощности.

Однако, если ваш обогреватель новее и вы живете в районе с жесткой водой, вам следует рассмотреть другие более дорогие варианты. Давайте внимательнее рассмотрим каждый из них:

Нагревательный элемент с высокой плотностью мощности

Элементы с высокой плотностью мощности являются наиболее распространенными элементами водонагревателя и могут использоваться во всех сценариях замены при условии соответствия мощности и напряжения.В большинстве случаев элемент с высокой плотностью мощности будет того же типа, что и оригинальный водонагреватель.

Элементы с высокой плотностью мощности склонны к коррозионным накоплениям и имеют более короткий срок службы. Можно ожидать, что эти элементы будут самыми дешевыми из трех типов.

Подробнее об элементах с высокой плотностью мощности ЗДЕСЬ

Нагревательный элемент с низкой мощностью

Элементы с низкой мощностью хорошо подходят для районов с жесткой водой.Многие из них имеют откидную конструкцию, чтобы оставить больше места для обогрева. Несмотря на то, что это более низкая удельная мощность, потери в эффективности нет. Это помогает им уменьшить образование накипи, которое часто встречается в регионах с жесткой водой.

При одинаковой мощности и напряжении вы можете использовать элемент с низкой плотностью ватт вместо элемента с высокой плотностью. В большинстве случаев эти элементы будут дороже, чем элементы с высокой удельной мощностью, описанные выше.

Узнайте больше об элементах с малой ваттной плотностью ЗДЕСЬ

Lime Life Element

На эти элементы премиум-класса распространяется ограниченная 5-летняя гарантия.Элементы для жизни извести имеют сверхнизкую удельную мощность и поверхность из высококачественного никеля и нержавеющей стали, которая препятствует образованию накипи.

Эти элементы - отличный выбор, если вы живете в районе, где наблюдается непостоянная подача воды, поскольку они устойчивы к сухому огню. Элементы извести, как правило, являются самым дорогим элементом, однако после установки они часто не проживают столько же, сколько и сам водонагреватель.

Узнайте больше о нагревательных элементах Lime Life ЗДЕСЬ

Получите лучшую цену на водонагреватель

Ремонт и установка

Получите предложения от квалифицированных местных подрядчиков

Необходимые расходные материалы

Для замены элемента вам понадобится следующее:

Замена нагревательного элемента

Замена нагревательного элемента водонагревателя - относительно простая задача.Однако имейте в виду, что вы будете работать как с электричеством , так и с водой - две вещи, которые небезопасно смешивать. Если вы чувствуете себя некомфортно, вам следует обратиться к квалифицированному сантехнику. Вашим приоритетом всегда должна быть безопасность.

Как заменить нагревательный элемент

Шаг 1. Выключите питание

  • Выключите автоматический выключатель на электрической панели. Используйте тест напряжения, чтобы убедиться, что мощность больше не достигает водонагревателя. Вы будете работать с электричеством и водой, поэтому крайне важно, чтобы водонагреватель был выключен.

Шаг 2. Присоедините шланг к сливному клапану

  • Присоедините шланг к сливному клапану и откройте клапан. На этом этапе мы НЕ хотим сливать воду из бака, только чтобы убедиться, что сливной клапан не забит.
  • Если ваш бак забит, вам необходимо сначала решить эту проблему.
  • НЕ опорожняйте бак в это время.
  • См. Ниже инструкции по замене нагревательного элемента без слива воды из бака.

Шаг 3: ВЫКЛЮЧИТЕ воду

  • ВЫКЛЮЧИТЕ подачу воды к водонагревателю, закрыв впускной клапан холодной воды (чаще всего расположенный над водонагревателем).
  • Сбросьте давление горячей воды, впустив воздух в бак. Для этого откройте ближайший кран. Открывайте только кран с горячей водой, а не с холодной. Обязательно оставьте кран открытым.

Шаг 4. Снимите крышку съемной панели

  • Используйте отвертку, чтобы снять крышку съемной панели. На верхней панели находится верхний водонагревательный элемент. На нижней панели находится нижний элемент.
  • Обычно между дверцей панели и термостатом есть изоляция.Отложите изоляцию в сухом месте.
  • Термостат должен иметь пластиковую крышку. Осторожно снимите крышку.
  • Проверьте провода с помощью вольтметра, чтобы убедиться в отсутствии напряжения.
  • Осмотрите проводку. Был ли поврежден какой-либо из проводов? Есть ли расплавленные детали? Электропроводка может быть повреждена, если осадок вызвал перегрев элемента. Любую поврежденную проводку необходимо отремонтировать.
  • Ослабьте винты и отсоедините 2 провода элемента от нагревательного элемента.

Шаг 5: Снимите нагревательный элемент

  • Используйте ключ для нагревательного элемента, чтобы снять элемент.Он разработан специально для удаления элементов электрического водонагревателя и имеет широкую горловину, которая закрывает открытую часть элемента.
  • Пока бак еще полон воды, слегка ослабьте элемент против часовой стрелки. Вес воды поможет удерживать резервуар на месте.
  • Если вы уверены, что можете ослабить нагревательный элемент, слейте воду из бака, открыв сливной клапан. В зависимости от размера вашего аквариума это может занять до часа.
  • Снимите элемент.Там будет резиновая прокладка или уплотнительное кольцо, закрывающее бак. Убедитесь, что вы сняли уплотнительное кольцо с элементом.

Аварийная сантехника

Звоните сейчас!

Шаг 6: Установите новый нагревательный элемент

  • Протрите резьбу и область прокладки нового элемента, чтобы убедиться, что на них нет грязи и мусора.
  • Присоедините новое уплотнительное кольцо к новому элементу. НИКОГДА не используйте старое уплотнительное кольцо.
  • Осторожно вставьте элемент в бак и затяните его гаечным ключом для элемента.
  • Присоедините 2 провода к элементу и закрепите их на месте, затянув винты. Дважды убедитесь, что провода надежно закреплены и не соскользнут.

Шаг 7: Наполните бак

  • Закройте сливной клапан водонагревателя.
  • Включите воду в водонагреватель.
  • НЕ ВКЛЮЧАЙТЕ питание в это время. Перед включением питания бак должен быть заполнен водой, иначе вы повредите нагревательные элементы.
  • Проверьте только что установленный элемент на герметичность.При наличии протечки отключите подачу холодной воды и затяните элемент. Может потребоваться удалить элемент и переместить уплотнительное кольцо.
  • Когда резервуар наполняется, вода начинает брызгать из открытого крана крана (оставленного открытым на шаге 3). Вода выталкивает воздух из линии. Как только вода станет устойчивой, кран можно закрыть.
  • Установите пластиковую крышку термостата, изоляцию и крышку панели доступа.
  • После того, как резервуар наполнится водой, вы можете снова включить питание водонагревателя, щелкнув выключатель цепи.
  • Поскольку в трубопроводах горячей воды, скорее всего, будет воздух, нередки случаи, когда краны горячей воды по всему дому разбрызгиваются. Это пройдет через короткий промежуток времени. Однако при желании вы можете открывать каждый кран, пока у вас не будет стабильного потока воды.

Найдите местного сантехника

Почините сантехнику в чрезвычайной ситуации сегодня!

Как заменить нагревательный элемент без слива воды из бака

Можно заменить нагревательный элемент вашего водонагревателя без слива воды из бака.Хотя учтите, что это может быть немного сложнее. Если вы хотите попробовать, видео ниже покажет вам, как это сделать.

Посмотреть видео

Аварийная сантехника - круглосуточное обслуживание

Получите предложения от квалифицированных местных подрядчиков

ЗВОНИТЕ СЕЙЧАС!

.

Техническое обслуживание водонагревателя

Техническое обслуживание электрического водонагревателя доступно каждому, если вы следуете рекомендациям производителя. Однако вы можете попросить своего установщика заключить двухгодичный контракт на техническое обслуживание, если это возможно. Настоятельно рекомендуется для термодинамических и солнечных водонагревателей.

РЕГУЛЯРНОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В ТРИ ЭТАПА

Независимо от типа технологии, три операции должны выполняться регулярно:

  1. Привести в действие сливной рычаг клапана сброса давления, чтобы избежать заклинивания в случае отложений накипи.В идеале делать это раз в месяц.
  2. Сливайте воду из бака водонагревателя (или обратитесь за помощью к профессионалу) не реже одного раза в два года в регионах с жесткой водой. Это действие позволяет избавиться от накипи на нагревательном элементе. Осторожно: делайте это вручную без абразивов и химикатов. Не забудьте поменять прокладку при повторной сборке.
  3. Проверьте электрические соединения, состояние электрических проводов, термостатов и других регулирующих устройств.

ДЛЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ И СОЛНЕЧНЫХ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ

Для термодинамических водонагревателей добавляйте в процедуру удаления пыли для фильтров не реже одного раза в год.Осторожно: для контроля герметичности контура, содержащего хладагент (необходим для работы теплового насоса), требуется сертификат холодильной техники. В случае солнечных водонагревателей регулярно проверяйте чистоту солнечных коллекторов, установленных на крыше. В общем, никакого вмешательства не требуется, дождь смывает пыль и другие отложения.

.

Как работают электрические чайники?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 22 марта 2020 г.

Машины работают на бензине ... а люди бегают за чаем и кофе (по крайней мере, в моем доме)! Если пить кофе или чай ведром, то хоть раз порадуешься хватило смекалки изобрести сверхэффективный способ похолодать воду в горячую, а именно электрический чайник (также известный как электрочайник). Наполните его водой, включите, включите, и через пару минут у вас будет трубопровод горячей воды для пить или готовить.Как именно работает чайник? Почему это нужно так долго варить? И как он узнает, когда выключиться? Рассмотрим подробнее!

Фото: Электрический чайник - удобный способ получения тепловой энергии из электричества. Это водонагреватель, но это также устройство преобразования энергии, которое иллюстрирует один из самых основных законов физики: сохранение энергии (обсуждается ниже).

Что такое электрический чайник?

Чайники - одни из самых простых бытовых приборов.Поднимите крышку, загляните внутрь и вы увидите в самом низу емкости для воды катушку толстый металл называется ТЭНом. Когда вы включаете чайник в электрическую розетку, в нагревательный элемент поступает большой электрический ток. Элементы сопротивление (тенденция любого материала останавливать электричество протекающий через него) превращает электрическую энергию в тепло. В других словами, элемент становится горячим. Поскольку он находится в прямом контакте с холодной водой, тепло передается воде за счет теплопроводности и быстро нагревается. это тоже вверх.

Фото: вверху: нагревательный элемент в основании электрического чайника, показанный на нашем верхнем фото. Внизу: в некоторых котлах элемент скрыт от глаз под внутренним полом, чтобы он не покрылся известковым налетом. Это более аккуратный дизайн, но он делает чайник намного шумнее.

Сколько времени нужно для кипячения чайника?

Вы можете кипятить воду разными способами - даже в простой кастрюле на открытом огне или плите - хотя закрытый чайник обычно работает намного быстрее: он предотвращает отвод тепла, позволяет давлению расти быстрее. (помните, что вода закипает, когда давление насыщенного пара равно атмосферному), и помогает воде закипеть быстрее.Но вы когда-нибудь расстраивались, сколько времени нужно вашему чайнику, чтобы закипеть? Не надо! Удивительно то, что ваш чайник закипает так же быстро, как и он - а вот Почему.

Если вы продолжаете накачивать тепловую энергию на дно чайника (быстрее, чем тепло уходит через верх и по бокам), рано или поздно вода внутри него закипит. Основной закон физики называется сохранение энергии говорит нам, что если вам нужно вскипятить литр воды, начиная с одной и той же температуры, вам всегда придется добавлять для этого одинаковое количество энергии.Используете ли вы костер или чайник, микроволновую печь или что-нибудь еще с устройством перемешивания, как у Джеймса Прескотта Джоуля (см. вставку ниже), количество энергии, которое вы должны вложить, чтобы вскипятить воду, точно такое же.

Допустим, вы начали с 1 литра (примерно 1 килограмм, 2,2 фунта) холодной воды. примерно при 10 ° C (50 ° F), и вы хотите поднять его на 90 ° C до точки кипения (100 ° C или 212 ° F). Количество энергии, которое вам нужно: 4,2 × 1000 грамм × 90 градусы = 378000 джоулей или 378 кДж.

Загадочное "4.2 "- постоянная величина, называемая удельной теплоемкостью воды. Каждый материал имеет разную удельную теплоемкость, которая представляет собой просто количество энергии, которую вы должны вложить, чтобы поднять температуру одного грамма материал на один градус по Цельсию. Вам нужно добавить 4,2 джоуля энергии для повышения температуры 1 грамма воды на 1 ° C, поэтому Удельная теплоемкость воды составляет 4,2 Дж / г / ° C.

378 кДж для кипячения литра воды - гораздо больше энергии, чем вы думаете. Энергоэффективная лампа мощностью 10 ватт использует 10 джоулей энергии каждую секунду (потому что 1 ватт означает использование одного джоуля в секунду), так что это займет 37 800 секунд - около 10.5 часов - использовать столько же энергии, сколько потребляет наш чайник на одно кипячение!

Работа: Чайники используют много энергии для кипячения воды, но справляются со своей задачей быстро (примерно 2,5 минуты), потому что они работают на большой мощности. При том же количестве энергии вы можете включить микроволновую печь примерно на 8 минут, портативный компьютер на час 20 минут или энергосберегающую лампу примерно на 10,5 часов.

Если вы используете электрический чайник мощностью 2400 Вт, это означает, что он потребляет 2400 Вт. джоулей электрической энергии в секунду и полагая (примерно) то же самое количество энергии в воду в виде тепла каждую секунду.Делить 378000 на 2400, и вы обнаружите, что чайнику требуется около 160 секунд. делать работу, которая звучит примерно правильно - электрический чайник обычно закипает примерно за 2–3 минуты. Старая пословица говорит, что горшок (чайник), за которым наблюдают, никогда не закипает, но это датируется временем когда большинство людей кипятили воду на ужасно неэффективных открытых угольные пожары. Электрический чайник может вскипятить воду всего за пару минут, потому что это может добавить тепла энергия для воды намного быстрее и эффективнее, чем открытый огонь (который позволяет теплу выходить во всех направлениях).

Если мощность вашего чайника была примерно 2400 Вт (Вт), и вы использовали британский источник питания питание 240 вольт (В), это означает, что ток, проходящий через элемент будет 2400/240 или 10 ампер (A). По бытовым меркам это изрядная сила: для сравнения, маленькое зарядное устройство для моего iPod потребляет максимальный ток. 0,67 ампер - чайник потребляет в 15 раз больше! Итак, ответ на электрический чайник работает так быстро, если использовать относительно большой электрический ток. Количество произведенного тепла составляет пропорционально току (ток 10 А будет производить вдвое больше тепла, чем ток 5 А проходя через тот же нагревательный элемент, если напряжение было постоянным), поэтому большие токи производят больше тепла - и нагревают предметы гораздо быстрее, чем более мелкие.

Фото: Скрытый нагревательный элемент типичного современного чайника, вид снизу. Элемент запечатан в светло-серой центральной части, и (если вы присмотритесь) вы можете просто увидеть его два вывода, торчащие в правом нижнем углу. Темно-серый ободок (к которому прикасается мой большой палец) представляет собой резиново-пластиковую прокладку, которая закрывает нагревательный элемент внутри дна чайника и предотвращает просачивание воды. Длинная трубка наверху направляет пар из чайника вниз к термостату, который в нужный момент выключает элемент (как описано ниже).

Как работают водогрейные котлы быстрого приготовления?

Если вы устали ждать и хотите, чтобы чайник закипел быстрее, вы можете сделать только две вещи. Один использовать больше электрического тока - другими словами, купить более мощный чайник; другое использование - использовать меньше воды.

Водогрейные бойлеры / диспенсеры «мгновенного действия» (например, Breville Hot Cup и Morphy Ричардс Мено), который на самом деле может вскипятить всего лишь стакан воды. быстро объедините эти методы. Они используют более мощный нагрев элемент, чем обычный чайник (обычно 3000 Вт или более) и они разработаны таким образом, чтобы элемент мог безопасно работать в контакте с только небольшое количество воды.Если вы варите только (скажем) На четверть литра воды вам понадобится лишь четверть меньше энергии, скажем, 100 000 джоулей. И если вы снабжаете эту энергию элементом мощностью 3000 Вт, посчитайте, и вы обнаружите, что можете сделать это примерно за 30 секунд вместо 2,5 мин. Видите ли вы здесь еще одно большое преимущество? Если вы кипячение всего чайника, чтобы приготовить только один горячий напиток, вы эффективно тратя три четверти потребляемой энергии. Кипячение ровно столько воды, сколько вам нужно, значительно сэкономит вам денег - а также помогает окружающей среде.

Как чайник узнает, когда нужно выключиться?

Иллюстрация: Как выключается электрический чайник. Есть пароотводчик и трубка (желтый, 43 и 44), ведущие вниз от верхней части водяной камеры (серый, 38) к биметаллическому термостату и переключателю (оранжевый и красный, 1 и 2). Когда чайник закипает, по этой трубке вырывается пар, нагревает термостат и заставляет его открыться, отключая нагревательный элемент (зеленый, 39) и предотвращая кипение воды.Иллюстрация из патента США 4 357 520: Электрический контейнер для кипячения воды с включаемым сухим и чувствительным к потоку термочувствительным блоком управления от Джона К. Тейлора, любезно предоставлен Управлением по патентам и товарным знакам США.

Ранние электрические чайники имели встроенную опасность: их было относительно легко включить, уйти и сделать одну или две работы по дому, а потом забыть о них. Если ты был повезло, когда вы вернулись через несколько минут, вы нашли свой кухня наполнена облаками пара. Если не повезло, чайник Элемент может перегореть, перегореть или даже вызвать пожар.

К счастью, практически все современные чайники отключаются. автоматически с помощью термостатов (механических, электрических или электронные устройства, реагирующие на изменение температуры). Многие из них на основе разработок английского изобретателя Джон С. Тейлор, чей компании Otter Controls и Strix Ltd разработали более чем миллиардов таких термостатов по всему миру.

Как они работают? Самые простые из них механические и используют биметаллический термостат (описанный в нашей основной статье о термостатах), интегрированный в элемент в нижней части чайника.Он состоит из диска два разных металла, тесно связанных друг с другом, один из которых расширяется быстрее, чем другой, по мере повышения температуры. Обычно термостат изогнутый в одном направлении, но когда горячая вода достигает точки кипения, образующийся пар попадает на биметаллический термостат и внезапно щелкнуть и согнуть в противоположном направлении, немного как зонт выворачивается наизнанку на ветру. Когда термостат открывается, он нажимает на рычаг, который срабатывает. цепь, отключает электрический ток и безопасно выключает чайник.Более сложные термостаты для чайников (используются в системах такие как модный кофейный бойлер Marco Über) полностью электронные и позволяют нагревать воду до точной температуры и поддерживать ее на неопределенный срок путем многократного включения тока и выкл.

Фото: Вот как на самом деле выглядит типичный термостат-выключатель Strix. Я использовал точки того же цвета, что и на иллюстрации выше, чтобы показать ключевые детали этого старого разобранного чайника. Паровая трубка (желтая) направляет пар к биметаллическому термостату.Термостат (оранжевый) выключает чайник. Блок переключения (красный) и несколько проводов соединяют термостат, выключатель питания (розовый) и беспроводной разъем (темно-синий) с двумя выводами нагревательного элемента (зеленый). Термостат и переключатель прикручены к нижней части светло-серого скрытого нагревательного элемента (показан на фото выше на этой странице).

Фото: крупный план биметаллического термостата (показан оранжевой точкой на другом фото).

«Механический эквивалент тепла»

Изображение: эксперимент Джоуля по поиску механического эквивалента тепла.

Электрические чайники могут показаться ужасно обыденными, но их стоит прочитать и написать о том, потому что они блестяще иллюстрируют один из самых фундаментальные физические законы нашей Вселенной: вы можете преобразовывать один вид энергии в другой, но вы не можете создать энергию из воздуха или превратить ее в ничто. Эта чрезвычайно важная идея называется сохранением энергии, и английский физик Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) был одним из первых, кто проник в ее суть.

Джоуль разработал блестящий эксперимент.Он прикрепил тяжелый груз (1) к веревке, намотанной на шкив (2), так, чтобы груз падал, веревка поворачивала ось (3) и перемешивала лопаточное колесо внутри емкости, полной воды (4). Он рассудил, что «механическая» энергия, которую он таким образом добавлял к воде, превратится в тепловую энергию, слегка нагревая воду. После неоднократных экспериментов он успешно доказал, что энергия (или, как он ее называл, vis viva), теряемая падающим грузом, в точности равна энергии, полученной при нагревании воды.Таким образом, Джоуль подтвердил, что механическая энергия (или работа) и тепловая энергия были взаимозаменяемыми, и результаты были опубликованы в известной статье под названием «Механический эквивалент тепла», которая до сих пор считается одним из наиболее важных подтверждений теория сохранения энергии.

Джоуль считал, что может найти доказательства в поддержку своих идей в реальном мире. Все, что ему нужно было сделать, это найти водопад и измерьте температуру вверху и внизу; падающая вода преобразует потенциал энергии в тепло, создавая разницу температур, которая, как он считал, подтвердит его теория.По его расчетам, могучий Ниагарский водопад будет на пятую градуса теплее. внизу, чем вверху, хотя измерить это было бы довольно сложно! Пытаясь уладить этот вопрос, Джоуль взял с собой в медовый месяц несколько термометров. в Шамони, Франция, в 1847 году, и попытался измерить водопад там, но не смог сделать это достаточно точно чтобы доказать свою точку зрения.

Узнать больше

Узнать больше

На этом сайте

Вам могут понравиться эти другие статьи на нашем сайте по схожей тематике:

Статьи

  • Пылающее желание эффективности Тома Мерфи.Как я объяснял выше, для нагрева определенного количества воды до той же температуры требуется такое же количество энергии, как бы вы это ни выбрали. Но одни методы более эффективны, чем другие. Как объясняет Том Мерфи в этом замечательном сообщении в блоге, электрические чайники значительно более эффективны, чем чайники с варочной панелью и микроволновые печи.
  • Что более энергоэффективно - кипячение воды с помощью электрического чайника, чайника на газовой плите или микроволновой печи?: The Guardian, Notes & Queries, 2011.Читатели Guardian высказывают различные мнения об эффективности различных методов кипячения воды.
  • Fiddly, Fussy or Just Plain Ugly Kettles Элис Роустхорн. The New York Times, 9 августа 2009 г. Почему чайники выглядят так плохо спроектированными? Эта писательница интересуется эстетикой, но, может быть, ей было бы лучше подумать о том, как наука и техника ограничивают конструкцию машины, которая может быстро и эффективно вскипятить воду?

Патенты

Если вас интересуют настоящие технические подробности, почему бы не взглянуть на некоторые из множества патенты, описывающие принцип работы чайников? Вот четыре, которые я выбрал, но вы найти больше в записях.

  • Предохранитель от Мориса Ли Уорнера: модифицированный предохранитель, предотвращающий выкипание электрических перколяторов. Патент США 1794045, 24 февраля 1931 г.
  • Электрический кофейник от Амброуза Олдса. Электрический кофейный перколятор, поддерживающий установленную температуру заварки. Патент США 1998732. 23 апреля 1935 г.
  • Электрический резервуар для кипячения воды с включаемым сухим и чувствительным к потоку термочувствительным блоком управления от Джона К. Тейлора. Патент США 4,357,520, 2 ноября 1982 г.
  • Термочувствительное устройство управления для контейнеров, оснащенных электронагревателями John C.Тейлор и др. Патент США 4,621,186. 4 ноября 1986 г.

Видео

.

Смотрите также