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

Как работает котел отопления от электричества


Принцип работы электрокотла: критерии выбора

Отопление дома или квартиры с помощью электричества отличается простотой и высоким КПД. Этот способ экологически безопасен и не требует сжигания топлива. При подборе оборудования важно понимать принцип работы электрокотла, чтобы правильно организовать обогрев помещения. Нужно быть готовым к тому, что содержание приборов потребует затрат.

При подборе отопительной установки необходимо учитывать несколько факторов:

Следует учитывать схему подключения к электросети — котлы могут быть 2- или 3-фазными.

Разновидности электронагревателей

В быту нашли применение три типа устройств:

  1. ТЭНовый. Жидкость нагревается в трубчатом теплообменнике. Агрегаты отличаются невысокой ценой и простотой в обслуживании. Чувствительны к образованию накипи на стенках нагревательного элемента.
  2. Электродный. Нагрев осуществляется за счет ионизации теплоносителя под воздействием тока.
  3. Индукционный. Устройства используют эффект электромагнитной индукции для повышения температуры жидкости. Особенность установки — высокая стоимость и низкое энергопотребление.

Для организации теплоснабжения частного дома или дачи подойдет любой тип отопительного прибора.

Преимущества и недостатки оборудования

Использование электрокотлов для обогрева помещений имеет следующие достоинства:

  • высокая эффективность, которая сочетается с небольшими размерами — КПД установок индукционного типа достигает 99%;
  • электрические теплогенераторы являются альтернативным вариантом при отсутствии подводки газа к дому;
  • хорошая ремонтопригодность;
  • бесшумная работа;
  • отсутствие открытого пламени;
  • безопасность;
  • не требуется наличие вытяжки в помещении;
  • отсутствие выбросов в атмосферу;
  • длительный срок службы приборов.

Имеется и ряд существенных недостатков:

  • создается большая нагрузка на электрическую сеть, что предъявляет высокие требования к качеству проводки в доме;
  • при отключении электроснабжения помещение остается без обогрева;
  • необходимость осуществлять предварительную подготовку теплоносителя;
  • затраты на оплату электроэнергии выше, чем на природный или сжиженный газ.

Также характерны недочеты для каждого типа отопительного прибора. Для ТЭНовых установок это:

  • образование накипи на нагревательных элементах, что приводит к падению эффективности;
  • большие размеры установки;
  • включение котла сопряжено со скачками в электросети, вызванного высокими пусковыми токами;
  • модели начального уровня оснащаются минимумом автоматики, поэтому часто требуется ручная настройка параметров;
  • вольфрамовая нить имеет ограниченный срок службы и может перегореть, поэтому периодически ТЭНы приходится менять.

В индукционных агрегатах имеются недостатки:

  • высокая стоимость установки;
  • требовательность к качеству теплоносителя;
  • сложность монтажа.

Несовершенство электродных приборов заключается в следующем:

  • требовательность к химическому составу жидкости;
  • обильное образование накипи;
  • электроды со временем частично растворяются и требуют замены;
  • сложная схема подключения и монтажа аппарата;
  • котел всегда работает на максимальной мощности и требует наличия автоматической системы включения и выключения.

Устройство электрокотла

Агрегат представляет собой корпус, внутри которого размещены главные узлы прибора:

  • блок нагрева котловой жидкости: ТЭН, электроды или индукционная катушка;
  • емкость, к которой подведены прямой и обратный трубопровод воды;
  • циркуляционный насос, обеспечивающий ток теплоносителя в системе;
  • блок управления и автоматики, предназначенный для контроля за работой прибора.

Установки оснащаются системами безопасности. Их назначение — обеспечить выключение прибора при возникновении нештатных ситуаций.

2-контурные агрегаты способны не только отапливать, но и обеспечивать помещение горячей водой. Такие установки сложнее в эксплуатации и потребляют больше энергии. Контуры работают независимо друг от друга, что важно в летнее время, когда отопление помещения не требуется

Принцип работы

Назначение котла — повышение температуры теплоносителя в отопительном контуре. Способ нагрева зависит от конструктивных особенностей аппарата.

ТЭНовые котлы

Нагревательный элемент установки представляет собой трубку из металла, внутри которой помещена керамическая крошка или кварцевый песок. В середине расположен стержень из нихрома или вольфрама. Контакты подключаются к электрическим проводам. В рабочем режиме на спираль подается напряжение. За счет высокого сопротивления она начинает нагреваться и передает тепловую энергию воде. ТЭНы размещаются внутри бака, заполненного жидкостью.

Внимание! В качестве теплоносителя производители рекомендую использовать антифризы или обессоленную воду.

Емкость может размещаться вертикально или горизонтально. При работе котла ТЭН всегда скрывается под жидкостью, иначе нагревательный элемент быстро выйдет из строя. Для контроля температуры и давления внутри бака применяются датчики, передающие рабочие параметры в блок управления. Для обеспечения циркуляции теплоносителя в контуре, многие модели снабжены электрическим насосом.

Запуск в работу сопровождается резким скачком энергопотребления, т.к. одновременно включаются все ТЭНы. При достижении теплоносителем заданных параметров котел поддерживает температуру воды на постоянном уровне.

Индукционные котлы

Приборы данного вида используют эффект электромагнитной индукции. В катушку с заданным числом витков помещается металлический стержень. При этом образуются вихревые токи, вызывающие повышение температуры элемента. Сердечник нагревает циркулирующий теплоноситель.

Аппарат представляет собой цилиндр, по всей высоте которого встроена катушка индуктивности. Внутри располагается металлический сердечник. Свободное пространство заполнено теплоносителем. Для регулировки мощности применят тиристорные пускатели.

При подаче напряжения на катушку начинает нагреваться сердечник, передавая энергию жидкости.

Индукционные установки отличаются надежностью и продолжительной эксплуатацией. КПД аппаратов достигает 99%. Использование в качестве теплоносителя обессоленной воды или антифриза избавляет потребителя от проблем с накипью.

Установки компактны, что позволяет монтировать приборы на стене помещения. Встречаются производительные аппараты, мощность которых достигает 60 кВт.

Электродные котлы

Работа этих установок основана на проводимости воды, содержащей соли металлов. Через теплоноситель пропускается ток, который вызывает ионизацию раствора. Заряженные частицы двигаются к электродам. За счет внутреннего сопротивления молекул жидкость начинает нагреваться.

Внимание! В электродных котлах нельзя использовать дистиллированную воду. Соли металлов обеспечивают электрическую проводимость теплоносителя.

Аппарат состоит из цилиндрического резервуара, внешняя часть которого покрыта изоляцией. Внутри установлен электрод, подключенный к фазе. Корпус присоединяется к нулевому кабелю. При подаче напряжения температура теплоносителя начинает резко возрастать.

Приборы, работающие на принципе ионизации раствора, отличаются компактными размерами и высокой надежностью. Мощные установки предназначены для подключения к 3-фазной электрической сети. Допускается последовательный монтаж нескольких котлов. Особенностью электродных генераторов является невозможность управления мощностью прибора. Аппарат способен работать только с полной производительностью. Регулировка температуры воды достигается отключением и включением устройства.

Особенности установки

Перед монтажом прибора требуется подобрать подходящее место. Оно должно позволять пользователю:

  • контролировать работу агрегата;
  • осуществлять плановое обслуживание и проведение ремонтных работ;
  • обеспечивать удобное подключение к коммуникациям и электрической сети.

Для этого составляют план-схему разводки отопительных коммуникаций и радиаторов. Многие модели электрических котлов имеют небольшие габариты и массу и предназначены для настенного монтажа. Для крепления используются специальные дюбели и анкерные болты.

Электродные установки монтируются на трубах отопления и фиксируются хомутами. Приборы индукционного типа чаще всего за счет большой массы предполагают напольный способ монтажа.

Подключение агрегата к сети допускается только через отдельный автомат, расположенный в распределительном щитке. Обязательно должен быть предусмотрен заземляющий контур.

Как рассчитать мощность электрического котла при отоплении дома

Данный метод позволяет оценить ориентировочную производительность аппарата. Для домов или квартир с высотой потолка до 3 м на 10 кв. м площади должно приходиться около 1 кВт мощности.

Для эффективного процесса котлу нужно генерировать энергии не меньше, чем помещение ее теряет. Установка не должна работать постоянно, это приведет к росту затрат и снижению ресурса службы устройства. Генератор в номинальном режиме включается периодически, нагревает воздух и затем отключается.

Для точного расчета мощности учитывают величину теплопотерь помещения. Следует выяснить:

  • материал и толщину стен и межэтажных перекрытий;
  • площадь оконных проемов.

Для вычисления теплового сопротивления ширина стен делится на коэффициент теплопроводности. Для каждого материала выполнятся отдельный расчет, затем полученные значения суммируются.

Чтобы узнать величину потерь, нужно объем помещения умножить на разницу температур на улице и дома. Полученный результат делят на тепловое сопротивление. Температурная дельта берется для холодного времени года. Такой способ вычисления мощности дает самый точный результат. С его помощью можно подобрать установку, которая обеспечит надежное теплоснабжение помещения круглый год.

Электрокотлы являются эффективным способом организовать обогрев дачи или загородного дома. Приборы отличаются надежностью и безопасностью, но требуют высоких затрат на содержание.

Как работает котел - Руководство по вашему газовому котлу

Газовый котел работает так же, как котлы на жидком топливе или биомассе, причем центральным элементом является горелка; он включается и выключается регулятором нагрева. Вы можете активировать переключатель вручную или настроить термостат так, чтобы он реагировал, когда температура падает ниже определенного уровня.

A Пьезозажигание, зажигание на период от одной до двух секунд, а затем примерно через одну секунду газовая линия открывается, позволяя выходить газу.Задержка открытия подачи газа очень важна при нагревании газа, поскольку она предотвращает приток большого количества газа, который, если воспламениться слишком поздно, может вызвать взрыв.

Горелка подключена к теплообменнику, который нагревает воду в своей камере, после чего горячая вода перекачивается в направлении отопительного контура.

Несмотря на то, что он не играет никакой роли в производстве тепла, сердцем газового отопительного котла является технология управления. Это отвечает за эффективную и бесперебойную работу системы.Он также обеспечивает связь между внутренними или внешними датчиками температуры и котлом.

.

Как нагреть воду в доме только на электричестве

Как лучше всего нагреть воду для бытового потребления в домах, где используется только электричество?

Нас часто спрашивают, как лучше нагреть воду, когда в доме только электричество (т.е. нет газового котла). Нагрев горячей воды для стирки / уборки занимает второе место по потреблению энергии в доме после отопления, поэтому стоит действовать правильно, чтобы максимизировать экономию энергии. Очевидно, что если вы на газе, варианты довольно просты.Газовый котел может довольно дешево нагреть вашу горячую воду и либо хранить ее в резервуаре с горячей водой, либо подавать прямо в нужный кран. Однако, когда дело доходит до электричества, все не так просто.

Основная причина этого в том, что электричество довольно дорогое и стоит около 13 пенсов за кВтч, в отличие от 3 пенсов за кВтч на газ. Это означает, что производство горячей воды с использованием электричества обходится не только в 4 раза, если вы тратите впустую горячую воду, стоимость этих потерь также увеличивается в четыре раза.Хорошая новость заключается в том, что у вас есть несколько вариантов, если вы вынуждены нагревать воду электричеством, поэтому давайте рассмотрим варианты.

С электричеством самый дешевый способ нагрева воды - это возобновляемые источники энергии. Сюда входят тепловые насосы, солнечные тепловые системы и солнечные панели (через оптимизаторы / переключатели солнечных батарей). Хотя нагрев воды с помощью этих систем является чрезвычайно дешевым, если не бесплатным, стоимость установки, очевидно, высока.

Нагрев воды с помощью тепловых насосов

Тепловые насосы работают так же, как влажная система центрального отопления, за исключением того, что им требуется только 1 единица электроэнергии для примерно 3 единиц тепла.Полученная горячая вода затем хранится в изолированном резервуаре для воды, чтобы минимизировать потери тепла. Результат такого повышения эффективности означает, что стоимость нагрева горячей воды снижается примерно до тех же затрат, что и в случае газового котла. Если вы работали на нефти или газе в баллонах, это внезапно стало очень привлекательным вариантом.

Таким образом, хотя тепловые насосы относительно дороги в установке, высокая эффективность делает их относительно дешевыми в эксплуатации.

Солнечная система термального нагрева воды

В солнечных тепловых системах энергия солнца нагревает воду через панели или откачанные трубы на крыше.Затем эта теплая (не кипящая) вода отправляется в резервуар для горячей воды, где ее необходимо долить с помощью основного источника тепла, либо электрического погружного нагревателя, либо вашего электрического бойлера. Хотя просто нагрев воды электричеством стоит дорого, вода уже сильно нагрета, поэтому количество электроэнергии, необходимое для работы погружного / электрического бойлера для повышения температуры, на самом деле очень мало.

Установка довольно дорогая и не обеспечивает всю вашу горячую воду, но она бесплатна и сэкономит вам деньги на многие годы.

Как нагреть воду с помощью солнечных батарей

Хотя солнечные фотоэлектрические панели не производят тепло напрямую, излишки электроэнергии, которые они генерируют, могут быть отправлены в погружной нагреватель через оптимизатор / переключатель солнечных батарей для бесплатного нагрева воды в накопительном баке. Важными факторами, которые следует учитывать, является то, что зимой или в пасмурные дни избыток воды ограничен, поэтому вода не может быть нагрета до требуемой температуры. Затем потребуется доливка от основного нагревательного элемента.Преимущество оптимизатора / переключателя солнечной фотоэлектрической системы состоит в том, что он использует только электроэнергию, которая в противном случае была бы отправлена ​​обратно в сеть, но при этом гарантируя, что вы все равно получите оплату обычных 50% выработки как экспорт.

Дорого в установке и может не обеспечить всю вашу горячую воду, но фотоэлектрические системы имеют дополнительный бонус в виде выработки электроэнергии для других частей вашего дома и окупаются довольно быстро, если вы учтете в тарифах государственную подачу.

Проточный водонагреватель

Проточный нагрев воды осуществляется небольшими электрическими установками, которые мгновенно нагревают воду по мере ее прохождения через систему.Хотя это замечательно, потому что нет потерь из-за потери тепла из-за накопления, есть недостатки с давлением воды. Например, стандартная бытовая установка может обеспечить расход воды только около 6 литров в минуту. Поскольку у них нет хранилища, они не могут получить выгоду от возобновляемых источников энергии или от электроснабжения по двойному тарифу.

Недорогие в установке, эти устройства могут оказаться дорогими в эксплуатации в определенных сценариях, и они могут страдать от проблем с давлением воды.

Горячая вода погружением

Вода, нагреваемая исключительно с помощью погружных электронагревателей, часто встречается в домах, в которых используется двухтарифная подача электроэнергии.Таким образом, они могут хранить горячую воду, нагретую по низкому тарифу, в резервуаре для горячей воды с изоляцией из колодца, чтобы использовать ее в течение периода более высокого тарифа, обычно с 07:00 до 24:00. Если это метод обогрева, то вам необходимо убедиться, что бак хорошо изолирован с помощью термостата баллона, чтобы избежать ненужного нагрева.

У большинства людей уже есть бак с погружным нагревателем, но если вы его не установили, то затраты на его установку значительны. Двойные тарифы постепенно заменяются тарифами на время использования, но, вероятно, в наших домах всегда найдется место для скромного погружного нагревателя.

Инфракрасный обогрев горячей воды

Хотя инфракрасное излучение становится все более популярным для обогрева вашей собственности, это все еще относительно неслыханный способ нагрева воды. У него, безусловно, есть потенциал, о чем свидетельствует популярность домашнего отопления и преимущества, которые оно дает. В отношении нагрева воды он не получил такой же похвалы. Это связано с тем, что в настоящее время он по-прежнему является довольно дорогостоящим для нагрева воды, а также страдает от низкого расхода и низкого давления воды.Может, технологии оставят еще несколько лет.

Отопление водяное электричеством - сводка

Таким образом, хотя на поверхности нагрев воды с помощью электричества является дорогостоящим, существуют технологии, которые могут помочь снизить затраты только на электрическую собственность. От возобновляемых источников энергии до двойных тарифов, от проточных обогревателей до систем хранения - есть разные варианты на выбор, все различаются по цене установки и эксплуатационным расходам. Ясно одно: если вы пропускаете горячую воду через резервуар для горячей воды, убедитесь, что он изолирован, по крайней мере, с помощью пенопласта не менее 38 мм или изоляционной рубашки толщиной 50 мм и имеет цилиндрический термостат, чтобы убедиться, что вода не быть чрезмерно перегретым.

.

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 Алисы 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

.

Основы системы отопления и охлаждения: советы и рекомендации

Когда воздух нагревается или охлаждается у источника тепла / холода, его необходимо распределить по различным комнатам вашего дома. Этого можно добиться с помощью систем с принудительной подачей воздуха, гравитации или излучения, описанных ниже.

Системы нагнетания воздуха

Система принудительной подачи воздуха распределяет тепло, производимое печью, или холод, производимый центральным кондиционером, через вентилятор с электрическим приводом, называемый нагнетателем, который нагнетает воздух через систему металлических каналов в комнаты в вашем доме.По мере того, как теплый воздух из печи течет в комнаты, более холодный воздух в комнатах течет вниз по другому набору каналов, называемому системой возврата холодного воздуха, в печь для обогрева. Эта система регулируется: вы можете увеличивать или уменьшать количество воздуха, проходящего через ваш дом. В центральных системах кондиционирования воздуха используется та же система принудительной подачи воздуха, включая вентилятор, для распределения холодного воздуха по комнатам и возврата более теплого воздуха для охлаждения.

Объявление

Проблемы с системами принудительной подачи воздуха обычно связаны с неисправностью вентилятора.Воздуходувка также может быть шумной и добавляет стоимость электроэнергии к стоимости печного топлива. Но поскольку в ней используется воздуходувка, система принудительной подачи воздуха представляет собой эффективный способ направлять переносимое по воздуху тепло или холодный воздух по всему дому.

Гравитационные системы

Гравитационные системы основаны на принципе подъема горячего воздуха и опускания холодного воздуха. Следовательно, гравитационные системы нельзя использовать для распределения холодного воздуха из кондиционера. В гравитационной системе печь располагается рядом с полом или под ним.Нагретый воздух поднимается по воздуховодам и попадает в пол по всему дому. Если печь расположена на первом этаже дома, тепловые регистры обычно располагаются высоко на стенах, потому что регистры всегда должны быть выше печи. Нагретый воздух поднимается к потолку. По мере того, как воздух охлаждается, он опускается, входит в каналы возвратного воздуха и возвращается в печь для повторного нагрева.

Другой основной системой распределения для отопления является лучистая система.Источником тепла обычно является горячая вода, которая нагревается печью и циркулирует по трубам, встроенным в стену, пол или потолок.

Радиант Системс

Излучающие системы работают, обогревая стены, пол или потолок комнат или, чаще, обогревая радиаторы в комнатах. Затем эти предметы нагревают воздух в комнате. В некоторых системах используются электрические нагревательные панели для выработки тепла, которое излучается в комнаты. Как и гравитационные настенные обогреватели, эти панели обычно устанавливают в теплом климате или там, где электричество относительно недорогое.Системы излучающего излучения нельзя использовать для распределения холодного воздуха от кондиционера.

Радиаторы и конвекторы, наиболее распространенные средства распределения лучистого тепла в старых домах, используются с системами водяного отопления. Эти системы могут зависеть от силы тяжести или от циркуляционного насоса для циркуляции нагретой воды от котла к радиаторам или конвекторам. Система, в которой используется насос или циркулятор, называется гидравлической системой.

Современные системы лучистого отопления часто встраиваются в дома, построенные на фундаменте из бетонных плит.Под поверхностью бетонной плиты прокладывается сеть водопроводных труб. Когда бетон нагревается трубами, он нагревает воздух, соприкасающийся с поверхностью пола. Плита не должна сильно нагреваться; в конечном итоге он будет контактировать с воздухом в доме и нагревать его.

Системы Radiant, особенно когда они зависят от силы тяжести, подвержены ряду проблем. Трубы, используемые для распределения нагретой воды, могут забиться минеральными отложениями или наклониться под неправильным углом.Также может выйти из строя бойлер, в котором вода нагревается у источника тепла. В новых домах системы горячего водоснабжения устанавливаются редко.

В следующем разделе вы узнаете, как термостат и другие элементы управления используются для поддержания климата в помещении, создаваемого вашими системами отопления и охлаждения.

.

Смотрите также