Как нагревателният елемент на бойлера преобразува електричеството в топлина

A нагревателен елемент за бойлерработи чрез прокарване на електричество през метална намотка. Тази намотка се съпротивлява на потока, така че се нагрява бързо и затопля водата. Около 40% от домовете в САЩ използвателектрически бойлерТаблицата по-долу показва колко енергиянагревателен елемент за топла водаможе да се използва за една година:

Ключови изводи

• Нагревателният елемент на бойлера използва електричество, преминаващо през метална серпентина, за да създаде топлина, която затопля водата ефективно и безопасно.
• Изборът на правилните материали иподдържане на нагревателния елемент, като предотвратяване на натрупването на минерали и проверка на връзките, помага на нагревателя да издържи по-дълго и да работи по-добре.
• Редовна поддръжка иизползване на правилния тип елементпестете енергия, намалете разходите и поддържайте топлата си вода надеждна всеки ден.

Компоненти на нагревателния елемент на бойлера

Метална намотка или прът

Сърцето на всеки нагревателен елемент за бойлер еметална намотка или пръчкаТази част обикновено е изработена от никел-хромова сплав, която помага за бързото и равномерно превръщане на електричеството в топлина. Дизайнът на серпентината, независимо дали е права или спирална, влияе върху това колко добре тя загрява водата. По-дебелите серпентини могат да доставят повече топлина, но може да се износят по-бързо, ако не се охлаждат правилно. Изборът на материал също е от значение. Ето един бърз преглед на често срещаните материали и техните свойства:

Серпентина, изработена от Incoloy, работи най-добре в агресивна вода, защото е устойчива на корозия. Медта загрява водата бързо, но не издържа толкова дълго в тежки условия. Неръждаемата стомана предлага добър баланс между издръжливост и скорост на нагряване.

Електрически клеми

Електрическите клеми свързват нагревателния елемент на бойлера към захранването. Тези малки метални щифтове стърчат от резервоара и гарантират, че електричеството протича безопасно в серпентината. Добрите връзки на клемите поддържат нагревателя да работи добре и помагат за предотвратяване на електрически проблеми. Ако клемите се разхлабят или корозират, нагревателният елемент може да спре да работи или дори да стане опасен. Клемите също така работят с изолация, за да предотвратят изтичане на електричество във водата или резервоара.

Изолация и обвивка

Изолацията и външната обвивка защитават нагревателния елемент и спомагат за по-дългия му живот. Производителите плътно опаковат прах от магнезиев оксид около намотката. Този материал задържа електричеството вътре в намотката и пренася топлината навън към водата. Обвивката, изработена от метали като мед, неръждаема стомана или Incoloy, покрива изолацията и намотката. Тя предпазва нагревателния елемент от вода, химикали и удари. Правилният материал на обвивката може да окаже голямо влияние върху живота на нагревателния елемент, особено при различни видове вода.

Съвет: Изборът на подходящ материал за обвивката за вашия тип вода може да помогне на нагревателния елемент на вашия бойлер да издържи много по-дълго.

Как нагревателният елемент на бойлера преобразува електричеството в топлина

Поток на електрически ток

A нагревателен елемент за бойлерзапочва да работи веднага щом някой включи захранването. Повечето домове използват 240-волтова верига за своите бойлери. Елементът се свързва към тази верига чрез здрави електрически клеми. Когато термостатът усети, че водата е твърде студена, той позволява на електричеството да тече през елемента. Токът преминава през металната намотка или прът вътре в резервоара.

Типичният нагревателен елемент за бойлер в дома работи на 240 волта и може да консумира около 10 ампера, ако е с мощност 2400 вата. Дизайнът на елемента съответства на захранващото напрежение и мощността, за да се гарантира безопасно и ефективно загряване на водата. Термостатът контролира кога елементът се включва или изключва, поддържайки водата на правилната температура.

Забележка: Винаги сменяйте нагревателния елемент с такъв, който съответства на оригиналното напрежение и мощност. Използването на грешен тип може да доведе до лоша производителност или дори да повреди бойлера.

Съпротивление и генериране на топлина

Истинската магия се случва вътре в серпентината. Металът в нагревателния елемент на бойлера се съпротивлява на потока от електричество. Това съпротивление кара електроните да се блъскат в атоми в метала. Всеки сблъсък кара атомите да вибрират по-бързо, което създава топлина. Учените наричат ​​този процес джаулово нагряване.

Количеството топлина зависи от три неща: ток, напрежение и съпротивление. Формулите изглеждат така:

P = I²R или P = V²/R

Къде:

• P = Мощност (произведена топлина, във ватове)
• I = Ток (в ампери)
• V = Напрежение (във волтове)
• R = Съпротивление (в ома)

По-високото съпротивление на елемента означава, че се произвежда повече топлина, когато токът тече. Ето защо бобината използва специални сплави като никел-хром. Тези метали имат точното съпротивление, за да превърнат електричеството в топлина, без да се стопят или разрушат.

Съвет: Съпротивлението на нагревателния елемент и изборът на материал гарантират, че той се нагрява достатъчно, за да затопли вода, но не толкова, че да изгори бързо.

Пренос на топлина към вода

След като серпентината се нагрее, следващата стъпка е отвеждането на тази топлина във водата. Нагревателният елемент на бойлера се намира точно вътре в резервоара, заобиколен от вода. Топлината се пренася от горещата метална повърхност към по-хладната вода чрез проводимост. Формата на елемента, често спирала или примка, му осигурява по-голяма повърхност за допир с водата и по-бързо предаване на топлината.

С нагряването на водата близо до нагревателя, тя става по-лека и се издига нагоре. По-хладна вода се придвижва, за да заеме нейното място. Това естествено движение, наречено конвекция, спомага за равномерното разпределение на топлината в резервоара. Процесът продължава, докато цялата вода достигне зададената температура.

Самият нагревателен елемент е много ефективен. Той преобразува почти цялото електричество, което използва, в топлина, с почти 100% ефективност. Част от топлината може да излезе от резервоара, но нагревателят не губи енергия по време на преобразуването. Електрическите бойлери превъзхождат газовите модели в тази област, тъй като газовите бойлери губят част от енергията си чрез вентилация и горене.

Знаете ли? Скоростта на пренос на топлина от нагревателния елемент към водата може да се промени с повишаване на температурата. В началото топлината се движи по-бързо с повишаване на температурата, но след определен момент процесът се забавя поради промени в потока на водата вътре в резервоара.

Производителност и отстраняване на неизправности на нагревателния елемент на бойлера

Натрупване на минерали и отлагане на котлен камък

Натрупването на минерали е често срещан проблем за бойлерите, особено в райони с твърда вода. Когато минерали като калций и магнезий се отлагат върху нагревателния елемент, те образуват твърд, изолационен слой, наречен котлен камък. Този слой затруднява предаването на топлина от нагревателния елемент към водата. В резултат на това нагревателят използва повече енергия и се загрява по-бавно. С течение на времето дебелият котлен камък може да причини неравномерно нагряване, прегряване и дори преждевременна повреда на нагревателния елемент. Други проблеми включват корозия, ръжда и по-високи разходи за ремонт.
Някои начини за предотвратяване на тези проблеми включват:

• Редовно промивайте резервоара, за да отстраните утайката.
• Смяна на анодния прът за предотвратяване на корозията.
• Използване на омекотители за вода или устройства за предотвратяване на котлен камък.
• Планиране на годишна поддръжка, за да се гарантира безпроблемното функциониране на всичко.

Редовната поддръжка и пречистване на водата спомагат за удължаване на живота и ефективността на вашия бойлер.

Тип и ефективност на елемента

Различните видове бойлери използват различни нагревателни елементи и тяхната ефективност може да варира. Безрезервоарните бойлери загряват вода само когато е необходимо, така че губят по-малко енергия. Бойлерите с резервоар поддържат водата топла през цялото време, което може да доведе до загуба на топлина. Термопомпените и слънчевите бойлери използват по-малко електроенергия и са по-екологични.
Ето едно бързо сравнение:

Признаци на повреда на елемента

Нагревателният елемент на бойлера може да се повреди по много причини. Някои признаци, за които трябва да следите, включват:

1. Вода, която никога не се загрява напълно.
2. Топлата вода свършва бързо по време на душ.
3. Странни съскащи или пукащи звуци от резервоара.
4. По-високи сметки за енергия без допълнително потребление.
5. Мътна или ръждясала вода.
6. Предпазителят се изключва често.

Повечето нагревателни елементи издържат от 6 до 10 години, но твърдата вода и липсата на поддръжка могат да съкратят живота им. Редовните проверки и бързите ремонти помагат да се избегнат по-големи проблеми по-късно.

Редовната поддръжка осигурява безпроблемна работа на бойлерите и спестява пари с течение на времето. Собствениците на жилища, които разбират как работи системата им, забелязват проблемите рано, намаляват сметките си за енергия и избягват скъпи ремонти. Изборът на ефективни модели и регулирането на термостата спомагат за намаляване на въздействието върху околната среда и осигуряват надеждна топла вода всеки ден.

ЧЗВ

Колко често трябва да се сменя нагревателният елемент на бойлера?

Повечето хорасменете нагревателния елементна всеки 6 до 10 години. Твърдата вода може да съкрати живота му. Редовните проверки помагат за ранно откриване на проблеми.

Може ли собственикът на жилище да почисти натрупването на минерали от нагревателния елемент?

Да, те могатпочистете елементакато го извадите и го накиснете в оцет. Това помага за разтваряне на котления камък. Винаги първо изключвайте захранването.

Какво се случва, ако някой инсталира грешен елемент с мощност?

Бойлерът може да не загрява правилно. Това може да изключи предпазителя или да повреди бойлера. Винаги съобразявайте мощността на нагревателния елемент с препоръката на производителя.