Как обогреть трубу с водой электричеством


Греющий кабель для водопровода: виды, монтаж, схема подключения

Сделать водоснабжение частного дома или дачи постоянным и бесперебофным — задача не из легких. Самое трудное — обеспечить подачу воды зимой. Чтобы трубы не замерзали, их можно уложить ниже глубины промерзания, но все равно остаются слабые места. Первое — аномально холодные зимы, которые периодически брют все рекорды. Второе — места ввода в дом. Они все равно часто замерзают. Выход — установить греющий кабель для водопровода. В этом случае канализация желательна, но закапывать ее можно неглубоко. А на участки ввода в дом можно уложить нагреватель более мощный и получше утеплить. 

Виды греющих кабелей для водопровода

Содержание статьи

Есть два вида нагревательных кабелей — резистивные и саморегулирующие. В резистивных использовано свойство металлов при прохождении электрического тока нагреваться. В обогревающих кабелях этого типа греется металлический проводник. Их характерная черта — они выделяют всегда одинаковое количество тепла. Неважно на улице +3°C или -20°C греться они будут одинаково — на всю мощность, следовательно, потреблять будут одинаковое количество электроэнергии. Чтобы уменьшить расходы в относительно теплое время, в системе ставят датчики температуры и терморегулятор (такие же, как используют для электрического теплого пола).

Строение резистивного кабеля

Резистивные обогревательные провода при укладке не должны пересекаться или располагаться один возле другого (вплотную). В таком случае они перегреваются и быстро выходят из строя. Внимательно следите за этим моментом в процессе монтажа.

Стоит еще сказать, что резистивный греющий кабель для водопровода (и не только) бывает одножильным и двухжильным. Чаще используются двухжильные, хоть они и дороже. Разница в подключении: у одножильных должны к электросети подключаться оба конца, что не всегда удобно. Двухжильные на одном конце имеют заглушку, на втором — закрепленный обычный электрический шнур с вилкой, который включается в сеть 220 В. Что еще надо знать? Резистивные проводники нельзя резать — работать не будут. Если купили бухту с более длинным чем надо отрезком — уложите его целиком.

Примерно в таком виде продают нагревательные кабели для водопровода

Саморегулирующиеся кабели — это металлополимерная матрица. В данной системе провода только проводят ток, а греется полимер, который находится между двух проводников. Этот полимер имеет интересное свойство — чем выше его температура, тем меньше тепла он выделяет, и наоборот, остывая, он начинает выделять больше тепла. Происходят эти изменения независимо от состояния соседних участков кабеля. Вот и получается, что он сам регулирует свою температуру, потому его так и назвали — саморегулирующийся.

Строение саморегулирующего кабеля

У саморегулирующихся (самогреющих) кабелей сплошные плюсы:

  • они могут пересекаться и не перегорят;
  • их можно резать (есть маркировка с линиями реза), но требуется затем сделать оконечную муфту.

Минус у них один — высокая цена, но срок службы (при соблюдении правил эксплуатации) порядка 10 лет. Так что траты эти разумны.

Используя греющий кабель для водопровода любого типа, трубопровод желательно утеплить. Иначе на обогрев потребуется слишком большая мощность, а значит, и большие расходы, да и не факт, что подогрев справится с особо сильными морозами.

Способы монтажа

Греющий кабель для водопровода укладывают снаружи или внутри трубы. Для каждого способа есть специальные виды проводов — некоторые только для наружного монтажа, другие — для внутреннего. Способ монтажа обязательно прописывается в технических характеристиках.

Внутри трубы

Для установки нагревательного элемента внутри водопроводной трубы, он должен отвечать нескольким требованиям:

  • оболочка не должна выделять вредных веществ;
  • степень электрической защиты должна быть не ниже IP68;
  • герметичная оконечная муфта.

Чтобы была возможность заправить провод внутрь, на конце трубопровода ставят тройник, в один из отводов которого через сальник (идет в комплекте) заводится провод.

Пример установки греющего кабеля внутрь трубы через сальник

Обратите внимание, что соединительная муфта — место перехода между нагревательным кабелем и электрическим — должна находится за пределами трубы и сальника. Она для влажных сред не предназначена.

Тройник для монтажа обогревающего кабеля внутри трубы может иметь разные углы отвода — на 180°, 90°, 120°. При этом способе монтажа провод никак не фиксируется. Его просто заправляют внутрь.

Виды тройников для монтажа греющего кабеля внутри водопровода

Наружный монтаж

Закреплять греющий кабель для водопровода на наружной поверхности трубы надо так, чтобы он прилегал плотно, всей площадью. Перед установкой на металлические трубы, их очищают от пыли, грязи, ржавчины, следов сварки и т.п. На поверхности не должно остаться каких-либо элементов, которые могут повредить проводник. На чистый металл укладывается повод, фиксируется через каждые 30 см (чаще можно, реже — нет) при помощи металлизированной клейкой ленты или пластиковых хомутов.

Если тянется вдоль одна-две нитки, то монтируются они снизу — в самой холодной зоне, укладываются параллельно, на некотором расстоянии друг от друга. При укладке трех и более проводов, они располагаются так, чтобы их большая часть находилась снизу, но расстояние между греющими кабелями выдерживается (особенно важно это для резистивных модификаций).

Способы закрепления греющего кабеля на трубе

Есть второй способ монтажа — спиралью. Укладывать провод надо аккуратно — они не любят резких или многократных изгибов. Есть два способа. Первый — разматывать муфту постепенно наматывая освобождающийся кабель на трубу. Второй — закрепить его с провисаниями (нижняя картинка на фото), которые потом намотать и закрепить металлизированной липкой лентой.

Если обогревать будут водопроводную трубу из пластика, то под провод наклеивается сначала металлизированный скотч. Он улучшает теплопроводность, повышая эффективность нагрева. Еще один нюанс монтажа обогревающего кабеля на водопровод: тройники, вентили и другие подобные устройства требуют больше тепла. При укладке сделайте на каждом фитинге несколько петель. Только следите за минимальным радиусом изгиба.

Фитинги, краны необходимо прогревать лучше

Чем утеплять

Однозначно для утепления обогреваемого трубопровода нежелательно использовать минеральную вату любого происхождения. Она боится намокания — во влажном состоянии теряет свои теплоизоляционные свойства. Замерзнув в мокром виде, после повышения температуры, она просто рассыпается в труху. Отсутствие влаги вокруг трубопровода обеспечить очень сложно, так что этот утеплитель лучше не брать.

Не очень хороши утеплители, которые сжимаются под действием тяжести. Сжавшись, они тоже теряют теплоизоляционные свойства. Если трубопровод у вас проложен в специально построенной канализации, на него ничего давить не может, можете использовать и поролон. Но если трубу будете просто закапывать, вам нужна жесткая теплоизоляция. Есть еще вариант — поверх сминаемого утеплителя (например, вспененного полиэтилена с закрытыми ячейками) надеть жесткую трубу, к примеру — пластиковую канализационную.

Пример утепления водопроводной трубы с нагревательным кабелем

Еще один материал — пенополистирол, сформованный в виде фрагментов труб разного диаметра. Такой вид утеплителя часто называют скорлупой. Имеет он хорошие теплоизоляционные характеристики, не боится воды, выносит некоторые нагрузки (зависит от плотности).

Какой мощности требуется греющий кабель для водопровода

Требуемая мощность зависит от региона, в котором вы проживаете, от того, как проложен трубопровод, от диаметра труб, утеплен он или нет, да еще и от того, как именно вы прокладываете обогрев — внутри трубы или поверх нее. В принципе, у каждого производителя есть таблицы, по которым определяется расход кабеля на один метр трубы. Эти таблицы составляются для каждой мощности, так что выкладывать тут какую-то из них нет смысла.

По опыту, можно сказать, что при среднем утеплении трубопровода (пенополистирольная скорлупа толщиной 30 мм) в Средней полосе России на обогрев одного метра трубы изнутри достаточно мощности в 10 Вт/м, а снаружи надо брать не менее 17 Вт/м. Чем севернее вы живете, тем большая мощность (или толще стой утеплителя) вам требуется.

С терморегулятором или без?

Если хотите за обогрев водопровода платить мизер, лучше поставить терморегулятор. Даже если вы собрались монтировать саморегулирующийся нагревательный кабель. В основном, характеристики такие: включается в работу при +3°C, выключается при +13°C.

Если вода у вас подается из скважины, в ней она никогда не будет иметь температуру в +13°C. Получается, что обогрев будет работать все время, даже весной и летом. Летом, понятное дело, кабель можно выключить, а вот весной и осенью этого не сделаешь из-за возможности внезапного заморозка. С колодцами несколько проще, но ненамного — летом там вода может иметь температуру и чуть выше порога отключения. Но это — летом, и в самый жаркий период. И вообще, зачем вам греть, скажем воду, которая идет в сливной бачок? Да и ту, что идет на кухню или в душ вы все равно будете нагревать бойлерами или проточными водонагревателями.

В любом случае получается — терморегулятор нужен. На нем выставляете температуру отключения в районе +5°C. Затраты на подогрев трубопровода падают в разы. При этом значительно увеличивается срок службы греющих кабелей — они имеют определенный ресурс рабочих часов. Чем меньше они работают, тем дольше будут вам служить.

Греющий кабель для водопровода — схема подключения к терморегулятору

При установке системы обогрева водопровода с терморегулятором, надо будет установить и датчик температуры. Тут есть сложность. Его надо поставить на трубу так, так, чтобы на него не влияла температура от нагревателей. То есть, от трубы его теплоизолировать не надо, а от кабелей — надо.

Сам терморегулятор желательно установить в помещении. Его подключают к домовому электрощитку через защитный автомат и, желательно, УЗО. Потребляемая мощность у обогревательного кабеля небольшая, потому номинал автомата можно взять порядка 6А, номинал УЗО выбираете ближайший больший, а то утечки, желательно, 30 мА.

Подключают греющий кабель для водопровода к соответствующим разъемам на корпусе терморегулятора. Если веток несколько, их запаралеливают. На соседние контакты подключается датчик температуры. На каждом терморегуляторе есть маркировка, по которой понятно, что и куда надо подключать. Если маркировки нет — лучше купите другой: работоспособность данного экземпляра очень сомнительна.

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 не только производство горячей воды с использованием электроэнергии обходится в 4 раза больше, 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 и система влажного центрального отопления, за исключением того, что им требуется только 1 единица электроэнергии на приблизительно 3 единицы тепла.Полученная горячая вода затем хранится в изолированном резервуаре для воды, чтобы минимизировать потери тепла. Результат такой повышенной эффективности означает, что стоимость нагрева горячей воды снижается примерно до тех же затрат, что и для газового котла. Если вы использовали нефть или газ 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 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. Важно учитывать, что зимой или в пасмурные дни избыток воды ограничен, и вода не может быть нагрета до требуемой температуры. Затем для этого 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 потерь тепла при хранении, 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, нагретая 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 они 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 в 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 чайниках 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 всеми способами - даже в простой кастрюле на открытом огне или плите - хотя закрытый чайник обычно работает намного быстрее: он предотвращает выход тепла, позволяет давлению расти быстрее (помните, что вода закипает, когда давление ее 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 Зачем.

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 одинаковое количество энергии для этого.Используете ли вы костер или чайник, микроволновую печь или что-нибудь еще перемешивая устройство в стиле 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 энергии, сколько потребляет наш чайник на одно кипячение!

Работа: Чайники расходуют много энергии для кипячения воды, но делают свою работу 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 больший ток 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) четверти литра воды, вам нужно только 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 ты 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, имеющий включаемые сухие и чувствительные к потоку термочувствительные блоки управления от Джона К. Тейлора, любезно предоставлено 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 бы 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 в течение неопределенного времени путем многократного включения тока и выкл.

Фото: Вот как на самом деле выглядит типичный термостат-переключатель 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 вниз 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»

Иллюстрация: 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 рассуждал, что «механическая» энергия, которую он таким образом добавлял к воде, превратится в тепловую энергию, слегка нагревая воду. После многократных экспериментов он успешно доказал, что энергия (или, как он это 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 знаменитой статье под названием «Механический эквивалент тепла», которая до сих пор считается одним из самых важных подтверждений теория сохранения энергии.

Джоуль считал, что может найти доказательства, подтверждающие его идеи 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 полагал, подтверждает 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 объяснил 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 дизайн 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

.

Как работает электрический водонагреватель

Как работает электрический водонагреватель
Типовой Бытовой водонагреватель на 240 вольт имеет 2 ТЭНа .... верхний и ниже элементы.
Элементы контролируются верхним и нижним термостаты. Каждый элемент подключен к термостату.

Термостаты механические биметаллические переключатели, которые читать температура через стенку резервуара и включите элементы и ВЫКЛ. Обычные термостаты механического водонагревателя не имеют напряжения специфические, и рассчитаны на жилые дома от 120 до 240 и коммерческие напряжения от 208 до 480 вольт.


Термостаты бытовых водонагревателей можно вручную настроить на температура между 90F до 150F или от 110 до 160F, в зависимости от марки и калибровки.

Все термостаты настройки являются приблизительными.
Выше настройки термостата потребляют больше электроэнергии.
Более высокая температура может привести к ожогам и необратимым травмам.


Водонагреватель для профессионального использования термостаты могут иметь более высокие, более опасные диапазон 120-180F. Максимально допустимая температура для водонагревателей все типы 210F. Более высокая температура может привести к сильному паровому взрыву.

Не устанавливайте высокий термостаты температуры на бытовом водонагревателе. это ненужное и опасное.
Типичная ванна-душ 104F.


В целях безопасности и во избежание ожогов, рекомендуемая настройка для всех термостатов водонагревателя (коммерческие и жилые, газовые или электрические), которые поставляют питьевую (питьевую) воду в трубы, где вода может контактировать с людьми, составляет 120F.

Выше термостаты температуры используются для мытья посуды и других высокотемпературные приложения, которые часто регулируются нормами здравоохранения, или потребность в отоплении помещений и т. д... но высоких температур никогда не бывает попадает в водопроводные трубы, где вода может контактировать с люди. Смесительный клапан установлен для снижения температуры очень горячая вода до того, как она попадет в водопровод.

Ресурсы
Как отрегулировать термостаты
Как заменить термостат на электрической воде обогреватель / для профессионального и бытового использования
How к термостату
Преимущества смесительного клапана
Как увеличить количество горячей воды

Водонагреватели электрические неодновременные
Двухэлементные электрические водонагреватели на 240 вольт для жилых помещений работают неодновременно, как это видно на этикетке продукта, расположенной сбоку бака.
Это означает, что оба элемента никогда не ВКЛ в в одно и то же время (одновременно), если внутри нагревателя не будет существенно изменилось. Один элемент включен, или другой элемент включен, или оба элемента выключены.
Как подключить водонагреватель на одновременный операция

Верхняя термостат - главный контроллер.
Запуск с холодным баком, верхний термостат включает верхний элемент до верхних 2/3 танка достигает установленной температуры.
После нагрева верхней части бака верхняя термостат отключает верхний элемент и подает питание на нижний термостат, включающий нижний элемент.Нижний элемент работает до тех пор, пока бак достигает температуры настройка.
Нижний элемент включается и выключается в режиме ожидания для поддержания бака температура на заданном значении термостата.

Внутри нет воздуха бак
При включении горячего крана на кухонной мойке горячая вода сразу выходит наверх танка.
Горячая вода проходит по трубе горячей стороны до достигает крана.
В этот момент горячая вода выходит из бака, сразу новая холодная вода входит низ резервуара через пластиковую погружную трубку.
Для экономии энергии никогда не включайте горячее постучите при использовании только холодного... потому что новая холодная вода поступает в бак должен быть нагрет до заданного значения.
ресурсов
Прочитать о погружной трубке
9 способов экономии с водонагревателем

В часы ожидания, между использованием горячей воды, нижний элемент поддерживает температура бака.
Нижний элемент поддерживает горячую воду за счет включения примерно 1-4 минут каждый час днем ​​и ночью, что составляет 45 кВт · ч - 216 кВт / ч каждый месяц в режиме ожидания в зависимости от эффективности резервуара, техническое обслуживание и сезонная температура входящей холодной воды.Новые танки с большим количеством изоляция, или резервуары в естественно теплом месте включаются реже.
ресурса
См. Математические таблицы для нагрева воды
Расчет кВт / ч

Один раз горячая вода используется из крана, холодная вода быстро заполняет дно резервуара. Нижний элемент активируется первым, а когда верхняя часть резервуара ниже заданного значения, нижний элемент отключается и включается верхний элемент, и цикл нагрева повторяется.
температура поступающей холодной воды влияет на количество энергии потребляется.Зимой поступающая вода холоднее. Более холодная вода означает элементы должны нагреваться дольше, чтобы достичь уставки термостата. Средняя температура грунтовых вод Резервуар для закалки

.

Изгиб воды со статическим электричеством

Вам понадобится

Сухая пластиковая расческа
Смеситель для дома
Голова с чистыми сухими волосами.

Что делать

1. Откройте кран и медленно убавляйте воду, пока не будет течь ОЧЕНЬ тонкая струйка воды.

2. Возьмите пластиковую расческу и десять раз проведите ею по волосам.

3. Теперь медленно поднесите гребень к струе воды (фактически не касаясь воды). Если все идет хорошо, струя воды должна изгибаться в сторону гребня! Магия спросите вы? На самом деле, нет.

Как это работает?

Когда вы расчесывали волосы этой расческой, крошечные части атомов в волосах, называемые ЭЛЕКТРОНАМИ, собирались на расческе. Эти электроны имеют ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ заряд. Помните об этом, это важно. Теперь, когда расческа имеет отрицательный заряд, ее привлекают предметы с ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМ зарядом. Это похоже на то, как некоторые магниты притягиваются к определенным металлам.

Когда вы подносите отрицательно заряженную гребенку к крану, она притягивается ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ силой воды.Притяжение достаточно сильное, чтобы на самом деле притягивать воду к гребенке, когда она течет! Если вы хотите провести еще один эксперимент с расческой, разорвите кусочки ткани, пока они не станут настолько маленькими, насколько вы можете их достать… Я имею в виду очень маленькие! Затем снова зарядите расческу, проведя ею по волосам и поднесите к крошечным кусочкам ткани. Если кусочки достаточно малы, они будут прыгать со стола на гребень так же, как вода попадала в гребень, - все благодаря чудесам статического электричества.

СДЕЛАТЬ ЭКСПЕРИМЕНТ

Данный проект является ДЕМОНСТРАЦИЕЙ. Чтобы провести настоящий эксперимент, попробуйте ответить на следующие вопросы:

1. Влияет ли температура воды на то, насколько она изгибается?
2. Влияет ли размер гребня на статическую мощность?
3. Влияет ли количество влаги в воздухе на статическую мощность? Попробуйте это сделать после того, как кто-нибудь примет душ в комнате.
4. Влияет ли материал, из которого сделана гребенка, на статическую мощность?

Наука Боб

.

Смотрите также