Бойлер для нагрева воды и теплопроводность

[nds]

wrest в сообщении #1361279 писал(а):

Зачем там посредине торчок?

Как то так, для сменного терморегулятора наверное:

[sin(90-A)]

roverspam в сообщении #1361151 писал(а):

Как известно, бойлер с плохой теплопроводностью ТЭНа (например, с накипью) греет воду дольше.

Вообще-то,это не так очевидно как кажется.

-- 15.12.2018, 07:59 --

roverspam в сообщении #1361151 писал(а):

Оппоненты говорят, что он в таком случае потребляет электричества в столько же раз больше, во сколько раз дольше нагревает воду до нужной температуры.

А если посчитать?

[Toolt]

sin(90-A) в сообщении #1361401 писал(а):

roverspam в сообщении #1361151 писал(а):

Как известно, бойлер с плохой теплопроводностью ТЭНа (например, с накипью) греет воду дольше.

Вообще-то,это не так очевидно как кажется.

-- 15.12.2018, 07:59 --

roverspam в сообщении #1361151 писал(а):

Оппоненты говорят, что он в таком случае потребляет электричества в столько же раз больше, во сколько раз дольше нагревает воду до нужной температуры.

А если посчитать?

То, что тэн с накипью греет воду дольше - это действительно кажется очевидным. И это действительно интересный вопрос. Ведь, если привести такой же пример из области отопления, то, если накрыть батарею одеялом, то комнату вообще можно и не нагреть (и это уж абсолютно точно). Отсюда и распространенное мнение. Но, видимо, разница между электрическим ТЭНом и водяной батареей отопления в том, что в ТЭНе тепло будет выделяться практически одинаково независимо от теплоизоляции в виде накипи, так как это определяется только напряжением и сопротивлением участка электрической цепи (ТЭНа). И если накипи много, ТЭН и в этом случае не снизит отдачу теплоты, но просто нагреется сильнее и при какой-то температуре ТЭНа спираль ТЭНа просто перегорит или отключится (увеличение сопротивления при повышении температуры не так интересно в данной теме). А при накрытой одеялом батарее отопления тепла будет действительно меньше отдаваться в комнату, но оно будет просто сохраняться в системе отопления дома (и при этом, например, потребуется меньше топлива для нагрева теплоносителя для поддержания его заданной температуры). Правильно?
А если накрыть одеялом не батарею отопления многоэтажного дома, а масляный электрический радиатор, то это также наверное не приведет к уменьшению отдачи тепла в комнату (так как там такой же электрический ТЭН), а просто приведет к повышению его температуры и соответственно к выделению того же количества тепла в комнату (либо он перегорит)?

[nds]

Toolt в сообщении #1361423 писал(а):

если накрыть батарею одеялом

Ситуация отличается лишь конструкцией
У ТЭНа тепловые потери происходят через электрические провода и через торец, находящийся снаружи.
Теплоизоляция увеличит время передачи тепла от нагревателя к воде. Но это увеличенное время добавит потери тепла через торец. С этой точки зрения длинный ТЭН эффективнее короткого (у длинного рабочая поверхность больше).
Посчитать проблемнее, чем померить для конкретной конструкции.
Но мерить нужно не время, а затраты энергии.

[emwave]

Электрическая розетка является источником напряжения, т.е. напряжение $U$ - заданная величина. Например, 220В - действующее напряжение.

Мощность, потребляемая ТЭНом, определятся по закону Ома
$P=\frac{U^2}{R(T)}$ ,
где $R(T)$ - сопротивление ТЭНа, зависящее от температуры.
Для металлов $R(T)=R _0+\beta\cdot(T-T _0)$- монотонно возрастающая функция.

Далее, передача тепла от нагревательного элемента воде определяется коэффициентом теплопередачи - коэффициентом пропорциональности между потоком тепла от нагревателя воде и перепадом температуры вода-нагреватель:

$q=\alpha\cdot(T-T _w)$, где $T _w$ - температура воды, $T$ - температура ТЭНа.

Наличие накипи на ТЭНе ведет к уменьшению коэффициента теплопередачи $\alpha$ .
Весь процесс определяется балансом выделяемой ТЭНом $P$ и отводимой водой $q\cdotS$ мощностями.
Таким образом, при уменьшении $\alpha$, увеличивается $T$, увеличивается $R(T)$ и несколько падает мощность $P$.

[Toolt]

nds в сообщении #1361424 писал(а):

Toolt в сообщении #1361423 писал(а):

если накрыть батарею одеялом

Ситуация отличается лишь конструкцией
У ТЭНа тепловые потери происходят через электрические провода и через торец, находящийся снаружи.
Теплоизоляция увеличит время передачи тепла от нагревателя к воде. Но это увеличенное время добавит потери тепла через торец. С этой точки зрения длинный ТЭН эффективнее короткого (у длинного рабочая поверхность больше).
Посчитать проблемнее, чем померить для конкретной конструкции.
Но мерить нужно не время, а затраты энергии.

Ну да, никакого отличия. Конечно. Упаковать ТЭН в теплоизоляцию слоем в сантиметр и включить - ТЭН раскалится и сгорит за 30-60 секунд (и никакие потери тепла через торец не спасут). Как выделялся 1 кДж тепла в секунду у киловаттного ТЭНа, так и будет выделяться, хоть в три слоя его изолируй. Упаковать батарею отопления в теплоизоляцию слоем в сантиметр - как была вода в батарее 90*С, так и останется, только в комнате будет холоднее. Никакой разницы, конечно. Упаковать ТЭН в теплоизоляцию тонким слоем (чтобы еще не сильно перегрелся), включить и померить расход квт-ч - ничего не изменится (падение мощности от увеличения температуры/сопротивления спирали не так значительно). Укрыть батарею одеялом и посмотреть на теплосчетчик - расход уменьшится радикально (пробовал, когда был перетоп и сломался регулятор на батарее). Никакой разницы, конечно, ситуация отличается лишь конструкцией. Конечно.

-- 15.12.2018, 20:38 --

emwave в сообщении #1361433 писал(а):

Электрическая розетка является источником напряжения, т.е. напряжение $U$ - заданная величина. Например, 220В - действующее напряжение.

Мощность, потребляемая ТЭНом, определятся по закону Ома
$P=\frac{U^2}{R(T)}$ ,
где $R(T)$ - сопротивление ТЭНа, зависящее от температуры.
Для металлов $R(T)=R _0+\beta\cdot(T-T _0)$- монотонно возрастающая функция.

Далее, передача тепла от нагревательного элемента воде определяется коэффициентом теплопередачи - коэффициентом пропорциональности между потоком тепла от нагревателя воде и перепадом температуры вода-нагреватель:

$q=\alpha\cdot(T-T _w)$, где $T _w$ - температура воды, $T$ - температура ТЭНа.

Наличие накипи на ТЭНе ведет к уменьшению коэффициента теплопередачи $\alpha$ .
Весь процесс определяется балансом выделяемой ТЭНом $P$ и отводимой водой $q\cdotS$ мощностями.
Таким образом, при уменьшении $\alpha$, увеличивается $T$, увеличивается $R(T)$ и несколько падает мощность $P$.

Про рост сопротивления спирали при повышении температуры уже писали. Остальное тоже очевидно. Но давайте посмотрим в начало темы. ТС писал: "Как известно, бойлер с плохой теплопроводностью ТЭНа (например, с накипью) греет воду дольше. Оппоненты говорят, что он в таком случае потребляет электричества в столько же раз больше, во сколько раз дольше нагревает воду до нужной температуры". И далее: "Вы хотите сказать, что бойлер с плохой теплопроводностью вокруг ТЭНа будет жрать столько же, сколько и с хорошей? А куда тогда девается тепло, если разница по времени в нагреве в несколько раз?". То есть, на самом деле вопрос ТС (и его "оппонентов") немного о другом: влияет ли накипь (а равно как и конструкционные особенности электрического нагревательного прибора) на эффективность (читай - экономичность) нагрева (воды, воздуха). Из этой же серии и реклама всевозможных электронагревателей, которые из-за своей конструкции "экономят электричество". И ответ - экономия (по крайней мере ощутимая) в электронагревателях практически не зависит от наличия или отсутствия накипи, от конструкции. Ток на напряжение - и все. Экономия может заключаться в снижении теплопотерь через корпус, в использовании оптимального режима нагрева (например, электрочайник с регулируемой температурой). Не так?

[nds]

Toolt в сообщении #1361498 писал(а):

Ну да, никакого отличия. Конечно. Упаковать ТЭН в теплоизоляцию слоем в сантиметр и включить - ТЭН раскалится и сгорит за 30-60 секунд (и никакие потери тепла через торец не спасут). Как выделялся 1 кДж тепла в секунду у киловаттного ТЭНа, так и будет выделяться, хоть в три слоя его изолируй.

Конечно вы правы. Чтобы расплавить батарею, нужен газовый резак

Рассматривайте задачу по порядку по временной шкале.
Вы передаёте 1кДж тепла сначала ТЕНу, затем ТЕН передаёт это тепло воде?
Сгорает ТЕН в том случае, если либо воды нет, либо теплоизоляция(накипью) такая хорошая, что тепло от ТЕНа не отводится к воде.
Представьте ТЕН нагрели за 1 сек (передали какое то количество тепла) и выключили.
Со временем если потерь тепла нет, то всё тепло от ТЕНа перейдет к воде и вода нагреется на это же количество тепла.
Но, если потери есть (через торец ТЕНа), то воде передастся не всё тепло за то же самое время.
А если теплоизоляция накипью очень хорошая, то либо тен будет греть только торец, либо сгорит.

[Toolt]

Вот дался Вам этот торец ТЭНа. "либо тен будет греть только торец" - это как? В таком режиме ТЭН сгорит за 30-60 секунд. Вы никогда не видели включенный кипятильник, вынутый из воды? (Раскалившийся до красна - 600*С - Это еще на воздухе, а в теплоизоляции еще быстрее и горячее).
"Со временем если потерь тепла нет, то всё тепло от ТЕНа перейдет к воде и вода нагреется на это же количество тепла". Если теплоизоляция хорошая, то "со временем" будет очень долгим, и тепло дойдет до воды очень не скоро. Соответственно, если включить снова, то ТЭН все-таки сгорит, так как теплоотвод будет медленнее тепловыделения.
Еще раз: если ТЭН сильно покрыт накипью, так сильно, что это сильно влияет на коэффициент теплопередачи, то ТЭН либо сгорит, либо будет греть как обычно, никакого увеличения расхода электроэнергии на нагрев воды не будет (точнее увеличение будет незначительным, с учетом возможного незначительного увеличения времени нагрева воды за счет падения мощности на 2% за счет увеличения сопротивления спирали при увеличении температуры выше штатной).

[nds]

Toolt в сообщении #1361527 писал(а):

Вот дался Вам этот торец ТЭНа

Так и скажите, что у вашего тэна эффективность передачи подводимой электрической энергии в тепло воды равна 100%.
И вы измерили что расход электроэнергии не зависит от количества накипи? Тольку у ТС почему то получается разница может быть и в 2 раза а у вас всего 2% .

[Toolt]

nds в сообщении #1361550 писал(а):

Toolt в сообщении #1361527 писал(а):

Вот дался Вам этот торец ТЭНа

Так и скажите, что у вашего тэна эффективность передачи подводимой электрической энергии в тепло воды равна 100%.
И вы измерили что расход электроэнергии не зависит от количества накипи? Тольку у ТС почему то получается разница может быть и в 2 раза а у вас всего 2% .

Конечно, я думаю, теплопотери и электропотери неизбежны, в том числе и через различные конструктивные элементы - крепления ТЭНа (и "торец" конечно), корпус водонагревателя, провода и разъемы. Но это, скорее всего мало зависит от накипи. (Ну да, если ТЭН покрыт накипью, отвод тепла в воду ухудшился, температура ТЭНа повысилась, соответственно и теплопотери (через крепления и проч.) увеличатся. Но вопрос был в другом: по мнению ТС (точнее, скорее не самого ТС, а его "оппонентов") выделяющаяся в ТЭНе теплота как бы "запирается" накипью-теплоизолятором, и требуется больше электроэнергии, чтобы нагреть воду. И вот это, видимо, неправильно.
Насчет увеличения расхода эл.энергии у ТС, насколько я помню, все было очень приблизительно, да и со ссылками на возможные отключения автоматики, связанное с этим увеличение времени и как следствие - возможное увеличение обычных теплопотерь.

[nds]

Toolt в сообщении #1361556 писал(а):

температура ТЭНа повысилась, соответственно и теплопотери (через крепления и проч.) увеличатся. Но вопрос был в другом

Вопрос как раз в этом. Как оценить эти теплопотери? Потому что больше некуда деваться дополнительной подведённой энергии.

[Toolt]

ОК, пусть будет так.

[Emergency]

nds в сообщении #1361563 писал(а):

Вопрос как раз в этом. Как оценить эти теплопотери? Потому что больше некуда деваться дополнительной подведённой энергии.

Прямо так и оценивайте - по дополнительной подведенной энергии.

[emwave]

emwave в сообщении #1361433 писал(а):

Электрическая розетка является источником напряжения, т.е. напряжение $U$ - заданная величина. Например, 220В - действующее напряжение.

Мощность, потребляемая ТЭНом, определятся по закону Ома
$P=\frac{U^2}{R(T)}$ ,
где $R(T)$ - сопротивление ТЭНа, зависящее от температуры.
Для металлов $R(T)=R _0+\beta\cdot(T-T _0)$- монотонно возрастающая функция.

Далее, передача тепла от нагревательного элемента воде определяется коэффициентом теплопередачи - коэффициентом пропорциональности между потоком тепла от нагревателя воде и перепадом температуры вода-нагреватель:

$q=\alpha\cdot(T-T _w)$, где $T _w$ - температура воды, $T$ - температура ТЭНа.

Наличие накипи на ТЭНе ведет к уменьшению коэффициента теплопередачи $\alpha$ .
Весь процесс определяется балансом выделяемой ТЭНом $P$ и отводимой водой $q\cdotS$ мощностями.
Таким образом, при уменьшении $\alpha$, увеличивается $T$, увеличивается $R(T)$ и несколько падает мощность $P$.

Рассмотрим предельный случай, когда подводимая электрическая мощность упала очень существенно, т.е. $P$ - мало (хотя температура нагревателя велика и нагреватель не перегорел).
Тогда может создаться ситуация, когда стационарное равновесие между вводимой электрической мощностью и теплопотерями через стенку бака наступит при температуре ниже желаемой.
Таким образом, при наличии накипи возможна ситуация, когда желаемая температура не будет достигнута при любых затратах электрической энергии. Другой вариант - ТЭН перегорит.
Вывод: При наличии потерь через стенку бака, энергозатраты на нагрев воды с накипью на ТЭНе всегда больше, чем без накипи.

[Emergency]

emwave в сообщении #1361848 писал(а):

Вывод: При наличии потерь через стенку бака, энергозатраты на нагрев воды с накипью на ТЭНе всегда больше, чем без накипи.

Вывод другой - надо вовремя чистить ТЭН, так как иначе он сгорит.