Vatten värmning
- Kommunalt vattenfoder
- Vätska från vattentank till extern (passiv) värmekälla; passiv värmekälla kan vara marken (jord eller grundvatten), sol eller luft via värmepump, fjärrvärme eller termodynamisk solpanel
- Vätska från värmepump, eller termodynamisk solpanel till vattentank
- Pump, ställdon, styrenhet och andra delar
- Varmvattenberedare
- Vattenförrådstank
- Varmvatten till hushållsapparater
Vattenuppvärmning är en värmeöverföringsprocess som använder en energikälla för att värma vatten över dess ursprungliga temperatur. Typiska hushållsanvändningar av varmvatten inkluderar matlagning, städning, bad och rumsuppvärmning. Inom industrin har varmvatten och vatten som värms upp till ånga många användningsområden.
Inhemskt värms vatten traditionellt upp i kärl som är kända som vattenvärmare , vattenkokare , kittel , krukor eller koppar . Dessa metallkärl som värmer en sats vatten producerar inte en kontinuerlig tillförsel av uppvärmt vatten vid en förinställd temperatur. Sällan förekommer varmvatten naturligt, vanligtvis från naturliga varma källor . Temperaturen varierar med förbrukningshastigheten och blir svalare när flödet ökar.
Apparater som ger en kontinuerlig tillförsel av varmvatten kallas varmvattenberedare , varmvattenberedare , varmvattentankar , pannor , värmeväxlare , gejsrar (södra Afrika och arabvärlden) eller varmvattenberedare . Dessa namn beror på region, och om de värmer dricksvatten eller icke-dricksvatten, är i hushålls- eller industriell användning och deras energikälla. I hushållsinstallationer kallas dricksvatten som värms upp för annan användning än rumsuppvärmning även för tappvarmvatten ( DHW ) .
Fossila bränslen ( naturgas , flytande petroleumgas , olja ) eller fasta bränslen används vanligtvis för att värma vatten. Dessa kan förbrukas direkt eller kan producera el som i sin tur värmer vatten. El för att värma vatten kan också komma från vilken annan elektrisk källa som helst, såsom kärnkraft eller förnybar energi . Alternativ energi som solenergi , värmepumpar , varmvattenvärmeåtervinning och bergvärme kan också värma vatten, ofta i kombination med reservsystem som drivs av fossila bränslen eller el.
Tätbefolkade stadsområden i vissa länder tillhandahåller fjärrvärme av varmvatten. Detta är särskilt fallet i Skandinavien , Finland och Polen . Fjärrvärmesystem levererar energi för vattenuppvärmning och rumsuppvärmning från kraftvärmeverk (CHP) såsom förbränningsugnar , centralvärmepumpar, spillvärme från industrier, bergvärme och central solvärme . Egentlig uppvärmning av tappvatten sker i värmeväxlare hos konsumenterna. Generellt har konsumenten inget inbyggt backupsystem eftersom redundans vanligtvis är betydande på fjärrvärmesidan.
Idag i USA värms hushållsvatten som används i hem oftast med naturgas, elektriskt motstånd eller en värmepump. Elektriska värmepumpsvattenberedare är betydligt effektivare än elektriska motståndsvattenberedare, men också dyrare i inköp. Vissa energibolag erbjuder sina kunder finansiering för att kompensera för den högre första kostnaden för energieffektiva varmvattenberedare.
Typer av vattenvärmeapparater
Varmvatten som används för uppvärmning av rum kan värmas upp med fossila bränslen i en panna, medan dricksvatten kan värmas upp i en separat apparat. Detta är vanligt i USA, särskilt när varmluftsuppvärmning vanligtvis används.
Förrådsvattenberedare (tanktyp)
I hushåll och kommersiell användning är de flesta nordamerikanska och södra asiatiska varmvattenberedare av tanktyp, även kallade lagringsvattenberedare . Dessa består av ett cylindriskt kärl eller behållare som håller vattnet kontinuerligt varmt och redo att användas. Typiska storlekar för hushållsbruk sträcker sig från 75–400 L (20–100 US gallons). Dessa kan använda elektricitet , naturgas , propan , eldningsolja , solenergi eller andra energikällor. Naturgasvärmare är mest populära i USA och de flesta europeiska länder, eftersom gasen ofta är bekvämt leds genom städer och städer och för närvarande är den billigaste att använda. I USA är typiska naturgasvattenberedare för hushåll utan ovanliga behov 150–190 L (40–50 US gal) med en brännare på 10,0–11,7 kilowatt (34 000–40 000 BTU/h).
Detta är ett populärt arrangemang där högre flödeshastigheter krävs under begränsade perioder. Vatten värms upp i ett tryckkärl som tål ett hydrostatiskt tryck nära det inkommande nätaggregatet. En tryckreduceringsventil används ibland för att begränsa trycket till en säker nivå för kärlet. I Nordamerika kallas dessa kärl varmvattentankar och kan innehålla en elektrisk motståndsvärmare, en värmepump eller en gas- eller oljebrännare som värmer vatten direkt.
Där värmepannor för varmvatten är installerade, värms tappvarmvattenberedare vanligtvis indirekt av primärvatten från pannan, eller av en elektrisk elpatron (ofta som reserv till pannan). I Storbritannien kallas dessa fartyg för indirekta cylindrar respektive direktcylindrar . Dessutom, om dessa cylindrar utgör en del av ett förseglat system, som tillhandahåller varmvatten från nätet, är de kända som oventilerade cylindrar. I USA, när de är anslutna till en panna, kallas de för indirekt eldade varmvattenberedare .
Jämfört med tanklösa värmare har lagringsvattenberedare fördelen av att använda energi (gas eller elektricitet) i en relativt långsam takt, och lagra värmen för senare användning. Nackdelen är att värme med tiden kommer ut genom tankväggen och vattnet kyls ner, vilket aktiverar värmesystemet för att värma upp vattnet igen, så att investera i en tank med bättre isolering förbättrar denna standby-effektivitet. När varmvattnet töms på hårt bruk, finns det dessutom en betydande fördröjning innan varmvatten är tillgängligt igen. Större tankar tenderar att ge varmvatten med mindre temperaturfluktuationer vid måttliga flödeshastigheter.
Volymlagringsvattenvärmare i USA och Nya Zeeland är typiskt vertikala cylindriska tankar, vanligtvis stående på golvet eller på en plattform som höjs en kort bit över golvet. Volymvattenberedare i Spanien är vanligtvis horisontella. I Indien är de huvudsakligen vertikala. I lägenheter kan de monteras i takutrymmet över tvättstugor. I Australien har gas- och elektriska tankvärmare för utomhusbruk främst använts (med höga temperaturer för att öka den effektiva kapaciteten), men taktankar för solenergi börjar bli på modet.
Små punkt-of-use (POU) elektriska varmvattenberedare med kapaciteter från 8–32 L (2–6 gallon) är gjorda för installation i köks- och badrumsskåp eller på väggen ovanför ett handfat. De använder vanligtvis värmeelement med låg effekt , cirka 1 kW till 1,5 kW, och kan ge varmvatten tillräckligt länge för handtvätt, eller, om de är kopplade till en befintlig varmvattenledning, tills hett vatten kommer från en avlägsen högkapacitetsvattenberedare. De kan användas när det är för dyrt eller opraktiskt att efterinstallera en byggnad med VVS för varmvatten. Eftersom de håller vattentemperaturen termostatiskt, kan de bara leverera ett kontinuerligt flöde av varmvatten vid extremt låga flödeshastigheter, till skillnad från tanklösa värmare med hög kapacitet.
I tropiska länder som Singapore och Indien kan en varmvattenberedare variera från 10 L till 35 L. Det räcker med mindre varmvattenberedare, eftersom omgivande vädertemperaturer och inkommande vattentemperatur är måttliga. De kallaste regionerna i Indien som Kashmir, människor är mestadels beroende av lagringstyp elektriska varmvattenberedare. Mestadels 50L eller 75L Elektriska varmvattenberedare av lagringstyp är anslutna till överliggande vattenkälla.
Point-of-use (POU) kontra centraliserat varmvatten
Ett lokaliseringsbeslut kan fattas mellan punkt-of-use och centraliserade varmvattenberedare. Centraliserade varmvattenberedare är mer traditionella och är fortfarande ett bra val för små byggnader. För större byggnader med intermittent eller tillfällig varmvattenanvändning kan flera POU-vattenberedare vara ett bättre val, eftersom de kan minska långa väntetider för varmvatten att komma från en fjärrvärmare. Beslutet var man ska placera varmvattenberedaren(arna) är endast delvis oberoende av beslutet av en tankad vs. tanklös varmvattenberedare , eller valet av energikälla för värmen. [ citat behövs ]
Momentanvattenberedare (tanklös typ)
Tanklösa varmvattenberedare – även kallade momentana, kontinuerliga flödes-, inline-, flash-, on-demand eller instant-on varmvattenberedare – blir allt populärare. [ citat behövs ] Dessa högeffektsvattenvärmare värmer omedelbart upp vatten när det strömmar genom enheten och håller inte kvar något vatten internt förutom det som finns i värmeväxlarens spole. Kopparvärmeväxlare föredras i dessa enheter på grund av deras höga värmeledningsförmåga och enkla tillverkning.
Tanklösa värmare kan installeras i ett hushåll vid mer än en punkt-of-use (POU), långt från en central varmvattenberedare, eller större centraliserade modeller kan fortfarande användas för att tillhandahålla alla varmvattenbehov för ett helt hus. De främsta fördelarna med tanklösa varmvattenberedare är ett rikligt kontinuerligt flöde av varmvatten (jämfört med ett begränsat flöde av kontinuerligt uppvärmt varmvatten från konventionella tankvattenvärmare) och potentiella energibesparingar under vissa förhållanden. Den största nackdelen är deras mycket högre initiala kostnader; en amerikansk studie i Minnesota rapporterade en 20- till 40-årig återbetalning för de tanklösa varmvattenberedarna. [ citat behövs ] I en jämförelse med en mindre effektiv naturgaseldad varmvattentank, kommer naturgas på begäran att kosta 30 % mer över sin livslängd. [ tveksamt ] [ citat behövs ]
Fristående apparater för att snabbt värma vatten för hushållsbruk är kända i Nordamerika som tanklösa eller on demand -vattenvärmare. På vissa ställen kallas de flerpunktsvärmare , gejsrar eller ascots . I Australien och Nya Zeeland kallas de momentana varmvattenenheter . I Argentina kallas de för calefones . I det landet calefones gas istället för el, även om gasdrivna tanklösa varmvattenberedare också finns i andra länder. En liknande vedeldad apparat var känd som flisvärmaren .
Ett vanligt arrangemang där varmvattenuppvärmning används är att en panna också värms upp dricksvatten , vilket ger en kontinuerlig tillförsel av varmvatten utan extra utrustning. Apparater som kan leverera både rumsuppvärmning och tappvarmvatten kallas kombipannor (eller kombipannor ). Även om on-demand-värmare tillhandahåller en kontinuerlig tillförsel av hushållsvarmvatten, begränsas hastigheten med vilken de kan producera det av termodynamiken för uppvärmning av vatten från tillgängliga bränsletillförsel.
Elektriska duschmunstycken
Ett elektriskt duschmunstycke har ett elektriskt värmeelement som värmer vatten när det passerar igenom. Dessa självuppvärmande duschmunstycken är specialiserade tanklösa varmvattenberedare (POU) och används ofta i vissa länder.
Den elektriska duschen uppfanns i Brasilien på 1930-talet på grund av brist på central gasdistribution och användes flitigt sedan 1940-talet. Den elektriska duschen är en hushållsapparat som ofta ses i syd- och centralamerikanska länder på grund av de högre kostnaderna för gasdistribution, i kombination med hushåll som i de flesta fall stöder inte konventionella varmvattenberedare. Tidigare modeller var gjorda av kromad koppar eller mässing, vilket var dyra, men sedan 1970 är enheter gjorda av insprutad plast populära på grund av låga priser som liknar en hårtork.
Elektriska duschar har ett enkelt elsystem, fungerar som en kaffebryggare, men med ett större vattenflöde. En flödesbrytare sätter på enheten när vatten rinner genom den. När vattnet är stoppat stängs enheten av automatiskt. En vanlig elektrisk dusch har ofta men inte alltid tre värmeinställningar: hög (5,5 kW), låg (2,5 kW) eller kall (0 W) att använda när ett centralvärmesystem är tillgängligt eller under varma årstider. Det finns också versioner med högre effekt (upp till 7,5 KW) och lägre effekt (upp till 3,2 KW), samt versioner med 4 värmeinställningar eller en variabel värmeinställning.
Energianvändning
Strömförbrukningen för elektriska duschar i max. värmeinställningen är ca 5,5 kW för 120 V och 7,5 kW för 220 V. De lägre kostnaderna med elduschar jämfört med de högre kostnaderna med tankpannor beror på användningstiden: en eldusch använder bara energi medan vattnet rinner, medan en tankpanna arbetar många gånger om dagen för att hålla en mängd stående vatten varmt för användning under dagen och natten. Dessutom är överföringen av elektrisk energi till vattnet i ett elektriskt duschmunstycke mycket effektivt och närmar sig 100 %. Elektriska duschar kan spara energi jämfört med elektriska tankvärmare, som förlorar en del standbyvärme.
.jpg)
Säkerhet
Det finns ett brett utbud av elektriska duschmunstycken, med olika utföranden och typer av värmekontroller. Värmeelementet i en elektrisk dusch är nedsänkt i vattenströmmen med hjälp av ett ofta utbytbart nikromresistivt värmeelement som ofta inte är mantlat och elektriskt isolerat, i vilket fall isolering tillhandahålls av jordningselektroder som direkt berör vattnet innan det lämnar huvudet . Elektriska duschmunstycken med mantlade och elektriskt isolerade värmeelement marknadsförs ofta som sådana ( chuveiros blindados på portugisiska) och är dyrare. På grund av elektriska säkerhetsstandarder såväl som kostnad, är moderna elektriska duschar gjorda av plast istället för att använda metalliska höljen som tidigare.
Som en elektrisk apparat som använder mer elektrisk ström än en tvättmaskin eller en hårtork kräver en elektrisk duschinstallation noggrann planering och är i allmänhet avsedd att kopplas direkt från elfördelningsboxen med en dedikerad strömbrytare och jordsystem . Ett dåligt installerat system med gamla aluminiumledningar, dåliga anslutningar eller en oansluten jordledning (vilket ofta är fallet) kan vara farligt, eftersom ledningarna kan överhettas eller elektrisk ström kan läcka via vattenströmmen genom användarens kropp till jord.
Solvärmare
Soldrivna varmvattenberedare används i allt högre grad . Deras solfångare är installerade utanför bostäder, vanligtvis på taket eller väggarna eller i närheten, och varmvattentanken för dricksvatten är vanligtvis en redan existerande eller ny konventionell varmvattenberedare, eller en varmvattenberedare speciellt designad för solvärme. På Cypern och Israel har 90 procent av hemmen solvärmesystem för vatten.
De mest grundläggande solvärmemodellerna är av typen direktförstärkning, där dricksvattnet skickas direkt in i uppsamlaren. Många sådana system sägs använda integrerad samlarlagring (ICS), eftersom system med direktförstärkning vanligtvis har lagring integrerad i samlaren. Att värma vatten direkt är i och för sig mer effektivt än att värma det indirekt via värmeväxlare, men sådana system erbjuder ett mycket begränsat frysskydd (om sådant finns), kan lätt värma vatten till temperaturer som är osäkra för hushållsbruk, och ICS-system lider av kraftig värmeförlust under kalla nätter och kalla, molniga dagar.
Däremot tillåter indirekta eller slutna system inte dricksvatten genom panelerna, utan pumpar snarare en värmeöverföringsvätska (antingen vatten eller en vatten/frostskyddsblandning) genom panelerna. Efter att ha samlat värme i panelerna strömmar värmeöverföringsvätskan genom en värmeväxlare och överför dess värme till dricksvattnet. När panelerna är kallare än ackumulatortanken eller när ackumulatortanken redan har nått sin maximala temperatur, stoppar regulatorn i slutna system cirkulationspumparna. I ett avloppssystem rinner vattnet in i en lagringstank som finns i konditionerat eller halvkonditionerat utrymme, skyddat från minusgrader. Med frostskyddssystem måste dock pumpen köras om paneltemperaturen blir för varm (för att förhindra nedbrytning av frostskyddsmedlet) eller för kall (för att förhindra att vatten/frostskyddsblandningen fryser.)
Platta panelkollektorer används vanligtvis i slutna system. Platta paneler, som ofta påminner om takfönster , är den mest hållbara typen av solfångare, och de har också den bästa prestandan för system utformade för temperaturer inom 56 °C (100 °F) från omgivningstemperaturen . Platta paneler används regelbundet i både rent vatten och frostskyddssystem.
En annan typ av solfångare är den evakuerade rörfångaren , som är avsedd för kalla klimat som inte upplever kraftiga hagel och/eller applikationer där höga temperaturer behövs (dvs. över 94 °C [201 °F]). Placerade i ett ställ bildar evakuerade rörsamlare en rad av glasrör, som var och en innehåller absorptionsfenor fästa vid en central värmeledande stav (koppar- eller kondensdriven). Den evakuerade beskrivningen avser det vakuum som skapas i glasrören under tillverkningsprocessen, vilket resulterar i mycket låg värmeförlust och låter evakuerade rörsystem uppnå extrema temperaturer, långt över vattnets kokpunkt.
Jordvärme
I länder som Island och Nya Zeeland och andra vulkaniska regioner kan vattenuppvärmning ske med geotermisk uppvärmning snarare än förbränning.
Tyngdkraftsmatat system
När en vattenpanna för rumsuppvärmning används, är det traditionella arrangemanget i Storbritannien att använda pannuppvärmt ( primärt ) vatten för att värma upp dricksvatten ( sekundärt ) som finns i ett cylindriskt kärl (vanligtvis gjord av koppar) – som tillförs från en kallvattenförvaringskärl eller behållare, vanligtvis i byggnadens takutrymme. Detta ger en ganska jämn tillförsel av tappvarmvatten (tappvarmvatten) vid låg statisk tryckhöjd men vanligtvis med ett bra flöde . I de flesta andra delar av världen använder vattenuppvärmningsapparater inte ett kärl eller behållare för kallvatten, utan värmer vatten vid ett tryck som ligger nära det inkommande vattenförsörjningen .
Andra förbättringar
Andra förbättringar av varmvattenberedare inkluderar backventilanordningar vid deras inlopp och utlopp, cykeltimer, elektronisk tändning i fallet med bränsleanvändande modeller, förseglade luftintagssystem i fallet med bränsleanvändande modeller och rörisolering. De förseglade luftintagssystemtyperna kallas ibland "bandbjälklags" -intagsenheter . "Högeffektiva" kondenseringsenheter kan omvandla upp till 98 % av energin i bränslet till att värma vattnet. Förbränningens avgaser kyls och ventileras mekaniskt antingen genom taket eller genom en yttervägg. Vid hög förbränningsverkningsgrad måste ett avlopp tillföras för att hantera det vatten som kondenserats ur förbränningsprodukterna, som i första hand är koldioxid och vattenånga.
I traditionell VVS i Storbritannien är rymdvärmepannan inställd för att värma en separat varmvattenbehållare eller varmvattenberedare för dricksvatten. Sådana varmvattenberedare är ofta försedda med en extra elektrisk elpatron för användning om pannan är ur funktion under en tid. Värme från rumsvärmepannan överförs till varmvattenberedarens kärl/behållare med hjälp av en värmeväxlare och pannan arbetar med en högre temperatur än dricksvattenförsörjningen. De flesta dricksvattenberedare i Nordamerika är helt separata från rumsuppvärmningsenheterna, på grund av populariteten för HVAC / forcerad luftsystem i Nordamerika.
Förbränningsvärmare för bostäder tillverkade sedan 2003 i USA har omdesignats för att motstå antändning av brandfarliga ångor och har en termisk avstängningsbrytare, enligt ANSI Z21.10.1. Den första funktionen försöker förhindra att ångor från brandfarliga vätskor och gaser i närheten av värmaren antänds och därmed orsakar brand eller explosion i huset. Den andra funktionen förhindrar överhettning av tanken på grund av ovanliga förbränningsförhållanden. Dessa säkerhetskrav ställdes som svar på att husägare lagrade, eller spillde, bensin eller andra brandfarliga vätskor nära sina varmvattenberedare och orsakade bränder. Eftersom de flesta av de nya designerna innehåller någon typ av flamskyddsskärm , kräver de övervakning för att säkerställa att de inte blir igensatta av ludd eller damm, vilket minskar tillgången på luft för förbränning. Om flamskyddet täpps till kan termisk avstängning verka för att stänga av värmaren.
En våtbackskamin ( NZ ), våtbacksvärmare (NZ) eller backpanna (UK), är en enkel sekundär varmvattenberedare för hushåll som använder oavsiktlig värme. Den består vanligtvis av ett varmvattenrör som löper bakom en öppen spis eller spis (snarare än varmvattenlagring ), och har ingen möjlighet att begränsa uppvärmningen. Moderna våtbackar kan leda röret i en mer sofistikerad design för att underlätta värmeväxlingen . Dessa konstruktioner tvingas bort av statliga effektivitetsföreskrifter som inte räknar den energi som används för att värma vatten som "effektivt" använd.
Historia
En annan typ av varmvattenberedare som utvecklats i Europa föregick lagringsmodellen. I London, England, 1868, uppfann en målare vid namn Benjamin Waddy Maughan den första momentana varmvattenberedaren som inte använde fast bränsle . Döpt till gejsern efter en isländsk forsande varm källa, fick Maughans uppfinning kallt vatten på toppen att rinna genom rör som värmdes upp av heta gaser från en brännare på botten. Varmvatten rann sedan ner i ett handfat eller badkar. Uppfinningen var något farlig eftersom det inte fanns någon rökkanal för att avlägsna uppvärmda gaser från badrummet. En varmvattenberedare kallas fortfarande ibland en gejser i Storbritannien.
Maughns uppfinning påverkade arbetet hos en norsk maskiningenjör vid namn Edwin Ruud . Den första automatiska gasvattenberedaren av lagringstanktyp uppfanns runt 1889 av Ruud efter att han immigrerat till Pittsburgh, Pennsylvania (USA). Ruud Manufacturing Company, som fortfarande existerar idag, gjorde många framsteg inom design och drift av tanktyp och tanklös varmvattenberedare.
Termodynamik och ekonomi
Vatten kommer vanligtvis in i bostäder i USA vid cirka 10 °C (50 °F), beroende på breddgrad och årstid. Varmvattentemperaturer på 50 °C (122 °F) är vanliga för disk, tvätt och dusch, vilket kräver att värmaren höjer vattentemperaturen med cirka 40 °C (72 °F) om det varma vattnet blandas med kallt vatten vid användningsstället. Den enhetliga VVS-kodens referensduschflödeshastighet är 9,5 L (2,5 US gal) per minut. Användning av diskbänk och diskmaskin varierar från 4–11 L (1–3 US gal) per minut.
Naturgas mäts ofta i volym eller värmeinnehåll. Vanliga måttenheter i volym är kubikmeter eller kubikfot vid standardförhållanden eller efter värmeinnehåll i kilowattimmar , brittiska termiska enheter (BTU) eller therm , vilket är lika med 100 000 BTU. En BTU är den energi som krävs för att höja ett pund vatten med en grad Fahrenheit. En amerikansk gallon vatten väger 8,3 pund (3,8 kg). För att höja 230 L (60 US gal) vatten från 10 °C (50 °F) till 50 °C (122 °F) med 90 % effektivitet krävs 60 × 8,3 × (122 − 50) × 1,11 = 39 840 BTU . En värmare på 46 kW (157 000 BTU/h), som kan finnas i en tanklös värmare, skulle ta cirka 15 minuter att göra detta. Vid 1 dollar per termometer skulle kostnaden för gasen vara cirka 40 cent. Som jämförelse har en typisk 230 L (60 US gal) tank elektrisk varmvattenberedare ett 4,5 kW (15 000 BTU/h) värmeelement, vilket vid 100 % effektiv resulterar i en uppvärmningstid på cirka 2,34 timmar. Vid 0,16 USD/kWh skulle elen kosta 1,68 USD.
Energieffektiviteten för varmvattenberedare i bostäder kan variera mycket, särskilt beroende på tillverkare och modell. Elvärmare tenderar dock att vara något mer effektiva (exklusive kraftverksförluster) med återvinningseffektiviteten (hur effektivt energi överförs till vattnet) som når cirka 98 %. Gaseldade värmare har maximal återvinningseffektivitet på endast cirka 82–94 % (resterande värme går förlorad med rökgaserna). Totala energifaktorer kan vara så låga som 80 % för elektriska och 50 % för gassystem. Naturgas- och propantankvattenberedare med energifaktorer på 62 % eller mer, samt elektriska tankvattenberedare med energifaktorer på 93 % eller mer, anses vara högeffektiva enheter. Energy Star -kvalificerade vattenvärmare för naturgas och propantank (september 2010) har energifaktorer på 67 % eller högre, vilket vanligtvis uppnås med en intermittent pilot tillsammans med ett automatiskt rökgasspjäll, baffelfläktar eller kraftventilation.
Tankvattenberedare med direkt elektrisk motstånd ingår inte i Energy Star-programmet; Energy Star-programmet inkluderar dock elektriska värmepumpsenheter med energifaktorer på 200 % eller högre. Tanklösa gasvattenberedare (från och med 2015) måste ha en energifaktor på 90 % eller högre för Energy Star-kvalificering. Eftersom elproduktion i termiska anläggningar har effektivitetsnivåer som sträcker sig från endast 15 % till drygt 55 % ( kombinationsgasturbiner ), med cirka 40 % typiska för termiska kraftverk, kan elektrisk vattenuppvärmning med direkt motstånd vara det minst energieffektiva alternativet.
Användning av en värmepump kan dock göra elektriska varmvattenberedare mycket mer energieffektiva och leda till minskade koldioxidutsläpp, ännu mer om en elkälla med låg koldioxidutsläpp används. Att använda fjärrvärme med hjälp av spillvärme från elproduktion och annan industri för att värma bostäder och varmvatten ger en ökad total effektivitet, vilket tar bort behovet av förbränning av fossila bränslen eller att använda el med högt energivärde för att producera värme i den enskilda bostaden.
I grund och botten krävs det mycket energi för att värma vatten, vilket man kan uppleva när man väntar på att koka en liter vatten på en spis. Av denna anledning kräver tanklösa on-demand varmvattenberedare en kraftfull energikälla. Ett standard 120V, 15-ampers klassificerat vägguttag, i jämförelse, ger bara tillräckligt med ström för att värma en besvikelse liten mängd vatten: cirka 0,17 US gal (0,64 L) per minut vid 40 °C (72 °F) temperaturhöjning.
Energin som används av en elektrisk varmvattenberedare kan minskas med så mycket som 18 % genom optimalt schema och temperaturkontroll som baseras på kunskap om användningsmönstret.
USA:s minimikrav
Den 16 april 2015, som en del av National Appliance Energy Conservation Act (NAECA), trädde nya minimistandarder för effektivitet hos vattenvärmare för bostäder som fastställts av United States Department of Energy i kraft. Alla nya vattenvärmare för gaslagringstankar med kapaciteter mindre än 55 US gal (210 l; 46 imp gal) som säljs i USA 2015 eller senare ska ha en energifaktor på minst 60 % (för enheter på 50 US gallon, högre för mindre enheter), ökat från minimistandarden före 2015 på 58 % energifaktor för gasenheter på 50 US-gallon. Elektriska vattenvärmare för lagringstankar med en kapacitet på mindre än 55 US gallon som säljs i USA ska ha en energifaktor på minst 95 %, ökat från minimistandarden före 2015 på 90 % för 50 US-gallon elektriska enheter.
Enligt 2015 års standard, för första gången, möter lagringsvattenberedare med en kapacitet på 55 US gallon eller större nu strängare effektivitetskrav än 50 US gallons eller mindre. Enligt standarden före 2015 kunde en 75 US gal (280 l; 62 imp gal) gaslagringsvattenberedare med en nominell effekt på 22 kW (75 000 BTU/h) eller mindre ha en energifaktor så låg som 53 % , medan under 2015-standarden är den lägsta energifaktorn för en 75-US-gallon gastankvattenberedare nu 74 %, vilket endast kan uppnås genom att använda kondenseringsteknik. Lagringsvattenberedare med en nominell effekt på 22 kW (75 000 BTU/h) eller mer påverkas för närvarande inte av dessa krav, eftersom energifaktorn inte är definierad för sådana enheter. En 80 US gal (300 l; 67 imp gal) elektrisk lagringstankvattenberedare kunde ha en lägsta energifaktor på 86 % under standarden före 2015, medan under 2015-standarden, den lägsta energifaktorn för en 80-gallon elektrisk ackumulatortank varmvattenberedare är nu 197%, vilket endast är möjligt med värmepumpsteknik . Detta betyg mäter effektiviteten vid användningstillfället.
Beroende på hur el genereras kan den totala effektiviteten vara mycket lägre. Till exempel, i ett traditionellt kolverk hamnar bara cirka 30–35 % av energin i kolet som el i andra änden av generatorn. Förluster på elnätet (inklusive ledningsförluster och spänningsomvandlingsförluster) minskar den elektriska effektiviteten ytterligare. Enligt uppgifter från Energiinformationsförvaltningen förbrukade överförings- och distributionsförlusterna 2005 6,1 % av nettoproduktionen. Däremot levereras 90 % av naturgasens energivärde till konsumenten. [ citat behövs ] (I inget av fallen ingår energin som går åt för att utforska, utveckla och utvinna kol- eller naturgasresurser i de angivna effektivitetstalen.) Gastanklösa varmvattenberedare ska ha en energifaktor på 82 % eller högre enligt 2015 års standarder, vilket motsvarar Energy Star-standarden före 2015.
År 2022 föreslog Department of Energy regler som skulle träda i kraft 2026 och som effektivt skulle eliminera ineffektiva icke-kondenserande gasvattenberedare i kommersiella byggnader. Icke-kondenserande modeller förlorar värme, medan kondenserande modeller fångar upp och använde annars förlorad energi. Förändringen kommer att minska utsläppen med 38 miljoner ton koldioxid under 30 år och minska byggnadernas energikostnader.
Säkerhet för varmvattenberedare
Explosionsrisk
Vattenvärmare kan potentiellt explodera och orsaka betydande skada, personskada eller dödsfall om vissa säkerhetsanordningar inte är installerade. En säkerhetsanordning som kallas temperatur- och tryckavlastningsventil (T&P eller TPR) är normalt monterad på toppen av varmvattenberedaren för att tömma vatten om temperaturen eller trycket blir för högt. De flesta VVS-koder kräver att ett utloppsrör ansluts till ventilen för att rikta flödet av utmatat varmvatten till ett avlopp, vanligtvis ett närliggande golvbrunn eller utanför bostadsutrymmet. Vissa byggregler tillåter utloppsröret att avslutas i garaget.
Om en gas- eller propaneldad varmvattenberedare är installerad i ett garage eller källare kräver många VVS-regler att den höjs minst 46 cm över golvet för att minska risken för brand eller explosion på grund av spill eller läckage av brännbart material. vätskor i garaget. Dessutom föreskriver vissa lokala bestämmelser att värmare av tanktyp i nya och eftermonterade installationer måste fästas på en intilliggande vägg med ett band eller ett ankare för att förhindra att vatten- och gasledningarna välter och går sönder i händelse av en jordbävning .
För äldre hus där varmvattenberedaren är en del av värmepannan, och VVS-koder tillåter, installerar vissa rörmokare en automatisk gasavstängning (som "Watts 210") förutom en TPR-ventil. När enheten känner av att temperaturen når 99 °C (210 °F), stänger den av gastillförseln och förhindrar ytterligare uppvärmning. [ citat behövs ] Dessutom måste en expansionstank eller yttre tryckavlastningsventil installeras för att förhindra tryckuppbyggnad i rören från att spricka rör, ventiler eller varmvattenberedaren.
Termiska brännskador (skållning)
Skållning är ett allvarligt problem med alla varmvattenberedare. Människohud brinner snabbt vid hög temperatur, på mindre än 5 sekunder vid 60 °C (140 °F), men mycket långsammare vid 53 °C (127 °F) – det tar en hel minut för en andragradsförbränning . Äldre människor och barn får ofta allvarliga skållningar på grund av funktionshinder eller långsamma reaktionstider . I USA och på andra håll är det vanligt att sätta en tempereringsventil ( Termostatisk blandningsventil ) på utloppet av varmvattenberedaren. Resultatet av automatiskt blanda varmt och kallt vatten via en tempereringsventil kallas för "härdat vatten".
En tempereringsventil blandar tillräckligt med kallt vatten med det varma vattnet från värmaren för att hålla den utgående vattentemperaturen fixerad till en mer måttlig temperatur, ofta inställd på 50 °C (122 °F). Utan tempereringsventil är sänkning av varmvattenberedarens börtemperatur det mest direkta sättet att minska skållning. För sanitet behövs dock varmvatten med en temperatur som kan orsaka skållning. Detta kan åstadkommas genom att använda en extra värmare i en apparat som kräver varmare vatten. De flesta diskmaskiner för bostäder inkluderar till exempel ett internt elektriskt värmeelement för att höja vattentemperaturen över den som tillhandahålls av en varmvattenberedare.
Bakteriell kontaminering
Två motstridiga säkerhetsfrågor påverkar varmvattenberedarens temperatur – risken för skållning från alltför varmt vatten över 55 °C (131 °F), och risken för att inkubera bakteriekolonier, särskilt Legionella, i vatten som inte är tillräckligt varmt för att döda dem. Båda riskerna är potentiellt livshotande och balanseras genom att ställa in varmvattenberedarens termostat på 55 °C (131 °F). De europeiska riktlinjerna för kontroll och förebyggande av reseassocierad legionärssjuka rekommenderar att varmvatten bör förvaras vid 60 °C (140 °F) och fördelas så att en temperatur på minst 50 °C (122 °F) och helst 55 °F C (131 °F) uppnås inom en minut vid användningsställen.
Om det finns en diskmaskin utan hjälpvärmare kan det krävas en vattentemperatur inom intervallet 57–60 °C (135–140 °F) för optimal rengöring, men tempereringsventilerna är inte inställda på mer än 55 °C (131 °F) F) kan appliceras på kranar för att undvika skållning. Tanktemperaturer över 60 °C (140 °F) kan ge kalkavlagringar , som senare kan hysa bakterier, i vattentanken. Högre temperaturer kan också öka etsningen av glas i diskmaskinen.
Tanktermostater är inte en tillförlitlig guide till tankens inre temperatur. Gaseldade vattentankar kanske inte har någon temperaturkalibrering som visas. En elektrisk termostat visar temperaturen på termostatens höjd, men vatten lägre i tanken kan vara betydligt svalare. En utloppstermometer är en bättre indikation på vattentemperaturen.
Inom industrin för förnybar energi (särskilt sol- och värmepumpar) är konflikten mellan daglig termisk legionellakontroll och höga temperaturer, som kan sänka systemets prestanda, föremål för het debatt. I en tidning som söker ett grönt undantag från normala säkerhetsstandarder för legionella, hävdar Europas främsta tekniska kommitté för solvärme från CEN TC 312 att en 50 % sänkning av prestanda skulle inträffa om solvattenuppvärmningssystem värmdes upp till basen dagligen. Vissa av solsimulatorn med Polysun 5 tyder dock på att en energiavgift på 11 % är en mer sannolik siffra. Oavsett sammanhang pressar både energieffektivitet och skållningssäkerhetskrav i riktning mot betydligt lägre vattentemperaturer än legionellapastöriseringstemperaturen på cirka 60 °C (140 °F). [ citat behövs ]
Legionella pneumophila har upptäckts vid användningsstället nedströms horisontellt monterade elektriska varmvattenberedare med volymer på 150 liter.
Legionella kan dock kontrolleras säkert och enkelt med bra design- och tekniska protokoll. Till exempel att höja temperaturen på varmvattenberedare en gång om dagen eller till och med en gång varannan dag till 55 °C (131 °F) vid den kallaste delen av varmvattenberedaren i 30 minuter kontrollerar effektivt legionella. I alla fall och i synnerhet energieffektiva tillämpningar, är legionärssjuka oftare än inte resultatet av tekniska designproblem som inte tar hänsyn till effekterna av skiktning eller lågt flöde. [ citat behövs ]
Det är också möjligt att kontrollera legionellarisker genom kemisk behandling av vattnet. Denna teknik gör att lägre vattentemperaturer kan upprätthållas i rörsystemet utan den tillhörande legionellarisken. Fördelen med lägre rörtemperaturer är att värmeförlusten minskar och därmed minskar energiförbrukningen.