Почему из бойлера на 80 литров получается больше 80 литров тёплой воды
Горячая вода из бака смешивается с холодной, поэтому 80 л при 60 °C могут дать 144 л воды при 40 °C. Сам бак не становится больше.
Этот расчёт даёт ориентир, а настоящий душ может закончиться раньше из-за теплопотерь и перемешивания или позже, если ТЭН успевает догревать воду. Ниже посчитаем идеальный запас и безопасно проверим фактический.
В статье вы узнаете:
80 литров превращаются в 144
Возьмём полностью нагретый бойлер на 80 литров. Пусть вода в нём имеет 60 °C, из водопровода приходит вода при 15 °C, а на выходе смесителя нужны 40 °C.
Каждый литр горячей воды остывает с 60 до 40 °C и отдаёт часть теплоты. Каждый литр холодной воды нагревается с 15 до 40 °C и получает её. В идеальной модели теплота никуда больше не уходит, поэтому можно записать баланс:
Слева находится теплота, которую отдают 80 литров из бака. Справа та же теплота, полученная холодной водой. После деления получается 64 литра холодной воды. Вместе это 80 + 64 = 144 литра при 40 °C.
Откуда взять числа для своего расчёта. Объём бака указан в паспорте, а температура хранения в настройке или документации бойлера. Температуру холодной воды измерьте термометром на холодном кране. Температуру смеси выберите по привычной безопасной настройке душа и при необходимости измерьте только на смешанном выходе смесителя. Не открывайте ради измерения прямую горячую струю. Настройка термостата не гарантирует одинаковую температуру всех 80 литров, поэтому результат останется оценкой.
Тот же ответ можно получить одной формулой:
Здесь Vсм обозначает общий объём смеси, Vбак объём горячей воды в баке, Tбак её начальную температуру, Tх температуру холодной воды, Tсм нужную температуру смеси. Формула следует из сохранения энергии: холодная вода получает столько теплоты, сколько теряет горячая. Для двух порций одной и той же воды её плотность и удельная теплоёмкость сокращаются.
Расчёт легко проверить в калькуляторе температуры воды после смешивания. Укажите 80 литров при 60 °C и 64 литра при 15 °C. Калькулятор покажет 144 литра смеси при 40 °C.
Результат определяют три температуры
Надпись «80 л» сообщает только размер бака. Полезный объём зависит от температуры воды в баке, температуры на входе и температуры, которую выставили на смесителе.
| Вода в баке | Холодная вода | Вода на выходе | Идеальный объём |
|---|---|---|---|
| 55 °C | 15 °C | 40 °C | 128 л |
| 60 °C | 15 °C | 40 °C | 144 л |
| 65 °C | 15 °C | 40 °C | 160 л |
| 60 °C | 10 °C | 40 °C | 133 л |
| 60 °C | 20 °C | 40 °C | 160 л |
| 60 °C | 15 °C | 38 °C | 157 л |
Чем горячее вода в баке, тем сильнее её можно разбавить. При 65 °C идеальный запас для выхода 40 °C вдвое больше объёма бака. Это математический результат, а не совет поднимать настройку. Температуру хранения выбирают с учётом инструкции бойлера, устройства системы и защиты от ожога. Крутить термостат ради красивой цифры в таблице не стоит.
Температура водопровода меняет запас по сезону. Если зимой на входе 10 °C, тем же 80 литрам при 60 °C потребуется меньше холодной воды, чем летом при 20 °C. Поэтому одинаковая настройка и одинаковый душ могут дать около 133 литров зимой и 160 литров летом в идеальной модели.
Настройка душа тоже важна. Для смеси при 38 °C горячую воду можно разбавить сильнее, чем для 42 °C. При исходных 60 и 15 °C расчёт даёт около 157 литров при 38 °C и 133 литров при 42 °C.
Разница в несколько градусов здесь меняет результат на десятки литров. Поэтому сравнивать два бойлера только по объёму бака примерно так же полезно, как сравнивать два автомобиля только по размеру бензобака. Нужно ещё знать, что происходит с его содержимым.
Почему из настоящего бойлера выходит другое число
Формула считает, будто все 80 литров уже имеют ровно 60 °C, холодная вода смешивается с ними только у крана, трубы не забирают тепло, а нагреватель во время душа выключен. Настоящий бойлер живёт интереснее.
В баке есть слои разной температуры. Горячая вода поднимается вверх, холодная остаётся внизу. Это называется температурным расслоением, или стратификацией. Само по себе оно не является потерей. Хорошо сохранённые слои помогают дольше забирать горячую воду сверху, пока холодная поступает снизу. Но показание датчика возле верхней части бака ещё не доказывает, что весь объём прогрет до той же температуры.
Поступающая вода может перемешать слои раньше времени. Внутренняя погружная трубка подаёт холодную воду к нижней части бака. Сильная струя, особенности патрубка или неисправность этой трубки усиливают перемешивание, и температура на выходе начинает падать раньше. В отчёте для Министерства энергетики США повреждённая трубка связана с перемешиванием горячей и холодной воды и потерей нормального расслоения [DOE/ORNL, 2011].
Трубы и смеситель тоже нагреваются. Первые литры отдают теплоту холодному металлу и воздуху. Длинная неутеплённая труба от бойлера до ванной увеличивает разницу между температурой в баке и температурой у душа.
Нагреватель успевает вернуть часть энергии. При медленном расходе ТЭН может включиться во время душа и добавить горячей воды. Тогда фактический объём окажется больше оценки только по запасу бака. При быстром расходе нагреватель почти не успевает изменить картину. Сколько займёт полное восстановление запаса, покажет калькулятор времени нагрева воды.
Ещё влияют реальный объём бака, настройка и погрешность термостата, недавний расход воды и пауза после нагрева. Поэтому расчёт показывает базовый запас накопленной теплоты, а не обещает ещё 64 литра от любого бойлера с цифрой 80 на коробке.
Что означает V40 в паспорте
V40 показывает эквивалентный объём смешанной воды при 40 °C в стандартизованном испытании, а не физический размер бака. В европейской методике учитывают среднюю температуру отобранной воды и приводят результат к холодной воде при 10 °C [Official Journal of the European Union, 2014].
Сравнивать модели по V40 можно, если значения получены по одной методике. Наши 144 литра при входе 15 °C объясняют тот же тепловой принцип, но не являются паспортным V40. Даже этот показатель не обещает точную продолжительность вашего душа: дома отличаются температура на входе, расход лейки, настройка смесителя, состояние бойлера и работа ТЭНа.
Как проверить запас воды дома
Безопасность: все измерения проводят только на смешанном выходе обычного смесителя при привычной безопасной температуре. Не открывайте прямой выход горячей воды из бойлера и не допускайте контакта людей со струёй при 60–65 °C.
Для проверки понадобятся термометр, часы и способ узнать расход воды. Сначала дождитесь полного нагрева бойлера и не расходуйте горячую воду перед опытом. Не меняя настройку бойлера, откройте обычный смеситель и по термометру выставьте смешанную воду на 40 °C. Не оценивайте её рукой и не снимайте крышки прибора.
Затем измерьте расход на том же смешанном выходе. Например, если ёмкость на 5 литров наполняется за 40 секунд, поток равен 7,5 л/мин. Пустите воду с тем же положением смесителя и засеките время до момента, когда смешанная вода опустится ниже 38 °C. При 18 минутах получится примерно 7,5 × 18 = 135 литров. Для повторного опыта используйте тот же порог 38 °C.
Такой опыт измеряет всю домашнюю систему: бойлер, трубы, смеситель, температуру водопровода и догрев во время расхода. Запишите начальные условия и повторите проверку в другой день. Одна попытка сразу после чужого душа расскажет о терпении семьи больше, чем о водонагревателе.
Если фактический объём заметно меньше прежнего при тех же условиях, сравните измеренную температуру смешанной воды и результат опыта с инструкцией бойлера. Ничего не регулируйте и не разбирайте ради проверки. Диагностику термостата, внутренних деталей, предохранительного клапана, подключения к водопроводу и электрической части должен выполнять специалист.
Главная мысль простая: 80 литров на корпусе обозначают объём хранения, а запас воды для душа определяется теплом. Сначала посчитайте идеальный объём по трём температурам, затем один раз измерьте реальный. После этого цифры на коробке наконец начинают говорить на человеческом языке.
Есть что добавить?
Напишите своё мнение, комментарий или предложение.