Miten vedenlämmittimen lämmityselementti muuntaa sähköä lämmöksi

A vedenlämmittimen lämmityselementtitoimii työntämällä sähköä metallikelan läpi. Tämä kela vastustaa virtausta, joten se lämpenee nopeasti ja lämmittää veden. Noin 40 % Yhdysvaltain kodeista käyttääsähköinen vedenlämmitinAlla oleva taulukko näyttää, kuinka paljon energiaalämminvesivaraajan lämmityselementtivoi käyttää vuodessa:

Keskeiset tiedot

• Vedenlämmittimen lämmityselementti käyttää metallikelan läpi virtaavaa sähköä lämmön tuottamiseen, mikä lämmittää veden tehokkaasti ja turvallisesti.
• Oikeiden materiaalien valinta jalämmityselementin huolto, kuten mineraalien kertymisen estäminen ja liitäntöjen tarkistaminen, auttavat lämmitintä kestämään pidempään ja toimimaan paremmin.
• Säännöllinen huolto jaoikean elementtityypin käyttäminenSäästä energiaa, vähennä kustannuksia ja pidä lämmin vesi luotettavasti saatavilla joka päivä.

Vedenlämmittimen lämmityselementin komponentit

Metallikela tai -tanko

Jokaisen vedenlämmittimen lämmityselementin sydän onmetallikela tai -tankoTämä osa on yleensä valmistettu nikkeli-kromiseoksesta, joka auttaa muuttamaan sähkön lämmöksi nopeasti ja tasaisesti. Käämin rakenne, onko se suora vai spiraalimainen, vaikuttaa siihen, kuinka hyvin se lämmittää vettä. Paksummat käämit voivat tuottaa enemmän lämpöä, mutta ne voivat kulua nopeammin, jos niitä ei jäähdytetä kunnolla. Myös materiaalivalinnalla on merkitystä. Tässä on lyhyt katsaus yleisiin materiaaleihin ja niiden ominaisuuksiin:

Incoloy-muovista valmistettu kierukka toimii parhaiten ankarassa vedessä, koska se kestää korroosiota. Kupari lämmittää veden nopeasti, mutta ei kestä yhtä kauan ankarissa olosuhteissa. Ruostumaton teräs tarjoaa hyvän tasapainon kestävyyden ja lämmitysnopeuden välillä.

Sähköliittimet

Sähköliittimet yhdistävät vedenlämmittimen lämmityselementin virtalähteeseen. Nämä pienet metalliset tapit työntyvät ulos säiliöstä ja varmistavat, että sähkö virtaa turvallisesti kelaan. Hyvät liitännät liittimissä pitävät lämmittimen toiminnassa ja auttavat ehkäisemään sähköongelmia. Jos liittimet löystyvät tai syöpyvät, elementti voi lakata toimimasta tai jopa muuttua vaaralliseksi. Liittimet toimivat myös eristyksen kanssa estääkseen sähkön vuotamisen veteen tai säiliöön.

Eristys ja vaippa

Eristys ja ulkokuori suojaavat lämmityselementtiä ja pidentävät sen käyttöikää. Valmistajat pakkaavat magnesiumoksidijauhetta tiiviisti kelan ympärille. Tämä materiaali pitää sähkön kelan sisällä ja siirtää lämmön veteen. Kuparista, ruostumattomasta teräksestä tai Incoloy-muovista valmistettu vaippa peittää eristyksen ja kelan. Se suojaa elementtiä vedeltä, kemikaaleilta ja kolhuilta. Oikealla vaippamateriaalilla voi olla suuri merkitys elementin käyttöikään, erityisesti erityyppisissä vesissä.

Vinkki: Oikean vaippamateriaalin valitseminen vesityypillesi voi pidentää vedenlämmittimen lämmityselementin käyttöikää huomattavasti.

Kuinka vedenlämmittimen lämmityselementti muuntaa sähköä lämmöksi

Sähkövirran kulku

A vedenlämmittimen lämmityselementtialkaa toimia heti, kun joku kytkee virran päälle. Useimmissa kodeissa käytetään 240 voltin virtapiiriä vedenlämmittimissään. Elementti kytketään tähän virtapiiriin tukevien sähköliittimien kautta. Kun termostaatti havaitsee veden olevan liian kylmää, se päästää sähkön virtaamaan elementtiin. Virta kulkee säiliön sisällä olevan metallikäämin tai -tangon läpi.

Tyypillinen kodin lämminvesivaraajan lämmityselementti toimii 240 voltin jännitteellä ja voi kuluttaa noin 10 ampeeria, jos sen teho on 2400 wattia. Elementin rakenne on sovitettu yhteen syöttöjännitteen ja tehon kanssa, jotta se lämmittää vettä turvallisesti ja tehokkaasti. Termostaatti säätää elementin päälle- ja poiskytkentäaikaa pitäen veden oikeassa lämpötilassa.

Huomautus: Vaihda lämmityselementti aina sellaiseen, jonka jännite ja teho vastaavat alkuperäistä. Väärän tyyppinen elementti voi heikentää vedenlämmittimen suorituskykyä tai jopa vahingoittaa sitä.

Vastus ja lämmöntuotanto

Todellinen taika tapahtuu kelan sisällä. Vedenlämmittimen lämmityselementin metalli vastustaa sähkön kulkua. Tämä vastus saa elektronit törmäämään metallin atomeihin. Jokainen törmäys saa atomit värähtelemään nopeammin, mikä tuottaa lämpöä. Tutkijat kutsuvat tätä prosessia Joule-lämmitykseksi.

Lämmön määrä riippuu kolmesta asiasta: virrasta, jännitteestä ja vastuksesta. Kaavat näyttävät tältä:

P = I²R tai P = V²/R

Jossa:

• P = Teho (tuotettu lämpö, ​​watteina)
• I = Virta (ampeereina)
• V = Jännite (voltteina)
• R = Resistanssi (ohmeina)

Elementin suurempi resistanssi tarkoittaa, että virran kulkiessa syntyy enemmän lämpöä. Siksi käämissä käytetään erityisiä seoksia, kuten nikkeli-kromia. Näillä metalleilla on juuri oikea resistanssi muuntaa sähkö lämmöksi sulamatta tai hajoamatta.

Vinkki: Lämmityselementin vastus ja materiaalivalinnat varmistavat, että se kuumenee tarpeeksi lämmittämään vettä, mutta ei niin kuumaksi, että se palaa nopeasti loppuun.

Lämmönsiirto veteen

Kun kierukka lämpenee, seuraava vaihe on lämmön siirtäminen veteen. Lämmityselementti sijaitsee säiliön sisällä veden ympäröimänä. Lämpö siirtyy kuumalta metallipinnalta viileämpään veteen johtumisen avulla. Elementin muoto, usein spiraali tai silmukka, antaa sille suuremman pinta-alan koskettaa vettä ja siirtää lämpöä nopeammin.

Kun elementin lähellä oleva vesi lämpenee, se kevenee ja nousee. Viileämpää vettä siirtyy tilalle. Tätä luonnollista liikettä, jota kutsutaan konvektioksi, auttaa levittämään lämpöä tasaisesti säiliössä. Prosessi jatkuu, kunnes kaikki vesi saavuttaa asetetun lämpötilan.

Lämmityselementti itsessään on erittäin tehokas. Se muuntaa lähes kaiken käyttämänsä sähkön lämmöksi lähes 100 %:n hyötysuhteella. Jonkin verran lämpöä pääsee poistumaan säiliöstä, mutta elementti ei tuhlaa energiaa muuntamisen aikana. Sähkökäyttöiset vedenlämmittimet ovat tässä suhteessa parempia kuin kaasulämmittimet, koska kaasulämmittimet menettävät osan energiasta tuuletuksen ja palamisen kautta.

Tiesitkö? Lämmönsiirtonopeus elementistä veteen voi muuttua veden lämmetessä. Aluksi lämpö liikkuu nopeammin lämpötilan noustessa, mutta tietyn pisteen jälkeen prosessi hidastuu säiliön sisällä olevan veden virtauksen muutosten vuoksi.

Vedenlämmittimen lämmityselementin suorituskyky ja vianmääritys

Mineraalien kertyminen ja hilseily

Mineraalien kertyminen on yleinen ongelma vedenlämmittimissä, erityisesti alueilla, joilla on kova vesi. Kun mineraaleja, kuten kalsiumia ja magnesiumia, kertyy lämmityselementtiin, ne muodostavat kovan, eristävän kerroksen, jota kutsutaan kalkiksi. Tämä kerros vaikeuttaa elementin lämmönsiirtoa veteen. Tämän seurauksena lämmitin käyttää enemmän energiaa ja sen lämpeneminen kestää kauemmin. Ajan myötä paksu kalkki voi aiheuttaa epätasaista lämmitystä, ylikuumenemista ja jopa elementin ennenaikaista vikaantumista. Muita ongelmia ovat korroosio, ruoste ja korkeammat korjauskustannukset.
Joitakin tapoja estää näitä ongelmia ovat:

• Huuhtele säiliö säännöllisesti sedimentin poistamiseksi.
• Anoditangon vaihtaminen korroosion estämiseksi.
• Vedenpehmentimien tai kalkinpoistolaitteiden käyttö.
• Vuosittaisen huollon aikatauluttaminen varmistaa, että kaikki toimii ongelmitta.

Säännöllinen huolto ja vedenkäsittely pidentävät lämminvesivaraajan käyttöikää ja tehokkuutta.

Elementtityyppi ja tehokkuus

Erilaisissa vedenlämmittimissä käytetään erilaisia ​​lämmityselementtejä, ja niiden hyötysuhde voi vaihdella. Läpivirtauslämmittimet lämmittävät vettä vain tarvittaessa, joten ne kuluttavat vähemmän energiaa. Varaajalämmittimet pitävät veden kuumana koko ajan, mikä voi johtaa lämpöhäviöön. Lämpöpumppu- ja aurinkolämmittimet kuluttavat vähemmän sähköä ja ovat ympäristöystävällisempiä.
Tässä on nopea vertailu:

Merkkejä elementin vikaantumisesta

Lämminvesivaraajan lämmityselementti voi rikkoutua monista syistä. Joitakin merkkejä, joihin kannattaa kiinnittää huomiota, ovat:

1. Vesi, joka ei koskaan lämpene täysin.
2. Kuuma vesi loppuu nopeasti suihkun aikana.
3. Tankista kuuluu outoja sihinää tai poksahduksia.
4. Korkeammat energialaskut ilman lisäkulutusta.
5. Sameaa tai ruosteista vettä.
6. Sulake laukeaa usein.

Useimmat lämmityselementit kestävät 6–10 vuotta, mutta kova vesi ja huollon puute voivat lyhentää niiden käyttöikää. Säännölliset tarkastukset ja nopeat korjaukset auttavat välttämään suurempia ongelmia myöhemmin.

Säännöllinen huolto pitää vedenlämmittimet toiminnassa sujuvasti ja säästää rahaa ajan mittaan. Asunto-osakkeet, jotka ymmärtävät järjestelmänsä toiminnan, havaitsevat ongelmat ajoissa, pienentävät energiakuluja ja välttävät kalliita korjauksia. Tehokkaiden mallien valitseminen ja termostaatin säätö auttavat vähentämään ympäristövaikutuksia ja varmistamaan luotettavan kuuman veden saannin joka päivä.

Usein kysytyt kysymykset

Kuinka usein lämminvesivaraajan lämmityselementti tulisi vaihtaa?

Useimmat ihmisetvaihda lämmityselementti6–10 vuoden välein. Kova vesi voi lyhentää sen käyttöikää. Säännölliset tarkastukset auttavat havaitsemaan ongelmat varhaisessa vaiheessa.

Voiko omakotitalon omistaja puhdistaa mineraalikertymät lämmityselementistä?

Kyllä, he voivatpuhdista elementtipoistamalla sen ja liottamalla sitä etikassa. Tämä auttaa liuottamaan kalkkia. Katkaise aina ensin virta.

Mitä tapahtuu, jos joku asentaa väärän tehoisen elementin?

Vedenlämmitin ei välttämättä lämmitä kunnolla. Se voi laukaista sulakkeen tai vahingoittaa säiliötä. Sovita elementin teho aina valmistajan suositusten mukaiseksi.