Как работает электрический котел для отопления частного дома

Особенности

Электрические котлы появились в прошлом веке и довольно быстро завоевали популярность среди потребителей. Главная особенность такого технического отопительного решения заключается в том, чтобы обеспечить теплопоток мощностью 1 киловатт, следует затратить именно столько энергии. В подобных приборах отопления при переходе энергии из электрической в тепловую отсутствуют потери. Конечно, какая-то часть тепла будет все равно потеряна и рассеется, но этот процент будет крайне незначителен. Из этого выплывает и другая особенность: все потери в размере максимум нескольких процентов все равно рассеются по дому, ведь они будут создаваться при нагревании проводников косвенного типа, а также разных частей электронных плат. КПД такого котла будет составлять 97–99 процентов.

В целом любая электрическая установка, которая производит тепло, работает с высокой эффективностью, а вопрос экономии энергии полностью ложится на плечи владельца дома.

Чтобы электрический котел был максимально эффективным, следует предпринять следующие меры:

• установить двухтарифный счетчик электрической энергии;
• осуществить установку емкости – теплоаккумулятора, чтобы днем им не пользоваться;
• утеплить дом, чтобы свести теплопотери к минимуму;
• сделать отопительные системы с более низкой температурой теплового носителя – теплые полы;
• осуществить автоматизацию такой отопительной системы, которая позволит снизить потери тепла до минимума.

К тому же на электрическое отопительное оборудование не нужно получать никаких разрешений, в том числе и на установку. В то же время в помещении должна быть сделана хорошая вентиляционная система. Кроме того, электрическое отопительное оборудование довольно доступно. Его стоимость колеблется в диапазоне от шести до семидесяти семи тысяч рублей.

Принцип работы электродного электрокотла для отопления

Вот так выглядит электродный электрокотел.

Такой котел также называют ионным. Это связано с принципом преобразования им электрической энергии в тепловую. Сам по себе электродный котел совсем маленький. Электродный электрокотел для отопления устанавливается на трубу и его даже не нужно дополнительно крепить к стенам. Он держится за счет американок, на которые он посажен, этого вполне достаточно.

Корпус электродного электрокотла для отопления похож на отрезок трубы, длиной около 40 см. В один из торцов вкручивается металлический стержень. Второй конец либо запаян, либо же в нем вварен патрубок для циркуляции теплоносителя. Всего в корпусе нагревателя два патрубка для подачи и обратки. Они могут быть расположены:

• один в торце, второй перпендикулярно в боковой части;
• оба в боковой части перпендикулярно корпусу и параллельно между собой.

Принцип работы электрического котла отопления заключается в том, что между катодом (положительно заряженный электрод) и анодом (отрицательно заряженный электрод) происходит движение ионов. Они, в свою очередь, также могут быть как положительно, так и отрицательно заряженными. При этом постоянно происходит смена их полярности, один и тот же ион в секунду меняет плюс на минус 50 раз. Из-за этого движение ионов хаотичное, ведь плюс притягивает минус, а когда происходит постоянная смена полярности, то частицы, соответственно, меняют вектор движения.

В результате быстрых, хаотичных движений ионов возникает трение, благодаря которому теплоноситель для электрических котлов отопления быстро нагревается. Скорость реакции настолько высока, что отрезка в 40 см достаточно чтобы нагреть циркулирующую в котле жидкость. В качестве катода выступает металлический стержень, на который подводится фаза, то есть плюс. Ноль, он же минус, подсоединяется к корпусу, при этом стержень с корпусом, кроме как через теплоноситель, никак не контактирует. Они изолированы между собой. Если в электродном электрическом котле отопления не будет теплоносителя, реакция прекращается.

Недостатки такого метода нагрева:

Нагревание теплоносителя происходит за счет контакта жидкости с электрическими зарядами. Вода – лучший проводник и благодаря своему сопротивлению быстро закипает. Поэтому нужно изменить состав теплоносителя таким образом, чтобы уменьшить его удельное сопротивление. При этом должен соблюдаться уровень рабочего тока в амперах. Для каждого нагревателя значение стартового и максимального тока указаны в технической документации. Чтобы достигнуть необходимой силы тока в жидкость добавляют поваренную соль, ту которой пользуются в быту.

Электродный электрический котел отопления работает только со специально подготовленным теплоносителем.

Количество соли в воде должно соответствовать государственному стандарту № 2874–72. На практике все происходит методом замера силы тока. При недостаточном его значении в жидкость добавляется еще поваренная соль, если же значение превышает допустимые нормы, то в теплоноситель добавляется дистиллированная вода. В дистиллированной воде практически нет примесей металла и солей, в то время как в водопроводной таких примесей много, особенно в воде с колодца или скважины. Температура теплоносителя контролируется специальными датчиками. При достижении установленной температуры они отключают котел и включают когда, вода остынет.

Еще одна альтернатива водяному отоплению — это паровое отопление дома. которое работает совсем по иному принципу.

Все про паровое отопление своими руками (фото и видеоматериалы) можно прочитать здесь.

Выбор и особенности электрического котла

В процессе выбора электрокотла нужно руководствоваться тем, какая площадь нуждается в обогреве, поэтому мощность электрокотла выбирается в зависимости от площади обогреваемого помещения примерно 1 кВт на 10 м² хорошо утепленного дома с высотой потолка не более 3 м.

Наибольшей популярностью пользуются двухконтурные приборы мощностью 6-15 кВт, а среди бытовых напольных электрокотлов, большая часть которых применяется при строительстве коттеджей, наиболее популярными являются модели, чья мощность оставляет 20-30 кВт.

Принцип работы современных электрокотлов предельно прост: для нагрева теплоносителя, т.е. воды, используется принцип его ионизации.

Схема монтажа электроводонагревателя.

Суть такова, что энергия электрического тока напрямую передается молекулам теплоносителя, в результате чего его температура мгновенно возрастает. В свою очередь, отопительный прибор рассматриваемого типа весьма быстро достигает уровня своей номинальной мощности. При прекращении поступления воды по каким-либо причинам отопительный агрегат тоже сразу же прекращает работать. Благодаря этому вероятность взрыва, пожара или термического повреждения системы сводится к минимуму. Котлы рассматриваемого типа имеют разборную конструкцию, что дает возможность без особых проблем заменить старый электрод, который по каким-то причинам уже не работает, на новый.

Одним из наиболее эффективных способов снижения финансовых затрат на отопление при использовании электрокотла является принцип многотарифного учета электроэнергии. Вполне очевидным является тот факт, что потребность пользователей различных электроприборов в электроэнергии в течение суток постоянно меняется. Так, максимум потребления, когда работает множество различных приборов, приходится на периоды с 08:00 до 11:00 и с 20:00 до 22:00, полупиковые периоды — с 07:00 до 08:00 и с 11:00 до 20:00. Как раз на эти временные промежутки суток и приходится основная часть работы бытовых электроприборов и максимум промышленного потребления электрической энергии. Минимальное же потребление электроэнергии происходит ночью, т.е. с 23:00 до 06:00. Поэтому целесообразно использовать данную электроэнергию в бытовых целях, а конкретно — на отопление электрокотлом. Такой принцип распределения энергии дает возможность сэкономить до 30% в результате поддержания оптимальной температуры воздуха в помещении на протяжении суток.

Весьма эффективным и экономически оправданным является принцип комбинированного использования «ночного» тарифа при эксплуатации электродных котлов и прочих устройств. Широко практикуется использование таких комбинированных отопительных систем, как: электрокотел и газовый котел, электрокотел и твердотопливный котел. Это дает пользователям возможность минимизировать затраты природного газа и обеспечить максимальное удобство эксплуатации твердотопливных котлов.

Электрокотлы электродного типа

Электродные котлы имеют совсем другой принцип работы. Нагревание теплоносителя — обязательно воды, происходит с помощью электрода. Сам он не является нагревательным элементом, но способен отдавать воде электрический заряд, она, в свою очередь, нагревается собственным сопротивлением. Интенсивный нагрев теплоносителя происходит при расщеплении молекул воды на ионы (частицы, имеющие отрицательный и положительный заряд).

У электродных котлов есть свои недостатки, теплоносителем может быть только вода. Есть необходимость периодической замены электродов, по мере работы котла они растворяются, а это не лучшим образом сказывается на обогреве помещения. Нужно поддержание постоянной нормальной циркуляции воды, при ее замедлении возможно закипание жидкости внутри агрегата, а при сильном увеличении котел прекратит работу. Эффективная работа котла может происходить только с водой, имеющей определенные значения удельного сопротивления. Их измерения и водоподготовка возможна не всегда, это является главным неудобством в эксплуатации.

Конструктивные особенности

Отопительный котел двухконтурного типа отличается простым устройством, хотя и выполняет функцию мини-котельной. Оба его контура могут работать как по отдельности, так и в паре, обогревая дом и обеспечивая горячей водой одновременно. Рассматриваемое оборудование состоит из следующих составляющих:

• теплообменника;
• бойлера;
• нагревательных элементов;
• расширительного бака;
• циркуляционного насоса;
• воздухоотводчика;
• предохранительного клапана;
• автоматики;
• блока управления.

Электрические двухконтурныеотличаются от одноконтурных моделей присутствием в конструкции встроенного бойлера.

По внешнему виду и основным конструктивным особенностям модели электрокотлов могут быть:

• настенными – компактными и сравнительно легкими;
• напольными – массивными, с высоким показателем мощности (более 60кВт).

Как видно из названия, отопительное оборудование первой группы монтируют на стенах или на специально установленных металлических каркасах. Вторую группу котлов располагают непосредственно на полу в специально отведенном месте. Следует отметить, что современные электрокотлы достаточно эстетичны и никоим образом не смогут испортить интерьер помещения.

По способу нагрева можно подразделить на три группы:

• ТЭНовые – высоконадежные, имеющие внутри емкости один или несколько нагревательных элементов в виде металлической трубки;
• электродные (или ионные)– прогревающие теплоноситель в процессе прохождения сквозь жидкую среду переменного тока. Они имеют возможность самостоятельного отключения при коротком замыкании, максимальном повышении температуры и уменьшении объема воды до критического показателя;
• индукционные – функционирующие благодаря катушкам индуктивности. Относятся к энергосберегающим устройствам.

Первый вариант относится к косвенному нагреву теплоносителя, а второй рассматривается как прямой нагрев.

По мощности электрические котлы, предназначенные для отопительных нужд, могут быть:

• однофазными (до 12кВт);
• трехфазными (более 12кВт).

Подбирать мощность рекомендуется при помощи специалистов, так как только они способны сделать грамотный расчет. Метод выбора котла по площади дома является неверным, так как кроме этого параметра учитывается и целый ряд других (толщина стен, количество проемов, ориентация по сторонам света и т.д.).

Как правило, бытовые отопительные агрегаты работают от сети 220В.

Особенности выбора

После принятия решения о покупке электрического котла, нужно разобраться с видами и техническими параметрами, которые отличают различные модели.

Технические характеристики отопительных электрических котлов ЭВП Stanless

Виды котлов

Электрические котлы бывают:

1. ТЭНовые.
2. Индукционные.
3. Электродные.

ТЭновые котлы – самые распространенные. Работают так же, как чайник. Передача тепла в комнату происходит за счёт перегона по трубам воды, прогретой ТЭНами котла. В разных моделях котлов может быть от 1 до 3 ТЭНов. Мощность, указанная для электрокотла – это суммарная мощность всех его ТЭНов. Воду в трубах гоняет циркуляционный насос.

На рынках, модели уже давно – работа отлажена, конструкция продумана.

ТЭновый котел отопления – схема

Индукционный котёл. У него есть трубка из диэлектрика, обмотанная проводом внутри которой расположен сердечник замкнутый сам на себя (сделанный из любого металла, к которому может прилипнуть магнит). Ток, проходя по катушке, создаёт электромагнитное поле и заставляет двигаться молекулы в сердечнике, разогревая его.

Индукционный котёл – очень надёжный прибор. Единственное, что может в нём поломаться – это электронный блок управления. Цена индукционных котлов выше, чем у других. Но заверения продавцов о новаторских технологиях и большой экономичности – основаны ни на чём и противоречат законам физики. Индукционные принципы были открыты М.Фарадеем почти 2 века назад и давно с успехом применялись в промышленности.

Индцукционный электрический котел

Электродные котлы греют за счёт того, что сквозь воду проходит ток. Проблема в том, что использовать можно только воду, которая может называться «питьевой» по ГОСТу.

Электроды в таких котлах со временем растворяются и требуют замены.

ТЭновые котлы не стоит подключать к проточной подаче воды – на ТЭНах образуется накипь, бороться с которой труднее, чем в чайнике. Поэтому лучше в системе использовать один и тот же теплоноситель. Присмотритесь так же к моделям, в которых есть фильтры.

Мощность

От габаритов помещения, которое предстоит отапливать, будет зависеть мощность агрегата.

Немаловажную роль будет играть качество утепления и теплопроводность стройматериалов, использованных при постройке дома.

Приблизительный расчёт для надёжно утеплённого дома с высотой потолков около 3 метров:

На 10м2 площади требуется 1 кВт электроэнергии.

Если дом расположен в районах с суровыми зимами, к получившимся показателям мощности, нужно добавить 10%.

Выбирайте агрегаты, в которых мощность можно регулировать с учётом погоды (термостат может быть встроен, а может подключаться отдельно). Тогда теоретические затраты на электричество на деле окажутся гораздо ниже.

Напряжение и кабель

В обоих случаях требуется подключаться через отдельный автомат на счётчике, который защитит сеть.

Прежде чем покупать мощные котлы оцените реальные возможности ваших электросетей.

Сечение кабеля должно быть тем больше, чем выше на него нагрузка и чем больше приборов одновременно будет работать в доме.

Например, медный провод 4мм2 при напряжении 220 v сможет питать котёл 8 кВт, а при напряжении 380 v– мощностью 19кВт. Медный провод сечением 6 мм2 при напряжении 220 v потянет 10 кВт мощности, а при напряжении 380 v – 26 кВт.

Производитель

Самые доступные, при этом хорошо себя показавшие в работе котлы, отечественных фирм – РусНит, Невский, Эван.

Дороже всех обойдутся немецкие агрегаты (Bosch). Они напичканы автоматикой и славятся надёжностью.

Котел отопления настенный Эван

Другие популярные производители:

• Eleko, Elbeva, Protherm (Словакия) – адаптированы под Российский климат;
• Dacon (Чехия) – около 30 котлов мощностью от 4 до 60кВт;
• Kospel (Польша).

Комплектация котла

Приобретая котёл, обратите внимание на сопутствующие приборы. Либо узнайте у продавца о возможности подключения этих приборов

Какие-то из них обязательны (например, циркуляционный насос для ТЭНовых котлов). Другие же устанавливаются по желанию, для удобства.

Обязательно должны быть:

• Циркуляционный насос;
• расширительный бак;
• программатор.

Дополнительно на некоторых моделях могут быть:

• Фильтры от накипи;
• термостат;
• терморегулятор;
• световые индикаторы режимов работы;
• дистанционное управление;
• каскадное включение ТЭНов;
• стабилизатор напряжения;
• лопастное реле потока;
• всевозможные датчики и контроллеры.

Стараясь как можно больше удешевить прибор, некоторые фирмы заменяют металлические детали пластиковыми, которые могут плавиться под действием высоких температур.

Прямая и косвенная системы отопления

Вид отопления, в котором основным источником для нагрева является электроэнергия, считается перспективным. Но прежде чем заменить уже существующее отопление, необходимо разобраться в следующем:

• какой вариант подойдет для вашего жилища;
• какой бюджет вы готовы вложить, чтобы в будущем экономить;
• какой мощности источник электроэнергии уже есть в доме.

От этих факторов будет зависеть выбор системы обогрева.

Большую популярность завоевал способ обогрева дома с помощью электроэнергии

Система прямого отопления

Прямое отопление реализуется путем использования электрообогревателей: конвекторов, теплого пола. электрических масляных радиаторов. Применяя этот вариант, нет необходимости прокладывать трубопроводы, устанавливать котел, покупать радиаторы. Все приборы подключаются самостоятельно к кабельной разводке. Регулируется температура в каждом обогревателе отдельно, что дает возможность контролировать потребление электроэнергии.

Важно! Использование прямого отопления является самым затратным способом обогрева. К преимуществам такой системы можно отнести экономию на капитальные (стоимость оборудования) и эксплуатационные (ремонтные) затраты

Схема системы отопления с прямым контуром радиаторов, смесительным контуром теплого пола и бойлером косвенного нагрева

Система косвенного отопления

Дешевое отопление дома электричеством – это косвенное отопление. Заключается оно в том, что классическое водяное отопление остается неизменным, просто заменяется угольный или газовый котел на электрический. Они бывают со следующими типами нагрева:

• индуктивный – экономичный вариант, здесь нагрев производится благодаря току высокой частоты (волнами радиочастотного диапазона);
• электродный или ионообменный – в этом типе нагрева используются открытые электроды, на которые подается ток (50 Гц);
• прямой – вода нагревается через ТЭН. Этот тип потребляет значительно больше энергии, а также быстрее выходит из строя, однако стоимость такого котла в разы меньше, чем у агрегата с индуктивным или электродным нагревом.

Сравнение эффективности работы котлов: электродного и тенового

К преимуществам электрического котла следует отнести:

• небольшие размеры;
• низкую стоимость;
• быстрый монтаж;
• эксплуатационную и экологическую безопасность;
• бесшумность.

Полезный совет! Хотя цены индукционных котлов для отопления частного дома «кусаются», расход электроэнергии в таких моделях один из самых экономичных. Чтобы действительно ощутить экономию и увидеть ее в счетах за электроэнергию, желательно установить трехфазный котел.

Проект отопления дома с помощью электричества

Как выбрать котёл для частного дома

Электрический котёл должен полностью справляться с задачей обогрева частного дома, поэтому устройство нужно правильно подобрать по мощности. Для точного расчёта необходимо вычислить теплопотери здания. С этим вопросом лучше обратиться к специалистам, которые не только установят места утечки тепла, но и произведут необходимые расчёты мощности теплового оборудования. Вообще следует выбирать устройства на 20–30% мощнее, чем необходимо для обеспечения теплом всего дома.

Электрокотлы с ТЭНами

Такие устройства наиболее часто используют в качестве основного или дополнительного обогрева помещения. Электрокотлы с ТЭНами могут быть как настенного, так и напольного типа. Напольные агрегаты, как правило, рассчитаны на высокую мощность и имеют большие габариты.

Учитывая высокую вероятность выхода из строя отопительного элемента, некоторые модели оснащаются двумя ТЭНами. Такие установки более надёжны, и позволяют полноценно отапливать помещения даже при выходе одного ТЭНа из строя.

ТЭНовый электрический котелИсточник kotlof.ru

Индукционные электрические нагреватели

Для нагрева теплоносителя в индукционных котлах применяется переменное магнитное поле. Под воздействием сильных переменных магнитных полей металл разогревается и теплота передаётся жидкости в резервуаре. Таким образом, удаётся полностью изолировать электрический нагревательный элемент от воздействия жидкости и растворённых в ней солей.

Индукционные котлы значительно дороже ТЭНовых устройств, но учитывая высокую надёжность, экономичность и большую мощность таких отопительных систем, специалисты рекомендуют сделать свой выбор в пользу приобретения котлов этого типа.

Вихревой индукционный нагревательИсточник nn.kotel-t.ru

Выбор двухконтурного электрокотла

Некоторые электрические котлы выполняют не только функцию отопления помещения, но и снабжения горячей водой. Такие отопительные установки имеют два контура, один из которых проходит внутри второго. Двухконтурные котлы позволяют экономить не только энергоноситель, но и полезную площадь дома, которая использовалась бы для размещения водогрейного оборудования. Основным недостатком этой системы является зависимость снабжения горячей водой от режима отопления частного дома.

Выбрать электрический двухконтурный котёл для отопления частного дома совсем несложно, но такая отопительная установка будет стоить значительно дороже одноконтурных моделей.

Двухконтурный электрический котелИсточник ekarpov.ru

В чём отличие одноконтурных моделей от двухконтурных

Основное отличие двухконтурных моделей от одноконтурных агрегатов заключается в размере. Двухконтурные котлы должны иметь достаточный объём основного резервуара, чтобы внутри него можно было разместить медные трубки достаточной длины для нагрева в них воды во время проточного движения жидкости.

Кроме этого, двухконтурные модели выпускаются большей мощности, ведь значительное количество тепловой энергии может расходоваться во время частого забора горячей воды.

Одноконтурный электрический котелИсточник dom-and-sad.ru