Советы электрика: эффективные электрические котлы для отопления частного дома

К современным системам отопления зданий предъявляются жесткие требования:

• безопасной эксплуатации;
• обеспечения комфортных условий проживания с соблюдением санитарных норм;
• надежной теплоотдачи на весь отопительный период;
• прочной конструкции;
• бесшумной работы;
• соответствия архитектуре и планировке дома;
• простого, удобного монтажа.

Все они хорошо реализуются в конструкциях электрических котлов, работающих на:

1. теплонагревательных элементах (ТЭН);
2. электродных моделях;
3. индукционном принципе.

Электрический котел для отопления частного дома на ТЭНах

Это наиболее распространенная, широко используемая многие десятки лет в частном секторе и промышленности конструкция. Ее выпуск освоили не только известные предприятия, но народные умельцы.

Принцип работы

Котел из герметичной металлической емкости заполняется водой, нагреваемой вмонтированными ТЭНами с тоководами в виде загнутых изолированных вольфрамовых нитей, помещенных внутрь стойкого к воздействию горячей влажной среды корпуса из металлической трубки. Ее окончания оборудованы наконечниками для соединения под резьбу с крышкой котла, и нитей — для подключения электрических проводов.

Проходящий по вольфрамовой спирали электрический ток создает тепло, которое передается через изоляционный слой металлу трубок и только потом теплоносителю.

При правильном подборе комплектующих деталей первоначальное значение кпд тепловой системы можно довести до 80%, когда 20% электроэнергии безвозвратно теряется.

Особенности эксплуатации

Надо отметить, что в обычной воде содержится много солей различных химических элементов, которые при нагреве выпадают в осадок, образуя на стенках ТЭНов, котла и трубопроводах накипь, ухудшающую теплопередачу, засоряющую трубы и емкости. В результате снижается кпд системы отопления до 30%, резко возрастают затраты электроэнергии на обогрев.

При нагреве воды из нее выделяются растворенные газы. Пузырьки поступают к верхней части емкости, где образуется воздушная полость, дополнительно отделяющая корпус ТЭНа от теплоносителя. В этом месте из-за ухудшения теплосъема может образоваться перегрев металла корпуса с прогаром, ведущим к нарушению герметичности, поломке.

Поэтому рекомендуется размещение и ориентация ТЭНов таким образом, чтобы они не попадали в зону создающейся воздушной полости, всегда были покрыты теплоносителем. С этой целью электрический котел для частного дома на ТЭНах выпускается с нагревательными элементами, расположенными в нижней части (реже) или сбоку в горизонтальной плоскости (чаще).

Еще один технический прием предохранения корпуса от соприкосновения с выделяющимся воздухом состоит в образовании специального высокого колена у напорного трубопровода для скопления воздушных пузырьков и последующего их удаления, а также монтаж расширительного бачка в обратной магистрали.

С целью регулирования производительности тепла используют каскадное подключение ТЭНов электрическими коммутирующими устройствами.

Конструкция

Принципиальная схема котла показана на рисунке. На ней выход горячего теплоносителя выведен вверх для отвода образующихся воздушных пузырьков с целью защиты верхнего нагревателя. В то же время нижние нагревательные элементы всегда обтекаются водой и с них происходит равномерный отвод тепла.

Так выглядят современные электрические котлы в настенном исполнении.

Они снабжены сложными устройствами, автоматизирующими весь технологический процесс. В состав котла входят:

• специальный циркуляционный насос для перекачки воды по магистралям;
• теплоизоляция бака для уменьшения потерь и поддержания работоспособности оборудования технологического шкафа;
• блок управления с датчиками, обеспечивающими рабочую температуру для обычного и аварийного режима.

Монтаж котла отопления на стене имеет простой вид.

Сверху магистрали расположен блок безопасности с приборами контроля.

Современный электрический котел для частного дома выпускается в специальном шкафу вместе с подключенными комплектующими устройствами, налаженными на заводских стендах.

Но есть более дешевый вариант котла без шкафа. Его приобретение вызывает необходимость в дальнейшей покупке циркуляционного насоса, расширительного бака, блока безопасности, систем управления и автоматики. Это оборудование потребуется устанавливать, закреплять, настраивать для совместной работы, что может привести к дополнительным затратам.

Приобретение смонтированного в одном шкафу и налаженного на заводе оборудования может в итоге оказаться менее затратным способом.

Электродный электрический котел для частного дома

Его конструкция может быть с двухсторонним подводом воды к месту нагрева с разных сторон (рисунок слева) и — с одной (рисунок справа).

Принцип работы

Вода нагревается в рабочем пространстве за счет пропускания по ней электрического тока между электродами как у самодельных кипятильников из двух пластин.

При использовании постоянного тока на один электрод подают минус потенциала источника, а на другой — плюс. Для переменных схем на первый электрод подается фаза, на второй — ноль с обязательным надежным заземлением корпуса через РЕ-проводник.

Обтекающая электроды вода нагревается за счет прохождения сквозь неё электрического тока и подается на выходной штуцер.

Особенность эксплуатации

В этой конструкции слабым местом является электробезопасность. Повреждение заземления в этой конструкции недопустимо потому, что при обрыве нуля потенциал фазы моментально создаст путь электрического тока через воду на человека, вызовет его поражение, создаст электротравму и может привести к гибели.

Частично выполнить защитную функцию способно заземление корпуса. Через него при определенных условиях может пойти аварийный ток, который отключат автоматические выключатели.

В качестве защиты необходимо обязательно использовать быстродействующие УЗО либо дифавтоматы, которые постоянно сравнивают величины тока в фазном и нулевом проводнике, мгновенно отключают напряжение при нарушениях в системе. Состояние заземляющего контура и связь его с электрокотлом требуется постоянно контролировать.

Для прохождения электротока через теплоноситель необходимо присутствие растворенных солей, ибо чистая дистиллированная вода не обладает проводимостью. Соли же при эксплуатации выпадают в осадок, образуют накипь, засоряют магистрали, котел, поверхность электродов, что требует проведения профилактической периодической чистки. Следует заметить, что технически выполнять такую работу не сложно. Для этого предусмотрен вариант удобной разборки.

Достоинством такой конструкции является высокий кпд, который может составлять 95%, что не достижимо для котлов на ТЭНах.

Компоновка электродного котла отопления

Через тройник вода входит и подается на выход через отходящий патрубок. Внутренний электрод фазы с подключенным проводом может извлекаться для обслуживания через боковую крышку. Ноль схемы подается на контактный винт дюймовой трубы. Заземление подключается к корпусу.

Сравнительные графики работы ТЭНовых и электродных котлов ярко характеризуют их технические возможности.

Электродная конструкция способна довести воду до 55 градусов за минуту, а для ТЭНового аналога время увеличено в 10 раз.

Нижний график характеризует зону экономии сравниваемых конструкций. В составе устройств электродного котла:

• обязателен корпус с заземлением;
• контактный циркуляционный насос на входе;
• место подключения фазного и нулевого провода;
• выход теплоносителя через тройник;
• термодатчик воды для управления автоматикой отключения и подключения электричества на электроды;
• электрический щиток.

При недостатке мощности допускается устанавливать последовательно еще одну модель с аналогичными характеристиками. Это усложняет конструкцию с добавлением насоса к общему блоку управления.

Такая схема допускается для повышения мощности обогрева, часто используется для бетонных панельных зданий с большими теплопотерями.

Индукционный электрический котел для частного дома

Сразу отметим его высокую на первый взгляд стоимость, которая через непродолжительное время окупается за счет экономии электроэнергии. Кпд такого устройства составляет 99%. Это позволяет использовать его более эффективно в системе горячего водоснабжения с подключением системы теплых полов. Производители дают гарантию на его надежную эксплуатацию до 30 лет.

Принцип работы

Метод основан на явлении магнитной индукции, создающей прямой и бесконтактный нагрев сердечника индуктора (катушки) от электросети промышленной частоты индивидуальными источниками питания — генераторами и преобразователями.

Простейшим индуктором с косвенным нагревом выступает изолированный проводник в виде спирали, расположенной, как правило, вокруг металлического (обычно медного) сердечника. Протекание по катушке электротока индуцирует в сердечнике вихревые замкнутые токи, которые проходят по закороченному тоководу металла сердечника с высокой проводимостью, вызывая его нагрев, непосредственно передаваемый теплоносителю.

Холодная вода заходит в нижний патрубок, проходит вокруг катушки к нагреваемому токами сердечнику, забирая от него тепло. Нагретая жидкость через верхний выходной штуцер поступает в систему горячего водоснабжения.

Состав

В комплектацию индукционного котла отопления также входит циркуляционный насос, блок безопасности, схема управления.

Индукционные конструкции для повышения мощности могут объединяться и состоять из нескольких стандартных последовательно подключенных устройств.

Таким образом, чтобы выбрать электрический котел для частного дома следует учесть:

• площадь обогреваемых помещений, которая потребует порядка 10 квт мощности на 100 квадратных метров площади при средней высоте этажа и хорошей тепловой изоляции комнат;
• конструкцию электрического котла;
• материальные затраты и стоимость профилактических и ремонтных работ;
• срок монтажа оборудования;
• предоставляемые гарантии.

Из опыта эксплуатации замечено, что владельцы многоэтажных коттеджей предпочитают устанавливать современные индукционные котлы, а проживающие в хрущовках жильцы часто пользуются электродными конструкциями. Электрические котлы на ТЭНах в комбинации с обогревом на твердом топливе чаще используют дачники и сельские жители для отопления частного дома.