Как работает электрический котел для отопления частного дома

Отопление дома или квартиры с помощью электричества отличается простотой и высоким КПД. Этот способ экологически безопасен и не требует сжигания топлива. При подборе оборудования важно понимать принцип работы электрокотла, чтобы правильно организовать обогрев помещения. Нужно быть готовым к тому, что содержание приборов потребует затрат.

Критерии выбора электрического котла для частного дома

При подборе отопительной установки необходимо учитывать несколько факторов:

1. Мощность зависит от площади обогреваемого помещения.
2. 1-контурные модели предназначены только для теплоснабжения дома или дачи, а 2 линии способны обеспечить потребителя горячей водой.
3. Принцип работы. Распространение получили электродные, индукционные и модели с ТЭНами.
4. Наличие дополнительных функциональных возможностей, позволяющих упростить управление котлом.
5. По типу монтажа могут быть напольные или настенные.
6. Производитель оборудования. На рынке представлены аппараты российских, итальянских, немецких, словацких компаний.

Разновидности электронагревателей

В быту нашли применение три типа устройств:

1. ТЭНовый. Жидкость нагревается в трубчатом теплообменнике. Агрегаты отличаются невысокой ценой и простотой в обслуживании. Чувствительны к образованию накипи на стенках нагревательного элемента.
2. Электродный. Нагрев осуществляется за счет ионизации теплоносителя под воздействием тока.
3. Индукционный. Устройства используют эффект электромагнитной индукции для повышения температуры жидкости. Особенность установки — высокая стоимость и низкое энергопотребление.

Для организации теплоснабжения частного дома или дачи подойдет любой тип отопительного прибора.

Преимущества и недостатки оборудования

Использование электрокотлов для обогрева помещений имеет следующие достоинства:

• высокая эффективность, которая сочетается с небольшими размерами — КПД установок индукционного типа достигает 99%;
• электрические теплогенераторы являются альтернативным вариантом при отсутствии подводки газа к дому;
• хорошая ремонтопригодность;
• бесшумная работа;
• отсутствие открытого пламени;
• безопасность;
• не требуется наличие вытяжки в помещении;
• отсутствие выбросов в атмосферу;
• длительный срок службы приборов.

Имеется и ряд существенных недостатков:

• создается большая нагрузка на электрическую сеть, что предъявляет высокие требования к качеству проводки в доме;
• при отключении электроснабжения помещение остается без обогрева;
• необходимость осуществлять предварительную подготовку теплоносителя;
• затраты на оплату электроэнергии выше, чем на природный или сжиженный газ.

Также характерны недочеты для каждого типа отопительного прибора. Для ТЭНовых установок это:

• образование накипи на нагревательных элементах, что приводит к падению эффективности;
• большие размеры установки;
• включение котла сопряжено со скачками в электросети, вызванного высокими пусковыми токами;
• модели начального уровня оснащаются минимумом автоматики, поэтому часто требуется ручная настройка параметров;
• вольфрамовая нить имеет ограниченный срок службы и может перегореть, поэтому периодически ТЭНы приходится менять.

В индукционных агрегатах имеются недостатки:

• высокая стоимость установки;
• требовательность к качеству теплоносителя;
• сложность монтажа.

Несовершенство электродных приборов заключается в следующем:

• требовательность к химическому составу жидкости;
• обильное образование накипи;
• электроды со временем частично растворяются и требуют замены;
• сложная схема подключения и монтажа аппарата;
• котел всегда работает на максимальной мощности и требует наличия автоматической системы включения и выключения.

Устройство электрокотла

Агрегат представляет собой корпус, внутри которого размещены главные узлы прибора:

• блок нагрева котловой жидкости: ТЭН, электроды или индукционная катушка;
• емкость, к которой подведены прямой и обратный трубопровод воды;
• циркуляционный насос, обеспечивающий ток теплоносителя в системе;
• блок управления и автоматики, предназначенный для контроля за работой прибора.

Установки оснащаются системами безопасности. Их назначение — обеспечить выключение прибора при возникновении нештатных ситуаций.

2-контурные агрегаты способны не только отапливать, но и обеспечивать помещение горячей водой. Такие установки сложнее в эксплуатации и потребляют больше энергии. Контуры работают независимо друг от друга, что важно в летнее время, когда отопление помещения не требуется

Принцип работы

Назначение котла — повышение температуры теплоносителя в отопительном контуре. Способ нагрева зависит от конструктивных особенностей аппарата.

ТЭНовые котлы

Нагревательный элемент установки представляет собой трубку из металла, внутри которой помещена керамическая крошка или кварцевый песок. В середине расположен стержень из нихрома или вольфрама. Контакты подключаются к электрическим проводам. В рабочем режиме на спираль подается напряжение. За счет высокого сопротивления она начинает нагреваться и передает тепловую энергию воде. ТЭНы размещаются внутри бака, заполненного жидкостью.

Внимание! В качестве теплоносителя производители рекомендую использовать антифризы или обессоленную воду.

Емкость может размещаться вертикально или горизонтально. При работе котла ТЭН всегда скрывается под жидкостью, иначе нагревательный элемент быстро выйдет из строя. Для контроля температуры и давления внутри бака применяются датчики, передающие рабочие параметры в блок управления. Для обеспечения циркуляции теплоносителя в контуре, многие модели снабжены электрическим насосом.

Запуск в работу сопровождается резким скачком энергопотребления, т.к. одновременно включаются все ТЭНы. При достижении теплоносителем заданных параметров котел поддерживает температуру воды на постоянном уровне.

Индукционные котлы

Приборы данного вида используют эффект электромагнитной индукции. В катушку с заданным числом витков помещается металлический стержень. При этом образуются вихревые токи, вызывающие повышение температуры элемента. Сердечник нагревает циркулирующий теплоноситель.

Аппарат представляет собой цилиндр, по всей высоте которого встроена катушка индуктивности. Внутри располагается металлический сердечник. Свободное пространство заполнено теплоносителем. Для регулировки мощности применят тиристорные пускатели.

При подаче напряжения на катушку начинает нагреваться сердечник, передавая энергию жидкости.

Индукционные установки отличаются надежностью и продолжительной эксплуатацией. КПД аппаратов достигает 99%. Использование в качестве теплоносителя обессоленной воды или антифриза избавляет потребителя от проблем с накипью.

Установки компактны, что позволяет монтировать приборы на стене помещения. Встречаются производительные аппараты, мощность которых достигает 60 кВт.

Электродные котлы

Работа этих установок основана на проводимости воды, содержащей соли металлов. Через теплоноситель пропускается ток, который вызывает ионизацию раствора. Заряженные частицы двигаются к электродам. За счет внутреннего сопротивления молекул жидкость начинает нагреваться.

Внимание! В электродных котлах нельзя использовать дистиллированную воду. Соли металлов обеспечивают электрическую проводимость теплоносителя.

Аппарат состоит из цилиндрического резервуара, внешняя часть которого покрыта изоляцией. Внутри установлен электрод, подключенный к фазе. Корпус присоединяется к нулевому кабелю. При подаче напряжения температура теплоносителя начинает резко возрастать.

Приборы, работающие на принципе ионизации раствора, отличаются компактными размерами и высокой надежностью. Мощные установки предназначены для подключения к 3-фазной электрической сети. Допускается последовательный монтаж нескольких котлов. Особенностью электродных генераторов является невозможность управления мощностью прибора. Аппарат способен работать только с полной производительностью. Регулировка температуры воды достигается отключением и включением устройства.

Особенности установки

Перед монтажом прибора требуется подобрать подходящее место. Оно должно позволять пользователю:

• контролировать работу агрегата;
• осуществлять плановое обслуживание и проведение ремонтных работ;
• обеспечивать удобное подключение к коммуникациям и электрической сети.

Для этого составляют план-схему разводки отопительных коммуникаций и радиаторов. Многие модели электрических котлов имеют небольшие габариты и массу и предназначены для настенного монтажа. Для крепления используются специальные дюбели и анкерные болты.

Электродные установки монтируются на трубах отопления и фиксируются хомутами. Приборы индукционного типа чаще всего за счет большой массы предполагают напольный способ монтажа.

Подключение агрегата к сети допускается только через отдельный автомат, расположенный в распределительном щитке. Обязательно должен быть предусмотрен заземляющий контур.

Как рассчитать мощность электрического котла при отоплении дома

Данный метод позволяет оценить ориентировочную производительность аппарата. Для домов или квартир с высотой потолка до 3 м на 10 кв. м площади должно приходиться около 1 кВт мощности.

Для эффективного процесса котлу нужно генерировать энергии не меньше, чем помещение ее теряет. Установка не должна работать постоянно, это приведет к росту затрат и снижению ресурса службы устройства. Генератор в номинальном режиме включается периодически, нагревает воздух и затем отключается.

Для точного расчета мощности учитывают величину теплопотерь помещения. Следует выяснить:

• материал и толщину стен и межэтажных перекрытий;
• площадь оконных проемов.

Для вычисления теплового сопротивления ширина стен делится на коэффициент теплопроводности. Для каждого материала выполнятся отдельный расчет, затем полученные значения суммируются.

Чтобы узнать величину потерь, нужно объем помещения умножить на разницу температур на улице и дома. Полученный результат делят на тепловое сопротивление. Температурная дельта берется для холодного времени года. Такой способ вычисления мощности дает самый точный результат. С его помощью можно подобрать установку, которая обеспечит надежное теплоснабжение помещения круглый год.

Электрокотлы являются эффективным способом организовать обогрев дачи или загородного дома. Приборы отличаются надежностью и безопасностью, но требуют высоких затрат на содержание.

Устройство и принцип действия электрического котла для обогрева дома

Применение электричества для отопления является распространенным способом обогрева дома. Этот метод экологически безопасен (не воздействует на окружающую среду) и удобен.

Единственными факторами, ограничивающие распространение такого отопления, являются:

1. Тарифы на электроэнергию и их рост в перспективе.
2. Расходы потребителя на подвод и подключение к жилью электрической мощности, необходимой для обеспечения комфорта.

Когда пользователь определяется с топливом для котла, он бывает ограничен в выборе. Рядом с его домом отсутствуют сети природного газа и централизованного теплоснабжения, а рынка древесных или сельскохозяйственных отходов нет.

Тогда электрический котел становится единственной альтернативой и основным источником тепла. В бивалентных отопительных системах он становится резервным в комбинации с котлами на газе, твердом/жидком топливе или тепловыми насосами.

Достоинства и недостатки электрических котлов

Разбираясь с положительными и отрицательными сторонами электрического котла отопления, нужно рассматривать их в зависимости от вида нагревательного элемента.

К плюсам индукционного нагрева относят:

1. Самая большая эффективность при нагреве (до 99,5 %) при небольших размерах агрегата.
2. Длительный срок службы (до 30 лет) и надежность устройств, единичная мощность которых до 60 кВт.
3. Теплоносителем может быть не только вода, но и незамерзающие жидкости или масло.
4. Безопасная эксплуатация и небольшие затраты на сервис.

Недостатков немного – высокая стоимость, сложности в обвязке трубами и подсоединении электропитания.
Преимуществами электрокотла с трубчатыми электронагревателями являются его относительно небольшая цена; он быстро нагревает воду, а обслуживание и подключение к отоплению максимально упрощены.

Минусов же гораздо больше:

1. Косвенный способ поднятия температуры жидкости уменьшает кпд до 97…98 %.
2. Нужна водоподготовка, т.к. в противном случае во время нагрева на корпусе нагревательного элемента появляется накипь, ухудшающая теплообмен и разносимая по разводке и радиаторам.
3. Не компактная конструкция.
4. Большая нагрузка на электросеть при эксплуатации и броски тока при включении.
5. Когда ТЭН работает, вольфрамовая проволока внутри него испаряется и выгорает, требуя замены всей детали.
6. Возможно разрушение корпуса нагревателя и появления опасности удара электричеством.
7. Агрегаты имеют упрощенную автоматику, требуя дополнительных вложений.

Достоинства электродного котла – он компактнее всех перечисленных выше агрегатов, при большей удельной мощности; отличается низким энергопотреблением, надежностью и простотой конструктивной схемы. Но его установка и подключения не простые.

Работает он только на максимуме мощности, поэтому управление ею идет в режиме «старт — стоп». Электроды подвержены эрозии, покрываются накипью и поэтому периодически заменяются. В качестве теплоносителя используется определенный состав воды. А изменение количества солей в ней влияет на теплоотдачу.

Устройство электрокотла

В самом общем случае устройство электрокотла выглядит так. Имеется стальная емкость с патрубками для подключения подающего и обратного трубопровода системы обогрева. В нее встроены разные по конструкции устройства для нагрева котловой воды – индукционные катушки, электроды или ТЭНы.

Они определяют стоимость котельного агрегата (в порядке убывания). В ряде случаев предусмотрены теплоизоляция частей оборудования, соприкасающихся с нагретой водой, встроенный циркуляционный насос для нее и другое. Обязательно есть элементы автоматики (отводчики воздуха, термисторы, манометры и т.д.), защит (от перегрева, утечки тока) и управления тепловой мощностью.

Принцип действия

Принцип работы электрического котла разных типов имеет главное сходство – он повышает температуру воды или другой жидкости. Различия в видах оборудования заключаются лишь в способе преобразования электроэнергии в теплоту.

Котел с ТЭНом

Для котельного оборудования с ТЭНами электрический ток проходит через проволоку с высоким сопротивлением (вольфрам), заставляя ее разогреваться.

Полученное тепло через засыпку из кварцевого песка и корпус нагревателя переходит к воде, движущейся внутри бака котла, далее попадая к радиаторам систем отопления либо к змеевику «теплого» пола.

Электродный котел

У электродных котлов все происходит немного иначе. К его цилиндрическому корпусу из стали подключают «нулевой» провод, внутрь по оси устанавливают металлический электрод с подсоединенной «фазой».

Внутри с помощью насоса заставляют двигаться недистиллированную воду из отопления, которая является проводником с определенным электрическим сопротивлением. Т.о. при пропускании через эту жидкость электричества она будет нагреваться. Степень роста температуры зависит лишь продолжительности воздействия электротока и его силы.

Индукционный

В индукционном котле нагрев воды идет из-за явления электромагнитной индукции. По катушке, обмотанной проводом, пропускают электричество. При этом одновременно внутрь нее помещается сердечник из металла. Вокруг катушки возникают т.н. вихревые токи, греющие массив сердечника, омываемый, в свою очередь, водой. Таким образом теплоту воспринимает теплоноситель.

Типы электрокотлов

Электрические котлы можно условно классифицировать следующим образом:

• по установке – настенные или напольные;
• назначение – только для обогрева (одноконтурные) либо для отопления совместно с горячим водоснабжением (двухконтурные);
• по питающему напряжению и тепловой мощности соответственно – одно- (до 6 кВт) и трехфазные (более 6 кВт).

В зависимости от области применения электрокотлы бывают бытовыми и промышленными.

Расчет мощности электрокотла для отопления дома

При выборе электрического котла нужно определить его мощность. Для этого вычисляют теплопотери через ограждения – наружные стены, потолки, полы и окна, зная их площади. Сначала определяют температуры внутри (в зависимости от их функций) и снаружи помещений), а затем рассчитывают суммарные утечки теплоты. Добавив 20 % запаса, получают требуемую тепловую мощность агрегата.