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.

Обеспечение постоянного обогрева дома: обзор всех видов электрокотлов, устройство и принцип работы

Обогрев загородного дома при помощи электрического нагревательного котла уступает традиционным газовым и твердотопливным в экономичности, но является простым и эффективным способом обогрева.

Электрокотёл — бак с нагревательным элементом внутри, а циркуляция теплоносителя по трубам осуществляется с помощью насоса или посредством тепловой конвекции.

По конструкции они могут быть ТЭНовыми, электродными, индукционными. Такой котёл, работающий от однофазного или трехфазного тока, управляется специальным контроллером, который помогает поддерживать оптимальную температуру или включать обогрев по таймеру. Подключение электрокотла к сети отопления легко сделать своими силами.

Как работают индукционные электрокотлы?

Принцип действия устройства основан на явлении электромагнитной индукции. Магнитное поле, образуемое катушкой, вызывает вихревой ток в металлическом сердечнике, что приводит к его нагреву.

В составе такого электрокотла присутствует:

• катушка;
• теплообменник вокруг сердечника;
• патрубки входа и выхода теплоносителя;
• блок управления;
• тиристорные пускатели, регулирующие мощность;
• защитный кожух с теплоизоляционным слоем.

Теплоноситель поступает через клапан в змеевик, который расположен вплотную к сердечнику, где и происходит нагрев жидкости. КПД при этом достигает 99%, а максимальная мощность отдельных устройств превышает 50 кВт.

Плюсы индукционного нагрева

Недостатки

• Высокая цена;
• сложность подключения электрики и трубной обвязки.

Справка! Производители котлов рекомендуют применять специальную обессоленную воду или антифризы с добавками, которые предотвращают появления накипи.

ТЭНовые устройства

ТЭН расшифровывается как тепловой электрический нагреватель. Любой ТЭН — трубка в форме буквы U из нержавеющей стали или меди, внутри которой проложена спираль из нихрома или вольфрама, а теплоизолятором служит керамика или кварцевый песок. Одноконтактные ТЭНы обладают прямой трубкой, а роль второго контакта выполняет сам корпус.

Фото 1. ТЭНовый напольный электрокотел, окрашен в синий цвет, выполнен из нержавеющей стали.

Электрический ток, проходя через вольфрамовую нить, нагревает её до очень высокой температуры. Это тепло поглощает кварцевый песок и отдаёт его теплоносителю. Принцип действия аналогичен электрическому чайнику.

Важно! Поверхность ТЭНов нагревается до очень высокой температуры, поэтому они обязательно должны быть покрыты водой для охлаждения.

Нагревательные элементы размещают внутри котла с жидкостью. Количество ТЭНов определяет мощность котельной установки.

Нагрев воды происходит интенсивно, поэтому циркуляционные насосы используют в больших отопительных контурах.

Для компактной системы хватает конвекционного теплообмена.

За регулировку температуры отвечает термостат, датчик температуры и давления, блок управления электрокотлом. От завоздушивания системы теплоснабжения предохраняет расширительный бак.

Преимущества

• Очень простое подключение и обслуживание;
• низкая стоимость электрокотлов и ТЭНов (от 500 рублей за штуку);
• быстрый нагрев жидкости.

Недостатки

Недостатков у стержневых нагревательных элементов значительно больше:

• низкий КПД из-за неэффективного способа преобразования энергии;
• образование накипи на ТЭНах и попадание её в отопительный контур;
• минимум автоматики в дешёвых моделях требует ручного управления;
• вольфрамовая нить со временем перегорает, что приводит к замене нагревательного элемента;
• есть вероятность повреждения оболочки ТЭНа и поражения электрическим током;
• высокие пусковые токи и нагрузка на электрические сети во время работы;
• большие габариты электрокотла.

Мощность отдельных нагревательных элементов не превышает 5–6 кВт. Этого достаточно для отопления дачного дома или использования в качестве аварийной системы обогрева.

Накипь существенно снижает эффективность нагрева, поэтому борьбе с ней и умягчению воды необходимо уделить пристальное внимание.

Способы снижения жёсткости воды для использования в системах отопления:

• Химический метод с добавлением сульфата натрия или кальцинированной соды. Раствору дают отстояться и сливают чистую воду с осадка. После фильтрования и кипячения жидкость готова к использованию.
• Сбор дождевой воды с последующей фильтрацией.
• Использование талой жидкости.
• Купить дистиллированную воду в магазине.

Электродные электрокотлы

Принцип действия основан на эффекте проводимости воды за счёт растворенных в ней солей металлов. На этом принципе работает простейший кипятильник из двух лезвий и все электродные нагревательные устройства.

Внимание! Заливать можно только обычную водопроводную воду, дистиллят или обессоленная жидкость нагреваться не будет.

Устройство электродного котла состоит из металлического корпуса покрытого защитным слоем, электрода, отводящих и подводящих патрубков. Фазный провод подключают к электроду, а нулевой — к корпусу. Контакт между катодом и анодом возможен только через теплоноситель.

Фото 2. Электродный электрокотел с металлическим корпусом и защитным слоем, отводящими и подводящими патрубками.

Электрический ток приводит в движение содержащиеся в жидкости ионы. Это хаотичное движение и нагревает воду. Высокая интенсивность нагрева позволяет применять компактные устройства с небольшим баком.

Если электродный котёл не развивает необходимой мощности, то причина кроется в слабой солёности воды. Исправить жидкость можно добавлением поваренной соли.

Плюсы

• Высокая тепловая мощность;
• самые компактные среди других видов электрокотлов;
• простая и надёжная конструкция;
• небольшой расход электроэнергии.

Отрицательные особенности

Особенности электрических котлов

Выбор электрических водогрейных устройств огромен среди импортных и российских марок. Причины популярности электрокотлов:

• простота установки и управления температурным режимом;
• низкая стоимость в сравнении с другими типами котлов;
• нет зависимости от газа и твёрдого топлива;
• компактность и возможность настенного размещения;
• вытяжка в помещении с котлом не требуется;
• отсутствие открытого пламени;
• бесшумность работы;
• может встраиваться в систему отопления с основным газовым котлом в качестве резервного;
• не требуется склад для топлива, отсутствует сажа, пепел и другие продукты сгорания;
• программируется включение на ночное или льготное время;
• отсутствие выбросов в атмосферу допускает использование в природоохранных зонах.

Фото 3. Электрический настенный котел, работает бесшумно, подходит для помещений с небольшой площадью.

Недостатки электрообогревательных устройств исходят из высокой стоимости электроэнергии и низком КПД при высокой мощности. Поэтому отопление дома площадью от 100 м 2 . экономически нецелесообразно. Лучше всего электрокотлы показывают себя в южных районах страны при грамотном сочетании энергосберегающих свойств дома и использования альтернативных источников энергии.

Важно! Частые и продолжительные отключения электричества могут стать причиной разморозки всей теплосистемы зимой, если не предусмотреть запасной источник электроэнергии.

Стоит ли устанавливать?

Прежде чем монтировать электрокотел, нужно рассчитать теплопотери дома при максимальной разнице температур.

Если установка электрического котла нецелесообразна, то его применяют в качестве вспомогательного отопительного прибора.

Оптимизировать работу помогает установка:

• датчика температуры, защищающего систему от перегрева;
• реле нагрузки, которое не даёт работать котлу при большой нагрузке на электросети;
• реле времени (включает прибор в самые выгодные часы, например, ночью).

Полезное видео

Из видео можно узнать, как правильно подключить электрический котел и не ошибиться с фазами.

Заключение

Для любого электрокотла проводят заземление, а проводку используют согласно требованиям ГОСТа для мощных нагревательных устройств. Правильная установка и подключение — залог успешной и безопасной эксплуатации.