Устройство ионных котлов отопления: принцип работы, схемы, видео-отзывы

Можно ли экономно отопить жилище электричеством? Многие, не задумываясь, ответят, что нет, вспомнив самый распространенный обогревательный прибор на ТЭНах – это не верно. Старые военные технологии, еще недавно недоступные рядовым гражданам – реальность.

Устройство на одну и две фазыРечь об ионном котле — альтернативном источнике тепла. Разработанная еще в середине прошлого века военная технология теперь доступна всем.

История появления и принцип работы

А началось все во времена СССР. Государство, окруженное со всех сторон потенциальными военными противниками, содержало многочисленный военно-морской флот. Для жизнеобеспечения дизельных субмарин предприятиями ОК СССР были разработаны автономные системы обогрева.

Такая система обогрева экипажа подводных лодок должна была отвечать таким требованиям, как: простота, надежность, независимость от вытяжки, отсутствие движущих частей и шумов при работе, достаточная мощность в условиях суровых условий Северного Ледовитого Океана, заменяемый и доступный теплоноситель.

Задача была выполнена успешно и эффективно использовалась вплоть до развала социалистического государства. В 90-х годах оборонные предприятия страны оказались не у дел. Настали сложные времена. Чтобы выжить потребителям была представлена гражданская версия электродного обогревателя. Получили патент на это изобретение инженеры Кунков Д.Н. и Ильин А.П.

Отличие от ТЭНа

Принцип работы был элементарен — использовалось внутреннее сопротивление теплоносителя: вместо металлического нагревательного элемента — соленая вода. Под воздействием электрического тока молекулы теплоносителя, сталкиваясь друг с другом, нагреваются, электрическая энергия преобразовывается в тепловую. Для стабильной работы необходим переменный ток 50-60 Гц (амплитуда колебаний), иначе он начинает работать, как аккумулятор.

Затем был разработан простой прибор, с одним электродом. К нему подключили фазу, а к металлическому корпусу – ноль. В ёмкости находится теплоноситель. Для безопасности корпус заземлён.

Получается следующее: ток с амплитудой 50 Гц проходит через соленую воду, которая за незначительное время нагревается, из-за разности температур и создаваемого установкой давления теплоноситель циркулирует по замкнутой тепловой системе — все просто.

Характеристики: преимущества и недостатки

Конструкция проста и элементарна, однако имеет ряд уникальных свойств:

• небольшие габариты установки, при значительной мощности оборудования;
• самостоятельно создает давление в системе, что даёт возможность его использовать без нагнетательных насосов;
• полностью антиаварийная система — перегрев не возможен, стабильность работы не зависит от уровня теплоносителя;
• удобство регулирования температуры — автоматика сделает все сама: температурные датчики сработают, когда это нужно;
• перепады напряжения в сети питания не влияют на работоспособность и безопасность системы – она будет меньше или больше вырабатывать энергии;
• высочайший КПД – максимальный из всех существующих отопительных приборов;
• отсутствие негативных для жизни и здоровья излучений;
• легко встроить в отопление, как дополнительный или резервный источник.

Может выглядеть так

Чтобы быть объективными, рассмотрим минусы:

• работает только от переменного тока, поскольку постоянный вызывает электролиз;
• требуется следить за состоянием электролита (соленой воды) — дистиллированная не допустима, поскольку это универсальный проводник, а для работы требуется конкретное сопротивление;
• при отсутствии заземления эксплуатировать установку запрещено — опасно для жизни;
• любое сопротивление (резистор) по мере увеличения температуры снижает свое номинальное значение, а как следствие при нагреве до 75 °С котел значительно теряет мощность, однако сила тока возрастает;
• требует периодической очистки рабочих элементов, поскольку начинают происходить потери из-за накипи на электроде(ах);
• раз в 2-3 года требуется замена электрода(ов);
• при разветвленной отопительной сети необходим нагнетательный насос;
• недостаточный уровень воды в системе отопления критичен, поскольку вода с примесями солей разъедает металл;
• сложность физиологической настройки сопротивления воды — без специалиста это выполнить очень сложно;
• для обслуживания контура требуются особые знания, навыки, специальное оборудование.

Устройство и технические характеристики

Рассмотренный принцип работы электрокотла дает первое представление о конструкции. Хоть этому оборудованию уже около ста лет, принципиальная схема не изменилась. И внешне, с момента постановки на обогрев частных жилых домов, осталось прежним. Только некоторые производители внесли незначительные изменения в компоновку деталей.

Характеристики одно- и двухфазного котла

Внешне – это цилиндр размерами 30-50 мм в диаметре с утолщением у основания, в котором располагается коммутационный блок. Немного выше него вварен патрубок на ½ или ¾ дюйма, для ввода в аппарат теплоносителя – контурная «обратка». Сверху основного цилиндра впаян патрубок входа в тепловой контур, иногда он сбоку, рядом с «обраткой».

Внутри цилиндрического корпуса, не соприкасаясь с его стенками, расположен электрод. Он один, если прибор работает от электросети напряжением 220 В, или три, если это промышленный образец, которому требуется трехфазное подключение 380 В. Эти отличия указывают на разную мощность. Эффективность зависит от количества потребляемой энергии. Прибор с трёхфазным подключением отапливает площадь около 1000 квадратных метров.

Электроды закреплены в нижней утолщенной части корпуса (коммутирующем блоке), он разборный, с надежной электрической изоляцией от пробоев током. Обычно – это полиамид.

Схема устройства

Общие размеры котла в зависимости от мощности несколько отличаются, но составляют около 30 см в длину и 4 см в ширину, массой 15 кг, мощность варьируется от 2 до 50 кВт. Энергопотребление однофазных не превышает 6 кВт, трехфазных 50 кВт. Рабочая температура 75 °С – при ней прибор функционирует эффективно.

Каждая установка дополнительно оснащена электромеханическим управлением — эти блоки отличаются, как по размерам, так и по функциям.

Электромеханические блоки нужны для управления электродным котлом. Также установлены термические датчики: на входе и выходе контура. Они обрабатывают снимаемые показатели, высчитывают разницу температур и управляют питанием прибора (вкл., выкл.). Кроме основных опций, у дорогих вариаций есть более «навороченные» функции, например, определение величин гистерезиса и т.п.

Простая конструкция своими руками

Из общего описания котла понятно, что его механическая составляющая элементарна и не так сложна, большее замешательство, связано с электромеханическим управлением. Но все по порядку.

Чтобы собрать этот чудо-прибор понадобятся инструменты и материалы:

• отрезок трубы 1½-2 дюйма, длиной 30-50 см.;
• два небольших ½ дюймовых отрезка трубы для патрубков;
• медные провода сечением не менее 3 мм²;
• электрод (стальной стержень) диаметром 1-1,5 см.;
• металлический тройник;
• муфта;
• сварочный аппарат, если элементы будут привариваться;
• метчик и лерка для нарезания резьбы;
• резиновые прокладки, фум лента.

Из трубы своими руками

Приступая к работе повторите три простых требования к сооружаемой самодельной системе:

1. Фаза на электрод, ноль – на корпус.
2. Без заземления включать установку запрещено.
3. Подключать только через автомат (около 40 А), поскольку по мере нагревания сила тока увеличивается.

Порядок сборки котла следующий:

• подготовленный ранее отрезок трубы длинной 30-50 см будет служить корпусом;
• корпус не должен содержать дефектов, сколов, края следует тщательно зачистить;
• с одного края корпуса помещается электрод, с другого – муфта для подключения к тепловому контуру.

Для установки электродного стержня нужен стальной тройник, через него подключается обратка.

• Электрод подсоединяется через прокладку, которая изолирует от электричества и герметизирует корпус котла.

Для изолирующего слоя используют пластик высокого качества с термоустойчивым свойством.

• К трубе-корпусу, сварочным аппаратом, приваривается два болта для крепления клемм заземления и нуля.

Можно приварить один болт. Он будет совмещать нулевой выход и заземление.

• Готовый ионный котёл нужно покрасить, для сохранения металла от коррозии и для уменьшения риска пробоя током.

После сборки и покраски котла, можно приступить к его врезке в систему.

Особенности монтажа

Для монтажа энергосберегающего котла необходимо установить предохранительный клапан, манометр и автоматический воздухоотвод. Горизонтальное положение оборудования недопустимо, устанавливать только вертикально, без смещений.

Врезка в тепловой контур производится так, чтобы нулевая клемма была снизу. Провода, подключаемые к котлу должны быть сечением не менее 4 мм². Подключать только через автоматы, по всем правилам ПУЭ.

Для установки в новую магистраль, обрабатывают ингибиторами только бывший в эксплуатации котёл. Следуйте рекомендациям по использованию чистящих средств. Игнорирование этого пункта повлечёт появление трудностей при установке омических показателей жидкости в системе.

Для отопления важен выбор радиаторов. Чугунные образцы не допустимы, поскольку они склонны к повышенному образованию накипи и другим загрязнениям. Радиаторные батареи лучше подбирать небольшие, из легких материалов (алюминий), с таким расчетом, чтобы 1 кВт энергии приходился на 8 литров.

Параллельное подключение – усиление мощности

При выборе батарей предпочтительно остановиться на алюминиевых конструкциях первичного типа, поскольку в них значительно меньше примесей – это будет снижать общее сопротивление.

Производители и средняя стоимость

На рынке большое разнообразие электрических котлов. Их них популярны отопительные приборы, изготовленные фирмами:

• ЗАО «Галан» – Россия;
• ООО «Stafor_eko» – Латвия;
• ООО «ЭОУ» – Украина.

Котлы и сопутствующее оборудование (электромеханика) к ним, продаются отдельно. Цена бытовых изделий для электросетей 220 В, мощностью от 2 до 6 Вт определяется суммой около 4-6 тыс. рублей. Автоматика же стоит примерно столько же – 6-7 тыс рублей.

При покупке обратите внимание на гарантийный и сервисный срок. Обычно он не превышает 3 года, исходя из этого, можно быть уверенным, что котел прослужит никак не меньше этого времени. Однако, если проводить техническое обслуживание оборудования, и один раз в два года менять электроды и прокладки, можно увеличить срок службы до 10-12 лет.

Небольшое заключение

Ионные котлы удобны и практичны. Их малый вес, значительная мощность и доступная цена – главные преимущества. Даже, если требуется обогрев большей площади или тепловая магистраль сильно разветвлена, можно установить несколько котлов для каждого ответвления.

Стоит ли использовать электродные котлы для отопления частного дома

Если с распространенными ТЭНовыми моделями электрокотлов все предельно ясно, то понимание принципа работы, преимуществ и недостатков электродных котлов отопления присутствует далеко не у всех. Связано это с завышенными заявлениями маркетологов, утверждающих о невероятной экономии и, наоборот, с отзывами владельцев, убедившихся, что это не совсем так.

На деле же электродные котлы – это обычные электрокотлы, несколько отличающиеся принципом действия, компактными размерами и более низкой стоимостью. Но стоит ли использовать именно их для отопления частного дома и насколько правдивы все существующие мнения, выясним, разобрав принцип работы и отличия от стандартных ТЭНовых электрокотлов.

Читайте в статье

Что из себя представляют электродные котлы отопления

Электродные котлы отличаются компактными размерами, маломощные однофазные модели едва превышают диаметр магистралей отопительной системы и не требуют места вокруг себя, поэтому могут быть установлены абсолютно в любом месте. Но стоит учитывать, что они представляют из себя всего лишь теплообменник, в отличие от ТЭНовых моделей в моноблочном корпусе требуют отдельной покупки расширительного бака, циркуляционного насоса, группы безопасности и прочих элементов отопительной системы.

Устройство и принцип работы

Действие котлов основано на прямом нагреве посредством электролиза. В корпусе на определенном расстоянии друг от друга расположены электроды: катоды, притягивающие при подаче постоянного тока положительно заряженные ионы воды, и аноды, притягивающие отрицательно заряженные ионы. Но при подаче на электроды переменного тока они сменяют полярность 50 раз в секунду (стандартная частота тока 50 Гц), что вызывает постоянно движение ионов воды. За счет высокого сопротивления среды, кинетическая энергия движущихся ионов преобразовывается в тепловую и теплоноситель быстро нагревается.

В технической литературе электродные котлы также называют электрокотлами прямого нагрева, поскольку теплоноситель нагревается напрямую, посредством прохождения через него тока, а не через нагрев ТЭНа, который потом нагревает воду.

С одной стороны такой принцип нагрева не подразумевает образование накипи и КПД ионных электрокотлов остается неизменным на протяжении всей службы, в то время как КПД ТЭНовых моделей за счет образования накипи при использовании в качестве теплоносителя жесткой воды со временем снижается до 90 или даже 80% (от изначальных 99%). С другой же стороны воздействие электрического тока усиливает процесс коррозии всех металлических элементов водяного контура отопительной системы.

Для работы электродных котлов необходим недистилированный и нефильтрованный теплоноситель, который будет выполнять роль электролита. Это может быть обычная водопроводная вода, пропиленгликоль или этиленгликоль. Практически все производители ионных электрокотлов выпускают собственные теплоносители и рекомендуют использовать именно их (тут часто бывает и подвох, т.к. при использовании иного теплоносителя слетает гарантия, это прописано в паспорте большинства моделей).

Использование в качестве теплоносителя дистилированной воды, антифриза или масла недопустимо.

Стоит ли их использовать для отопления частного дома: разбираем известные утверждения и заблуждения

• Электродный котел гораздо проще и дешевле в монтаже, поскольку нет необходимости в организации дымохода и вентиляции. Кроме того, его установка не требует согласования.

Это действительно так, однако любой электрокотел не требует отдельного помещения под котельную, особого покрытия стен, организации дымохода, приточной и вытяжной вентиляции. Процесс организации системы отопления с котлом ионного типа действительно более простой, но не настолько как при использовании ТЭНовых аналогов, которые уже имеют в своем корпусе все необходимые узлы системы отопления (достаточно подключить лишь подачу и обратку).

Еще один пример полноценной системы отопления с недорогим электродным котлом.

Касательно согласования, то все зависит от мощности. Любые электрокотлы мощностью более 10 кВт требуют обязательного согласования со службами Энергонадзора. Также важно понимать, что любые электрокотлы мощностью свыше 6 кВт необходимо подключать к трехфазной электросети.

• Электродные котлы имеют более высокий КПД, они экономичны и потребляют на 30-50% меньше электроэнергии.

КПД всех современных электрокотлов более 99%, поэтому подобные заявления это всего лишь маркетинговый прием или сравнение с крайне старыми моделями, которых уже как минимум несколько лет нет в продаже.

Однако в заявлении есть и доля истины, поскольку из-за образования накипи при использовании в качестве теплоносителя жесткой воды КПД ТЭНовых моделей со временем снижается до 90 или 80%: для подогрева теплоносителя через слой накипи необходимо больше времени и энергозатрат. КПД ионных котлов остается стабильным на протяжении долгого времени.

Также на экономичность серьезно влияет функциональность автоматики. Автоматика ионных моделей более простая и уступает ТЭНовым, где в моделях среднего ценового сегмента и выше присутствуют энергосберегающие ночные режимы, возможность программирования режима работы на неделю вперед и т.д. Решить проблему можно с помощью комнатного терморегулятора стоимостью 2 000-4 000 тыс. руб., но опять таки, это дополнительные расходы, нивелирующие основное преимущество электродных котлов – низкую стоимость.

Настенный комнатный терморегулятор для электрического котла.

• Надежность и срок службы электродных моделей выше.

При грамотной, соответствующей требованиям, эксплуатации это от части так, поскольку электродные котлы имеют максимально простое устройство и какая-либо неисправность в первые 12-15 лет эксплуатации – редкость.

В то же время, единственной уязвимой деталью ТЭНовых моделей является сам нагревательный элемент – ТЭН. При использовании некачественного теплоносителя он подлежит замене спустя 3-5 лет, при использовании подготовленного, очищенного и умягченного теплоносителя – до 8-10 лет.

• Электрические котлы ионного типа более безопасны.

При аварийной ситуации это действительно так и обосновывается принципом работы, поскольку при утечке теплоносителя или отключении электроэнергии, электроды попросту перестанут работать. При подаче питания они снова возобновляют работу без вмешательства человека. ТЭНовые модели при отсутствии защиты от перегрева не перестанут работать при утечке теплоносителя, что приведет к разрушению.

Но дело в том, что сегодня даже многие бюджетные ТЭНовые электрокотлы имеют защиту от перегрева, режим предотвращения замерзания, защиту от блокировки циркуляционного насоса. Поэтому это крайне спорное утверждение.

Эффективность и критерии выбора энергосберегающих электрокотлов отопления

Большинство электродных моделей стоят в пределах 4-9 тыс. рублей, в то время как стоимость ТЭНовых – от 19 до 29 тыс. за наиболее распространенные модели среднего ценового сегмента.

Низкая цена котлов ионного типа действительно является весомым преимуществом, но часто переоценивается покупателем. Стоит учитывать, что для организации системы придется отдельно докупать расширительный бак, группу безопасности, циркуляционный насос и прочие узлы, уже имеющиеся в корпусе моделей с трубчатым электронагревателем. А это еще 5-10 тыс. руб., для достижения большего комфорта и экономии также необходим функциональный электронный терморегулятор – еще 2-4 тыс. руб.

Сложности при эксплуатации

Подводя итог: если вы не готовы к дополнительным работам по монтажу и особенностям экусплуатции электродных котлов, лучше доплатить 20-30% стоимости и выбрать ТЭНовый электрокотел, что мы и рекомендуем сделать. На сегодня они занимают около 90% рынка электрокотлов. Но при грамотном подходе имеет место быть и выбор в пользу котлов ионного типа, преимущества и недостатки которых подытожены ниже.

Отзывы о бытовых электрокотлах ионного типа: преимущества и недостатки

Преимущества

Недостатки

Стабильно высокий КПД на протяжении длительного времени Все элементы отопительной системы необходимо докупать отдельно Низкая стоимость, на 20-30% ниже с учетом всех необходимых для организации системы отопления элементов и на 50-60% ниже при сравнении сами котлов Посредственная автоматика, уступающая по функционалу ТЭНовым моделям среднего ценового сегмента и выше Отсутствие любых неисправностей в виду максимально простого и надежного устройства Дополнительные трудности в эксплуатации: выбор теплоносителя и необходимость в его регулярной смене, ограниченный выбор радиаторов отопления, необходимость надежного заземления Простота монтажа Использование исключительно в системах отопления закрытого типа Самые компактные размеры Более быстрый на 30-40% нагрев теплоносителя

Лучшие известные производители и модели: характеристики и цены

Галан

Наиболее распространенный российский производитель электродных котлов. Имеет самый широкий модельный ряд и варианты мощности: от маломощных 2-3 кВт-ных моделей для обогрева небольших помещений до мощных 36 кВт-ных ионных котлов. Электрокотлы отличаются одними из наиболее бюджетных ценами быстрым нагревом, бесшумной работой. Из недостатков – ступенчатая регулировка мощности и дорогой, рекомендуемый производителем, теплоноситель (около 2 200 рублей за 20 л).

Модельный ряд представлен не только компактными «Очаг», «Гейзер» и «Вулкан», но и моноблочными «Галакс», в корпус которых уже установлены расширительный бак, циркуляционный насос, предохранительный клапан, воздухоотводчик и манометр.

Стоимость: 4 000-13 000 руб. за компактные и 29 000-30 000 за моноблочные модели.

Еще один российский производитель, аббревиатура расшифровывается как «Энергосберегающие отопительные установки».

Модельный ряд представлен электрокотлами мощностью от 1 до 36 кВт. Электродные ЭОУ отличаются долговечностью (заявленный производителем срок службы и вовсе 30 лет) и функционированием от обычной водопроводной воды. Недостатками являются посредственная автоматика, более высокие цены и посредственная доступность, поскольку производитель представлен в самой малой части магазинов рынка отопительного оборудования.

Стоимость: 4 600-15 000 руб.

Beril

Известный латвийский производитель SIA “BERIL”. Несмотря на более высокую стоимость, электродные котлы Beril являются одними из лучших для отопления частного дома, поскольку отличаются высокой надежностью, качеством сборки и главное – многофункциональной экономичной автоматикой. Имеется плавная поградусная регулировка мощности, несколько экономичных режимов работы, возможность подключения внешних датчиков температуры или GSM-модуля, статистика потребления электроэнергии.

Также имеются характерные ТЭНовым моделям защита от перегрева и режим предотвращения замерзания.

Стоимость: 4 450-25 000 руб.

Котерм

Еще один российский производитель отопительного оборудования. Наиболее удачной моделью считается Котерм «Дачник М», отличающейся максимально компактными размерами, качеством сборки и надежностью, быстрым нагревом теплоносителя. Известные недостатки – это посредственная автоматика со всего лишь 3-х ступенчатой регулировкой мощности и ограниченным функционалом, а также необходимость использования исключительно фирменного теплоносителя Котерм Эко.

Стоимость: 8 800-11 000 руб.