Обогрев дома электрическим котлом

Вступление

Если вам знакомо устройство электрочайника, то вам будет понятно, почему обогрев дома электрическим котлом называют самым простым способом отопления. Принцип работы электрического котла, очень похож на нагревание воды в чайнике. Источником тепла является ТЭН, который нагревается при прохождении по нему электрического тока. Возникает вопрос, если это так, почему электрокотлы не используются повсеместно и зачем выпускают котлы на других видах топлива. Ответим на этот вопрос в этой статье.

Об электрических котлах и доступности электричества

Итак, электрический котел. Для обогрева среднего дома 100 кв. метров, требуется электрокотёл мощностью 10 кВт (о расчете мощности ниже). Простой расчет из курса физики, дает, что при напряжении питания 220 Вольт, токовая нагрузка сети для питания одного такого котла, составит 45 Ампер. Если к 10 кВт прибавить 10 кВт нужных для работы другого электрооборудования и освещения в доме, то получаем мощность, которую нужно запрашивать для подключения 20 кВт.

Отсюда первая проблема использовать электрический котел для отопления: не везде такие мощности доступны для подключения.

Важно! Перед покупкой электрического котла отопления нужно согласовать его мощность и возможность подключения в надзорных органах (Энергонадзоре) вашего района. Возможно, потребуется проект монтажа котла.

Принцип работы электрического котла

Несомненным плюсом электрокотла, является простота его конструкции. Опять напрашивается сравнение котла с чайником. Нагрев жидкого теплоносителя, происходит в баке котла при помощи одного или нескольких ТЭНов. Жидкость, нагретая в баке котла до температуры почти 100 градусов, либо естественно, либо принудительно циркулирует в системе отопления. Бак котла изготовлен из нержавеющей стали.

Довершает удобство, выпуск одноконтурных и двухконтурных котлов. Одноконтурный котел служит только для обогрева дома, а двухконтурный котел имеет два теплообменника и два независимых контура отопления. Один контур обеспечивает горячее водоснабжение (ГВС) в доме, а второй контур – отопление.

Конечно, современные котлы снабжены умным управлением, которое позволяет включать и выключать котел по мере надобности, регулировать температуру нагрева, что значительно экономит электроэнергию.

Отсюда первый плюс электрокотла. Отсутствие сложных технических элементов в котле, делаю его самым надежным и дешевым в обслуживании котлом отопления. Кстати, установка и запуск электрокотла, тоже, простые и доступны своими руками.

Электропитание электрического котла

Выше я упомянул, что для Энергонадзора может понадобиться проект монтажа котла. Это нужно для электробезопасности. Мощность и токи котла большие, отсюда повышенная опасность возгораний от неправильно выполненной электропроводки.

Для подключения электропитания котла нужна отдельная проводка, правильно называемая группа, имеющая заземление. В продаже есть котлы однофазные, они питаются от сети 220 Вольт, а трехфазные питаются от сети 380 Вольт. Трехфазные устройства обладают большей мощностью.

Чтобы рассчитать сечение жил питающего кабеля, воспользуемся практичной формулой электрика: на 5 кВт мощности, берем 1 кв. мм сечения медного провода в кабеле. То есть: Для котлов мощностью до 7,5 кВт, нужен медный кабель сечениями жил 2,5 мм. Для котлов от 7,5 до 20 кВт нужен кабель с жилами 4 мм. Для колов 20-30 кВт нужен кабель 6 мм.

Примечание! Сечение жил электрических кабелей не обозначается в мм, а обозначается в кв. миллиметрах. Маркировка кабеля ВВГнг 3×2,5, означает, что кабель в двойной виниловой изоляции с тремя жилами сечение каждой жилы 2,5 кв.мм.

Для более точного расчета сечения кабеля используем такую таблицу из ПУЭ,7 (правили устройства электроустановок изд.7).

В некоторых котлах предусмотрена ступенчатая регулировка мощности. Это позволяет экономить электроэнергию, переключая котел с предельной мощности. Регулировка мощности котла осуществляется либо автоматически, либо в ручном режиме. Электрические котлы оснащены термометрами, манометрами, термостатами.

Исполнение электрокотлов

Конечно, современный электрокотел это не чайник и он наполнен различным дополнительным оборудованием. Есть котлы, в которых установлена автоматическая защита от перегрузки. Есть оснащение встроенным ограничителем температуры. Выпускаются котлы в напольном и настенном вариантах исполнения. Всё это нужно читать в описаниях котла и обращать на это внимание.

Типы электрокотлов

Нужно упомянуть, что выпускаются настенный и напольные электрические котлы.

Также, кроме ТЭНовых элеткрокотлов, широкое применение нашли более эффективные котлы на электричестве: электродные и индукционные электрокотлы.

Сколько стоит обогрев дома электрокотлом

Все это была теория, мало затрагивающая кошелек. Сколько же будет стоить обогрев дома электрокотлом? Кстати, стоимость самих электрокотлов ниже по сравнению с другими котлами обогрева.

Дано: Для расчета вернемся к моему примеру выше. Дом 100 кв. метров, электрический котел 10 кВт (на 10 метров берем 1 кВт котла).

Вопрос: Сколько будет стоить отопление дома таким котлом в зимний период с октября по май.

Решение:

• Расчет 1. Считаем, что котел работает постоянно. Потребляемая мощность 10 кВт в час, в сутки 240 кВт, в месяц 7200 кВт. По ценам 2017 года, 1 кВт/час =5,38 рубля (одно тарифный Москва). Получаем за месяц при постоянной работе котла, что на практике не бывает, 38736 рублей.
• На практике, на полную мощность котле будет работать 10-14 дней за весть зимний период. В остальное зимнее время (декабрь-февраль) котел будет работать на 50 % мощности. В остальные месяцы котел будет работать на 30 % мощности.

Получаем: За весь сезон, в московских ценах котел «съест» 116190 рублей за 8 месяцев. Что в среднем составляет 14523 рубля в месяц. Вот такая математика.

Вывод

Несмотря на все плюсы электрического котла, мы видим, что стоимость отопления электрокотлом классического типа (ТЭН), большая. Газовое отопление будет дешевле, хотя рентабельность газового отопления появится на третий — четвертый год после вложения в газификацию дома.

Кроме этого возможны перебои с электроэнергией. Именно по этому, профессионалы советуют использовать электрокотел в паре с дополнительным котлом отопления, например, на твердом топливе.

Как выбрать электрический котел для отопления частного дома

Бытовые электрокотлы удобны в эксплуатации, эффективны и недороги по сравнению с газовыми либо твердотопливными агрегатами. Чтобы установить такой нагреватель, не нужно строить дымоход, оформлять разрешение, выделять место под складирование дров. Единственный серьезный минус – цена электроэнергии – нивелируется ночным тарифом. Чтобы организовать электрообогрев, остается выяснить последний вопрос – как выбрать электрический котел для отопления частного дома или квартиры.

Самый экономичный электрокотел – это миф

Электричество гораздо проще преобразовать в тепло, чем другие энергоносители – природный газ, твердое топливо, солярку. Приведем 3 простых примера побочного выделения теплоты при использовании электроэнергии:

• обмотки любого работающего электродвигателя всегда нагреваются;
• лампочка (даже светодиодная) вместе со светом выделяет тепло;
• греются даже провода, по которым течет ток.

Заметьте, перечисленное оборудование призвано выполнять свои функции, а не отапливать дом. Двигатель вращает что-либо, лампа светит, проводка снабжает их энергией. Образование излишков теплоты – побочный эффект, возникающий из-за сопротивления указанных элементов.

Спиральный и индукционный нагреватель, преобразовывающий электроэнергию в теплоту с эффективностью 99%

Чтобы преобразовать всю электрическую энергию в тепловую, достаточно создать в цепи участок высокого сопротивления, который сам не разрушится от нагрева. Такой элемент называется электронагревателем. Второй (более сложный) способ получить тепло – создать индукционные вихревые токи Фуко, нагревающие металлический предмет в зоне действия катушки-индуктора.

Важный момент. Независимо от способа преобразования, 98–99% электричества превратится в теплоту. То есть, любой электроотопительный прибор работает с КПД 98–99%, не меньше. Это значит, что самый экономичный электрический котел не существует, все агрегаты одинаково эффективны. Что бы ни утверждали продавцы бытовой техники.

Подбор теплогенератора по мощности

Чтобы подобрать мощность электрокотла, первым делом посчитайте тепловые потери своего дома. Приближенный способ расчета вы наверняка знаете: для обогрева 100 квадратных метров площади здания берется отопительный агрегат производительностью 10 кВт, на 200 м² – 20 кВт и так далее. Если хотите получить более вменяемый результат, воспользуйтесь нашими расчетными методиками.

Очень приближенный метод расчета – площадь всех помещений делим на 10, получаем теплопотери в киловаттах

Теперь определим задачи, которые должен решать электрический котел (выбираем нужный пункт списка):

• круглосуточное отопление квартиры, дачи, загородного дома;
• то же, с подогревом воды для хозяйственно-бытовых нужд;
• работа в ночное время по дешевому тарифу;
• дежурный обогрев – поддержание температуры воздуха +5…10 °C.

Примечание. Ночное отопление дома электрическим котлом можно совместить с нагревом теплоаккумулятора. В 7.00 агрегат отключается, дальше водяная система получает тепло, накопленное в буферной емкости. 2 условия: выделенный лимит расхода электроэнергии должен составлять 15…20 кВт + мощный электрокотел.

Полноценное отопление электричеством обходится недешево и применяется по необходимости. Более выгодный вариант – ночной обогрев с 23.00 вечера до 7.00 утра, когда стоимость энергии вдвое меньше. Дежурный режим используется на строящихся объектах или дачах, где хозяева проводят 2–3 дня еженедельно.

Выбираем мощность электроотопительного котла в зависимости от поставленных задач:

1. Для круглосуточной работы агрегат подбирается с запасом 10…20%. То есть, цифра теплопотерь умножается на коэффициент 1.1–1.2. Например, дом площадью 60 квадратов теряет 4 кВт, производительность электрокотла составит 4 х 1.2 = 4.8 кВт.
2. Под горячее водоснабжение (ГВС) мощность агрегата следует увеличить на 50%. То есть, цифру 4 кВт из примера умножать на коэффициент 1.5 (получим 6 Квт).

Для получения горячей воды одноконтурный электрокотел принято подключать к бойлеру косвенного нагрева через трехходовой клапан. Последний переключает теплоноситель между баком и системой отопления

Электронагревательный аппарат для ночного отопления можно брать без запаса мощности, если утром его заменяет газовый либо твердотопливный котел. Снижение температуры до 18–19 °C во время сна не доставит особого дискомфорта, зато сэкономит деньги.

Мощность электрокотла, поддерживающего плюсовую температуру в здании, берем с понижающим коэффициентом 0.6–0.7 (минус 30–40%) от количества теплопотерь.

Совет. Для организации ГВС не нужно искать двухконтурный котел. Обычно реализуется 2 варианта: устанавливается отдельный электрический водонагреватель или мощный теплогенератор плюс бойлер косвенного нагрева.

Производительность отопителя для ночной «зарядки» теплоаккумулятора зависит от объема бака и считается индивидуально. Подбор электрокотла в стандартных условиях описывается в видеоролике:

3 вида электроотопительных агрегатов

Следующий шаг – выбор типа котла. Есть 3 разновидности электрических водогрейных аппаратов, отличающиеся принципом работы:

• теплогенераторы с трубчатыми нагревательными элементами (ТЭНами);
• электродные;
• индукционные.

Делить электроустановки на виды по другим признакам бессмысленно. Например, напряжение питания – 220 либо 380 вольт – зависит от мощности агрегата, а не способа подогрева воды. Обычно нагреватели до 6 кВт подключаются к однофазной сети 220 В, 7 киловатт и больше – к трехфазной (380 вольт).

Комплектация и автоматика управления тоже бывает разной, данный вопрос предлагается рассмотреть в конце публикации. Сначала разберем преимущества и недостатки 3 видов электрокотлов.

Плюсы и минусы ТЭНовых котлов

ТЭН – это и есть участок электрической цепи с высоким сопротивлением. Представляет собой медную трубку (прямую либо изогнутую), внутрь заделана нагревательная спираль из жаропрочного хромоникелевого сплава. Изолятором между наружной медной стенкой и спиралью выступает керамическая засыпка.

Устройство трубчатого электронагревателя, применяемого в отопительных котлах

Кратко перечислим составные элементы любого электрического котла (не только ТЭНового):

• нагревательный блок, в данном случае – герметичная емкость с ТЭНами внутри;
• управляющая автоматика – термостат, датчики температуры, исполнительный элемент;
• корпус с рукоятками/кнопками управления.

Справка. Исполнительный элемент подает либо прерывает электропитание нагревателей по команде термостата. Бывает 2 типов – механический и электронный. В первом случае цепь разрывает пускатель или контактор, издающий громкие щелчки. Во втором случае питанием управляет блок симисторов, работающий бесшумно.

Алгоритм работы электрического котла мало отличается от других обогревательных приборов. Теплоноситель нагрелся до установленной температуры – ТЭН отключился, вода начала остывать – включился. Если в емкости стоит 2…4 нагревателя, то блок управления их включает поочередно, реализован так называемый ступенчатый нагрев.

Конструкция простейшего водогрейного электрокотла

Перечислим преимущества электрических ТЭНовых котлов:

• тепловая производительность агрегата не зависит от внешних факторов, меняется только по команде блока управления;
• нагревательная спираль надежно изолирована от контакта с теплоносителем, теплогенератор одинаково хорошо работает с обычной водой или незамерзающей жидкостью;
• выход из строя 1 нагревателя из группы не означает остановку нагрева, просто снизится мощность;
• заменить перегоревший ТЭН несложно и недорого;
• надежность ТЭНовых агрегатов проверена многолетней практикой.

Электрические котлы с трубчатыми нагревателями лишены серьезных недостатков. Отметим 3 второстепенных минуса:

1. Поскольку нихромовая спираль окружена керамической засыпкой, передача тепла медному корпусу происходит немного дольше, чем у других электрокотлов.
2. При использовании жесткой воды медная трубка снаружи покрывается слоем отложений. Теплообмен затрудняется, повышается температура поверхности, срок службы спирали сокращается.
3. Если отбор тепла прекращается, спираль ТЭНа перегорает. То есть, нагреватель не терпит «сухого хода», случайное включение без воды гарантированно приведет к поломке.

По цене котел электрический с ТЭНами занимает среднюю позицию между индукционными и электродными «собратьями». На ценообразование сильно влияет комплектация. Например, польская настенная мини-котельная Kospel EKCO.LN2-6 (6 кВт) с насосом и расширительным бачком стоит около 600 у. е., а простой агрегат без наворотов Heatman Light 6/220 – всего 100 у. е.

Во многих настенных котлах плоский расширительный бачок прячется на задней панели агрегата

Преимущества электродных нагревателей

В целом устройство электродного котла повторяет конструкцию аппарата с ТЭНами. Отличается только силовой блок – цилиндрическая камера с электродом (или несколькими) внутри. Секция нагрева отделена от шкафа управления, устанавливаемого рядом на стене. Повышенное сопротивление в цепи создает сама вода, точнее, ее прослойка между внутренним электродом и металлическим корпусом.

Пояснение. Электрокотел работает по принципу кипятильника, сделанного из 2 железных пластин. Протекающая меж ними вода служит проводником, электрический заряд переносят ионы – заряженные частицы солей магния и кальция. Выделяющееся тепло нагревает воду. Отсюда второе название котла – ионный.

Плюсы электродных котлов:

• нагревательный блок состоит буквально из 2 железок, ломаться в нем нечему даже при отсутствии воды либо перегреве;
• перепады напряжения силовому блоку нестрашны, может пострадать лишь чувствительная автоматика (при наличии);
• большое содержание солей – жесткость воды – только увеличивает скорость нагрева, накипь незначительно уменьшает мощность аппарата;
• отопительные агрегаты определенных моделей могут использоваться в самотечных системах отопления;
• компактность.

Для сравнения приведем стоимость 6-киловаттного нагревателя известного бренда «Галан», с комплектом автоматики котел обойдется в 155 у. е. По данным производителя, расход электроэнергии теплогенератором 6 кВт составит приблизительно 950 кВт в месяц. Если возникнет необходимость нарастить мощность, достаточно купить второй силовой блок и установить в каскаде с первым.

Электрические ионные котлы заработали немало отрицательных отзывов домовладельцев на форумах. Причина – существенные недостатки водогрейных аппаратов:

1. В процессе нагрева идет химическая реакция электролиза, соли магния и кальция разлагаются, из-за чего мощность котла заметно снижается.
2. Опять же, производительность агрегата – величина переменная. Зависит от концентрации солей, температуры воды и напряжения в сети.
3. С обычными антифризами для отопления электродный котел «не дружит», придется покупать специальную жидкость. По понятным причинам, обессоленную или дистиллированную воду использовать нельзя.
4. При реакции электролиза выделяется смесь различных газов, иногда – горючая. Отмечены случаи завоздушивания закрытых систем отопления.
5. Силовой блок работает на полную мощность в режиме старт/стоп. Чтобы организовать ступенчатое регулирование, нужна дорогостоящая автоматика.

Личный отзыв автора статьи. Отапливаю дом 100 м² электродным котлом, таймер включает нагрев только ночью. Теплоноситель – водопроводная вода, без добавок. Из-за разложения солей ее приходится менять 1 раз в полтора месяца, иначе мощность электрокотла падает примерно на 50%. Подсаливать по инструкции опасаюсь, поскольку система смонтирована из стальных труб, предусмотрен самотек.

Особенности индукционных аппаратов

Этот электрокотел тоже разделен на 2 части – нагревательный блок и шкаф управления со стандартной автоматикой. Секция нагрева – это запаянный цилиндрический корпус, внутри располагается многовитковая индукционная катушка-индуктор и полый металлический сердечник. Упрощенно – труба, внутри которой движется теплоноситель. Как работает электрический индукционный котел:

1. После включения аппарата контактор замыкает силовую цепь по команде автоматики. На катушку подается напряжение 220 либо 380 вольт.
2. Индуктор создает вокруг сердечника вихревые токи высокой плотности, отчего металлическая труба нагревается. Тепло передается протекающей внутри воде.
3. Нагревательный элемент работает в режиме on/off на полной мощности, пока датчик не зафиксирует достижение выставленной пользователем температуры. Потом автоматика отключает нагрев и так далее.

Примечание. Индуктор электрокотла всегда включается на максимальную мощность, ступенчатая регулировка отсутствует.

Вихревые электронагреватели – относительно новый вид котлов отопления. Аппараты не успели заслужить себе определенную репутацию, поскольку отапливают частные дома не более 10 лет. О надежности судить рано, поэтому укажем очевидные особенности индукционных теплогенераторов:

• при отсутствии воды или остановке циркуляции силовой блок выходит из строя;
• неразборной заваренный корпус предполагает полную замену нагревательной секции в случае поломки (например, межвиткового замыкания внутри катушки);
• агрегат довольно тяжелый, блок нагрева 5 кВт весит около 24 кг, 20 кВт – 76 кг;
• нет ступенчатого нагрева – появляются скачки напряжения в домовой электросети при включении котла.

Отдельный вопрос – цена вихревых нагревателей. Отопительный котел электрический мощностью 5 кВт в минимальной комплектации стоит около 450 у. е., что несравнимо дороже конкурентов. Не слишком лестное мнение об индукционных отопителях высказывает эксперт на видео:

Комплектация отопительных агрегатов

Мы уже перечисляли элементы любого электрокотла в базовой, самой дешевой комплектации. Это нагревательный блок, терморегулятор, автоматика с исполнительным механизмом, органы управления и датчик температуры.

Важный нюанс. В бюджетных версиях котлов исполнительным элементом выступает магнитный пускатель. Он громко щелкает в момент включения нагрева, звук хорошо слышен в комнатах, прилегающих к котельной.

В расширенной комплектации производители снабжают электрокотлы следующим оборудованием:

• малошумный модульный контактор вместо магнитного пускателя;
• циркуляционный насос;
• мембранный расширительный бак для закрытой отопительной системы;
• датчики перегрева и давления теплоносителя;
• группа безопасности – автоматический воздухоотводчик, предохранительный клапан;
• датчик циркуляции – для индукционных теплогенераторов;
• погодная автоматика;
• ЖК-дисплей, программатор, GSM модуль дистанционного управления со смартфона.

Естественно, «жирная» комплектация электрического котла обойдется гораздо дороже «бедной». С другой стороны, расширительный бачок, насос и группу безопасности все равно придется покупать. Гораздо удобнее монтировать агрегат, когда указанные элементы спрятаны внутри корпуса.

Какой электрокотел выбрать – рекомендации

В 90% мы советуем выбирать электрический котел с ТЭНами. Это надежные устройства, одинаково подходящие к разным системам отопления – радиаторам, теплым полам, напольным либо плинтусным конвекторам. Степень укомплектованности подбирайте исходя из условий монтажа, эксплуатации и выделенного бюджета.

Еще несколько советов:

1. В квартиру однозначно берите настенную электрическую мини-котельную, оборудованную ТЭНами, собственным насосом и баком.
2. Если электрокотел должен работать в паре с твердотопливным или газовым агрегатом, лучше подобрать модель без встроенного насоса и расширительного бака. Указанное оборудование подключается отдельно – бачок работает на всю систему, насос управляется комнатным терморегулятором, как показано на схеме.

Циркуляционным насосом удобнее управлять, когда он стоит отдельно от котла

Устанавливайте выносной терморегулятор. Тогда котел станет ориентироваться на температуру воздуха, а не теплоносителя.

Электродный теплогенератор берите в 3 случаях: ограниченный бюджет, слишком мало места в котельной либо подключение к гравитационной отопительной разводке без насоса.

Меньше всего проблем электродные агрегаты создают в открытых системах – образующиеся газы благополучно уходят через атмосферный расширительный бак.

Индукционный котел выбирайте по желанию и наличию средств. Но учтите: опыт эксплуатации показал, что указанный аппарат ничем не лучше ТЭНового. Особых технических проблем с индукционными отопителями не отмечено, только финансовые.

Замечание. Котел электродного типа для самотечной системы должен иметь патрубки соответствующего диаметра (минимум – Ø32 мм), подающий направлен кверху.

Для водяного теплого пола подойдет только электрический ТЭНовый котел. Индукционным и электродным агрегатам без ступенчатого нагрева сложно поддерживать низкую температуру воды в напольных контурах – 35…45 °C.

Напоследок о расходе электроэнергии

Естественное желание домовладельца – знать, сколько электричества израсходует электрический котел в период отопления частного дома. К сожалению, реальное потребление предвидеть невозможно. Показатель слишком индивидуален и зависит от ряда факторов – степени утепления, поддерживаемой внутри температуры, погоды.

Месячный расход можно посчитать приблизительно: взять 50% от расчетных теплопотерь дома, умножить на 24 часа и 30 суток. Пример: потери составляют 6 кВт, половина – 3 кВт, за сутки 3 х 24 = 72 кВт, в месяц – 72 х 30 = 2160 кВт. Почему берем ½ мощности: в течение сезона погода не всегда холодная, чем теплее на улице, тем чаще электрокотел выключается.

Пример из личного опыта. Дом 100 м² топится ночью электродным котлом 9 кВт в течение 8 часов, регион – южный. За 6 месяцев отопительного сезона электрокотел потребил 9104 кВт. Среднемесячный расход энергии – 1517 кВт, среднесуточный – 1517 / 30 = 50.6 кВт.