Отопление от электрокотла: варианты организации отопления на основе электрического котла

Если подключение загородного участка к централизованному газоснабжению невозможно по каким-либо причинам и в ближайшие годы как минимум не планируется, то для обогрева частных домов нередко используется отопление от электрокотла – решение имеет ряд преимуществ, хотя и не лишено недостатков.

Чтобы использование прибора было эффективным, важно грамотно подобрать электрооборудование и схему контура. Предлагаем разобраться в конструктивных и функциональных особенностях разных типов электрокотлов, а также оценить особенности различных вариантов подключения агрегатов к отопительной системе.

Для тех, кто планирует организовать обогрев жилья от электрического прибора, будет полезно узнать, как использовать двойной тариф с целью снижения платы за электричество.

Классификация оборудования и принцип работы

Электрокотел преобразует электрическую энергию в тепловую и в зависимости от особенностей конструкции может быть:

Независимо от вида современные модели снабжены термостатом, с помощью которого можно корректировать мощность устройства и степень нагрева теплоносителя.

Обычно есть и возможность получать сведения с внешнего датчика, чтобы контролировать температуру воздушной массы в конкретном помещении.

Устройство с нагревательным ТЭНом

Внутри емкости, предназначенной для воды, устанавливают нагревательные элементы – ТЭНы. Они могут быть выполнены в виде трубок или пластин. Чтобы регулировать степень нагрева, нагреватели включаются поочередно.

Вода поступает в бак, нагревается, затем передается на контур. По мере ее остывания или нагрева отдельные ТЭНы включаются или выключаются. Движением теплоносителя управляет встроенный циркуляционный насос.

Можно выбрать двухконтурные модели таких котлов, они подогревают воду не только для отопления, но и для водопровода. ТЭНовые устройства популярны за счет простой конструкции и относительно невысокой цены. При правильной эксплуатации они ломаются крайне редко.

Помимо воды в качестве теплоносителя применяются различные по концентрации антифризы или масляные составы. Но размеры у таких устройств обычно достаточно большие, что ограничивает возможности при выборе места для их установки. Со временем на ТЭНах оседает налет, периодически нагревательные элементы нужно заменять.

Электродный котел для отопления

Для нагрева здесь используется разница потенциалов на двух электродах и естественное сопротивление воды, возникающее благодаря растворенным в ней солям. Это компактные устройства, которые могут быстро нагревать небольшие объемы воды.

Встроенный циркуляционный насос здесь не нужен. Это простой прибор, который почти никогда не ломается. А если такое и случится, его не сложно отремонтировать. Цену на устройства этого типа можно назвать демократичной.

Но масло и антифриз для такого котла не подойдут, в качестве теплоносителя приемлема только вода, но не дистиллированная. Со временем электроды изнашиваются, растворяются в воде. Их нужно периодически заменять новыми элементами.

Прибор с индукционным нагревом

В таких котлах нагревательный элемент выполнен из диэлектрического корпуса с навитой на него катушкой и сердечником. Ток в катушке вызывает разницу потенциалов в сердечнике, который достаточно быстро нагревается. Тепловая энергия передается теплоносителю.

Это котел с высоким КПД и длительным ресурсом эксплуатации. Промышленные модели довольно дорогие, но при желании можно изготовить самодельный индукционный аналог. Подходит любой жидкий теплоноситель, а случаи поломок крайне редки.

Варианты подключения к отопительной системе

Электрокотлы используют в системах с жидким теплоносителем, который циркулирует по трубам.

Это могут быть традиционные радиаторные варианты:

• с естественным движением теплоносителя;
• с принудительной циркуляцией;
• комбинированные варианты.

Кроме того, бойлеры успешно применяют в системах водяного напольного обогрева. Подойдут они и там, где сочетают радиаторы как основной источник обогрева и ТП в качестве дополнения к нему. При устройстве отопления на базе электрического котла следует подобрать подходящую схему.

Система естественного типа

Такая система работает на использовании способности воды расширяться при нагреве. Горячий теплоноситель стремится вверх, вытесняя остывшую воду из контура. Она возвращается в теплообменник, нагревается, замещает остывшую жидкость и т.д. Электрокотел в этом случае ставят в нижней части контура.

Реализация системы с естественной циркуляцией воды по контуру требует грамотного расчета и правильного монтажа.

Понадобится значительное количество труб определенного диаметра, которые должны быть уложены с нужным уклоном. Могут возникнуть проблемы, если понадобится отрегулировать мощность прибора и изменить уровень нагрева теплоносителя.

Контур с принудительной циркуляцией

Здесь движение горячей воды по трубам обеспечивает насос, подключенный к системе. Помимо него понадобится также мембранный расширительный бак и оборудование, обеспечивающее его функционирование: манометр, запорные краны и т.п.

Электрокотел ставят внизу, затем к системе подключают расширительный бак, после чего монтируют циркуляционный насос.

Контур этого типа менее чувствителен к характеристикам труб и радиаторов, что предоставляет широкие возможности для выбора подходящих комплектующих. Именно в таких системах можно использовать антифриз. Расширяются и возможности для регулирования температуры воды в контуре.

Комбинированный вариант системы

Такой контур выполняют изначально на основании тех же принципов, что и систему с естественным движением потока теплоносителя. Поэтому котел ставят в нижней точке, чтобы обеспечить свободное перемещение теплой воды.

Но систему дополняют расширительным бачком и циркуляционным насосом, чтобы присутствовала возможность принудительного перемещения теплоносителя. Это делают для того, чтобы можно было свободно выбирать режим функционирования отопительной системы.

Комбинированный вариант сочетает преимущества обоих описанных выше систем. Для работы циркуляционного насоса, с которым качество отопления обычно значительно выше, необходима электроэнергия.

Если ее поступление по какой-то причине прерывается, движение теплоносителя в принудительной системе прекратится, а вот в комбинированной – нет.

Вода продолжит двигаться по контуру естественным образом. Для обогрева в этом случае можно использовать альтернативный источник электроэнергии или другой вид топлива. Существуют варианты, позволяющие переключать систему с электрического на твердотопливный или газовый котел.

Водяной теплый пол

Этот тип автономного отопления, популярность которого стабильно растет. Он считается более экономичным в эксплуатации, чем радиаторные системы. Отопительный контур из узкой пластиковой трубы укладывают в стяжку под напольное покрытие.

Теплоноситель можно разогревать только до 26-28°С, чтобы обеспечить дом достаточным количеством тепла. Максимально допустимая температура составляет около 50°С, но такой сильный нагрев обычно не нужен. Для водяного теплого пола хорошо подходят котлы с ТЭНом, которые позволяют широко варьировать температуру воды.

Если предполагается с помощью этого же нагревателя обеспечивать водопровод горячей водой, придется брать модель с ТЭНом. В обвязку обязательно включают бойлер косвенного нагрева, чтобы вода в контуре ГВС была теплее, чем для отопления примерно на 15°С.

В электродных устройствах нагрев составляет обычно 60°С или больше. Их можно использовать для ТП, но понадобится дополнительный монтаж узла подмеса, чтобы остудить теплоноситель до приемлемого уровня.

Гидравлическая гребенка, содержащая такой узел, в любом случае понадобится для правильной установки отопления этого типа. Контроль нагрева выполняется с помощью термодатчика, определяющего текущую температуру теплоносителя.

Существуют модули автоматического управления, позволяющие дополнительно учитывать нагрев воздуха в комнате.

Чтобы теплый пол успешно функционировал, нужен еще ряд важных элементов. Например, труба для каждого отдельного контура должна быть цельной, никакие соединения не допускаются. Нужно тщательно рассчитать длину такой конструкции, учитывая схему укладки контура ТП.

Для этого можно использовать специальные формулы, чтобы выполнить расчеты вручную. Удобно применять калькуляторы, имеющиеся на профильных сайтах. После введения информации о площади, схеме и других характеристиках ТП программа выдаст необходимые сведения.

Обычно расчетную длину трубы немного увеличивают, чтобы иметь небольшой запас. Если она кажется слишком короткой, придется просто покупать новую. Для теплого пола нужна система фильтрации, чтобы теплоноситель был достаточно чистым.

Электрокотел и двойной тариф

Одна из значимых причин использования электрокотла для отопления – возможность использования двойной тарификации за использование электроэнергии. Снижение платы в ночной период позволяет заметно сократить расходы.

Понадобится приобрести и установить двухтарифный счетчик. Стоит отметить, что двухконтурные модели оборудования с ТЭНом подают горячую воду к разборному крану с характерной заметной задержкой. В результате часть тепла теряется, что снижает эффект от экономии электричества.

Имеет смысл дополнить такую конструкцию внешним теплоаккумулятором, способным длительное время сохранять высокую температуру подогретой воды. Такое устройство вполне эффективно при использовании двухтарифного счетчика.

Вода подогревается ночью, хранится в теплом виде и используется в течение дня, расход электроэнергии в дневной период снижается, как и счета за использованное электричество.

Выводы и полезное видео по теме

Порядок монтажа электрокотла:

Хотя использование электрокотла в качестве отопительного прибора считается слишком затратным, его достоинства очевидны. Такие устройства безопасны для людей и окружающей среды, работают в автоматическом режиме, доступны и просты в эксплуатации.

Если тип системы отопления выбран правильно, а все ее компоненты профессионально смонтированы, котел будет работать длительное время без лишних расходов.

Есть опыт использования электрического котла для обогрева жилья? Или хотите задать вопросы по теме? Пожалуйста, комментируйте публикацию и участвуйте в обсуждениях. Блок обратной связи расположен ниже.

Схемы обвязки электрокотел+теплоаккумулятор

Ссылки на смежные статьи

В статье затронуты вопросы автоматизации, в частности понятия: релейная логика, управление при помощи термостатов, термин «запрос тепла». Ссылка на отдельный цикл статей, посвященный автоматизации.

Введение

Ниже описан личный опыт автора по довольно популярной в интернете теме аккумулирования «дешевой» тепловой энергии во время действия ночного тарифа с последующим её использованием в системе внутрипольного отопления. Ночью накапливаем, днем используем.

Данная тема актуальна для владельцев домов с основным и единственным источником тепла – электрокотлом, двухтарифным счётчиком и низкотемпературной системой отопления панельного типа.

Почему именно низкотемпературная система — подробно описано в статье о теплоаккумуляторах. Экономически нецелесообразно подбирать теплоаккумулятор на небольшой диапазон рабочих температур – диапазон от максимальной температуры в полностью нагретом состоянии до минимально необходимой температуры теплоносителя для работы системы отопления.

Ещё одно важное ограничение – выделенная на участок электрическая мощность. Различные ситуации можно смоделировать, используя Excel-калькулятор (все необходимые комментарии для расчёта прописаны в файле).

1. если выделенного на участок электричества хватает для отопления без теплоаккумулятора, то хватит и с ним, но не в морозы.
2. В морозы, когда теплопотери дома равны мощности котла, ни о какой экономии речи не идет – котел будет работать напрямую на систему отопления круглые сутки. Теплоаккумулятор работает в межсезонье, когда суточные теплопотери дома меньше или равны накопленной за 8 часов ночного тарифа тепловой энергии.

Расчёт сроков окупаемости производят при средней температуре за отопительный период (СНИП «Климатология» для Вашего региона).

Самостоятельно подобрать необходимый объем теплоаккумулятора, а также смоделировать время работы поможет excel-калькулятор.

Тепловые схемы

В простейшем исполнении в теплоаккумулятор монтируется ТЭН, который нагревает ТА по ночному тарифу и днем отдает тепло. В качестве ТА народные умельцы берут готовую емкость-заготовку (или изготавливают самостоятельно) соответствующего размера, вваривают патрубки для ТЭНа и подключения теплоносителя, теплоизолируют. Получается бюджетная и пригодная для эксплуатации система открытого типа – котел, теплоаккумулятор и расширительный бак – три в одном. В закрытых системах (работающих под избыточным давлением), применяют теплоаккумуляторы заводского изготовления, но суть от этого не меняется, только цена.

Минус теплоаккумулятора со встроенным ТЭНом в ситуациях, когда система истощает запас тепла в ТА в середине дня, а дом нужно продолжать греть. Греть по дневному тарифу весь объем теплоаккумулятора неприятно, получить желаемое в системе отопления тепло только спустя несколько часов ещё неприятнее.

Более продуманная, но более сложная в реализации схема – электрокотел ставится отдельно от теплоаккумулятора, благодаря трехходовым клапанам теплоноситель переключается в нужном направлении в зависимости от ситуации.

1. Пример проекта котельной электрокотел + теплоаккумулятор

Данная тепловая схема возможно не является оптимальной с точки зрения количества используемого оборудования, но тем не менее она успешно и без нареканий работает на нескольких объектах, и, поэтому, заслужила место в данной статье.

Тепловая схема котельной

Котельная работает в трех режимах:

— Электрокотел включается днем и работает напрямую на систему отопления по двум условиям – остыл теплоаккумулятор (температура теплоносителя опустилась ниже минимальной рабочей температуры) и есть запрос тепла от С.О.(комнатный термостат сообщил системе, что дом пора греть);

— Электрокотел работает ночью на нагрев ТА, при условии отсутствия запроса тепла или на систему отопления при наличии запроса тепла. При работе на нагрев ТА котел выключается при достижении верхнего предела температуры в ТА. О полностью нагретом состоянии сигнализирует термостат в нижней части ТА.

— Система отопления работает от теплоаккумулятора только при дневном тарифе, только если есть запрос тепла и только до тех пор, пока в ТА рабочая температура теплоносителя (термостат в верхней части).

Трехходовые клапаны с двухпозиционными приводами М1,М2 переключают поток теплоносителя, насос Н1 обеспечивает циркуляцию теплоносителя в заданном направлении.

трехходовой клапан с трехпозиционным приводом М3 (либо термостатический клапан TC) и насос Н2 – это классический насосно-смесительный узел системы внутрипольного отопления.

Мощность котла: По дневному тарифу котел включается на выбранное пользователем количество ступеней (от 1 до 3). По ночному тарифу котел включается на максимальную мощность (3 ступени).

Как автоматизировать? Двумя способами – релейная логика или микроконтроллер.

Релейное управление доступно каждому человеку со знанием школьного курса физики. Требуется 2 термостата с погружным датчиком – для выставления минимальной и максимальной температуры в буфере, один комнатный программируемый термостат для формирования запроса тепла, реле времени (для переключения ночной/дневной тариф), три промежуточных реле, один автоматический выключатель для удобства обслуживания, провода, щиток на 10 модулей. Всё. Этого достаточно чтобы правильно управлять нагревом и переключать потоки теплоносителя.

Электрическая схема щита управления котельной «электрокотел + теплоаккумулятор»

Комнатный термостат должен быть суточным программируемым, чтобы во время действия ночного тарифа не мешал нагревать буферную емкость. Нагревать ночью и дом и теплоаккумулятор хорошо, но выделенная на дом электрическая мощность, увы, этого сделать не позволит — что-то одно. На комнатном термостате ночная температура выставляется на 2-3 градуса ниже дневной, и, если температура упадет, электрокотел по приоритету сначала нагреет дом, и затем, насколько останется времени, будет работать на буферную емкость.

Второй способ автоматизации – использование контроллера на микропроцессорном управлении.

удаленный мониторинг всех параметров котельной, изменение параметров.

Управление трехходовым клапаном системы отопления в погодозависимом режиме, автоматическое изменение нижнего порога рабочей температуры в буфере.

Минусы: на рынке нет готовых решений для нестандартных котельных. Собрать устройство и написать программу для своей котельной придется самостоятельно, благо сейчас это популярное направление и информации в интернете достаточно. Стоимость комплектующих получится намного дешевле, чем вариант с релейной логикой.

2. Возможность подключения других источников тепловой энергии

Иногда имеет смысл предусмотреть возможность расширения проектируемой котельной и системы отопления в будущем, в зависимости от обстоятельств. Тарифы и доступность различных видов топлива – очень непостоянные величины, в любой момент всё может измениться на 180 градусов. Могут быть и другие причины, по которым приобретение и монтаж оборудования можно разделить на два этапа.

Ниже пример такой схемы.

Тепловая схема — оборудование первой очереди

Оборудование первой очереди: электрокотел, буферная емкость, система внутрипольного отопления и заложенные на будущее трубопроводы системы радиаторного отопления без отопительных приборов.

Тепловая схема — добавлено оборудование второй очереди

Оборудование второй очереди: Можно добавлять любые источники тепла. В качестве примера на схеме твердотопливный котел и газовый котел, принципиально отличающиеся по способу подключения к потребителям, система радиаторного отопления, бойлер ГВС косвенного нагрева.

3. Схема со встроенным ТЭНом

Представленный выше пример проекта не единственный возможный вариант решения задачи – способов много. Один из самых очевидных – помимо теплоаккумулятора со своим блоком ТЭНов, параллельно установить электрокотел и организовать переключение потоков теплоносителя по описанному выше алгоритму – либо трехходовым клапаном, либо двумя отдельными насосами.

Тепловая схема котельной

Источник 1 – Теплоаккумулятор со встроенным блоком ТЭНов. Объем ТА и мощность ТЭНов подобраны из расчёта нагрева от минимальной до максимальной температуры за период действия ночного тарифа.

Источник 2 – Простейший электрокотел или теплообменник с блоком ТЭНов и блоком управления.

трехходовой клапан М – Переключение источников тепловой энергии.

Трехходовой клапан ТС – поддержание температурного графика в системе внутрипольного отопления. Можно заменить приводом с погодозависимым управлением.

Насос – обеспечивает циркуляцию теплоносителя в системе отопления.

Плюсами схемы является простота, минимальный набор оборудования и возможность параллельного нагрева ТА по ночному тарифу и работы электрокотла на систему отопления – если это позволяет выделенная на дом электрическая мощность. Релейной логикой можно реализовать любой алгоритм на основании своих пожеланий.

Из минусов – замена блока ТЭНов в теплоаккумуляторе проблематична, весь объем теплоносителя из буферной емкости придется сливать. Чтобы этого избежать, можно вместо ТЭНов подключить к ТА ещё один электрокотел с насосом и группой безопасности (как подключают твердотопливный котел к ТА), но это приводит к удорожанию котельной.

4. Схема, оптимальная по набору оборудования

Тепловая схема электрокотел + теплоаккумулятор

Котел по ночному тарифу может работать только на нагрев теплоаккумулятора. Котел по дневному тарифу включается на нагрев системы отопления, минуя ТА, по двум условиям – остыл ТА и есть запрос тепла от С.О.

Ночью возможна одновременная работа электрокотла на нагрев ТА и работа системы отопления от ТА, при наличии запроса тепла от С.О. В результате ТА может не успеть нагреться до максимальной температуры.

Основным нюансом при монтаже, позволяющим избавиться от лишнего оборудования, является необходимость обеспечить минимальное гидравлическое сопротивление по кольцу ТА-С.О. и сравнительно большое сопротивление по кольцу Котел – С.О.

Если котловой насос выключен, насос системы отопления будет забирать теплоноситель из теплоаккумулятора. Если котловой насос включен и трехходовой клапан открыт в сторону системы отопления (дневной тариф) – теплоноситель будет двигаться, минуя ТА. Сопротивление теплоносителю по пути С.О.-котел будут оказывать: грязевой фильтр, выключенный насос, обратный клапан, трубопроводы.

Схема управления аналогична первой рассмотренной в статье котельной с небольшими изменениями.

Заключение, предупреждение и советы

Решение в пользу установки теплоаккумулятора должно быть тщательно взвешено. Во-первых, это не единственный и не самый простой способ экономить электроэнергию и при этом жить с комфортом. Во-вторых, чем сложнее система, тем она дороже и хлопотнее в эксплуатации. В-третьих, есть несколько существенных факторов, ограничивающих целесообразность внедрения подобных котельных – отсутствие высокотемпературных потребителей (радиаторов), выделенная на участок мощность, разница стоимости дневного и ночного тарифа.

Можно ли отапливать дом без теплоаккумулятора и при этом экономить на электричестве?

Схема подключения электрокотла к системе внутрипольного отопления.

Можно. Подключив котел напрямую к системе отопления, нужно правильно запрограммировать суточный термостат: давать команду электрокотлу ночью нагревать дом до 26-27 градусов, а днем поддерживать температуру в минимально комфортном диапазоне. Как показывает опыт, при такой схеме работы у большинства клиентов котел практически не включается по дневному тарифу и не всегда успевает нагреть дом до заданной по ночному тарифу температуры – т.е. и без теплоаккумулятора ночной тариф может быть полностью задействован.

Минусом такого решения можно считать некомфортную температуру поверхности пола на протяжении дня, но это тоже решается программированием термостата – во время действия дневного тарифа можно включать полы на 15 минут каждый час, подогревая стяжку. Будьте внимательны при выборе термостата – далеко не все модели имеют возможность программирования с точностью до четверти часа

Ещё несколько советов от автора:

1. Расстановку оборудования в котельной спланируйте под схему с теплоаккумулятором, но смонтируйте в порядке первой очереди только электрокотел, подключенный напрямую к системе теплый пол. Отдельная статья, посвященная обвязке электрокотлов, тут.
2. Ключ к реальной экономии в процессе эксплуатации – грамотная автоматизация системы отопления. Минимально может быть использован всего один комнатный термостат на весь дом, желательно – система из нескольких термостатов, объединенных одним коммутатором. Чем больше возможностей заложено в термостат – тем качественнее можно управлять системой отопления. О покомнатной автоматизации можно прочитать тут.
3. Теплоаккумулятор в порядке первой очереди имеет смысл ставить с перспективой подключения к нему в будущем твердотопливного котла или теплового насоса – т.е. тепловой схемой должна быть предусмотрена возможность их будущего подключения.
4. Если для дома расчётные теплопотери при Тнро превышают выделенную электрическую мощность, установка ТА имеет смысл только с твердотопливным котлом или иным источником тепловой энергии в качестве основного. Схема электрокотел + ТА в данном случае сама по себе неэффективна, но может успешно дополнять основной источник (например, твердотопливный котел — всего одна топка в день). В качестве примера изучите последнюю схему в этой статье.