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.

Системы отопления с электрокотлом

Отопление загородного дома от электрического котла ‒ это довольно новый, недавно начавший применяться метод обогрева помещений В сравнении с газовым отоплением переплата составит порядка 20-30% в месяц, при условии, что будут сэкономлены деньги на многих этапах работы.

• Не нужно платить за врезку в газовую трубу, обвязку домовладения и подключение источников потребления газа.
• Нет необходимости заключать договор на обслуживание котла, духовой печи, покупать и устанавливать дополнительный счетчик.
• Вам не нужно получать большое количество разрешений для первого запуска системы.

Ко всему прочему вы сэкономите на покупке оборудования, поскольку электрические аналоги котлов не уступают по качеству, однако стоят в 2-3 раза дешевле газовых. Таким образом, особенности работы схемы отопления электрокотлом в частном доме делают эту систему выгодной относительно других вариантов и долгосрочной в использовании. При этом важно соблюсти все требования обустройства и эксплуатации, чтобы избежать пожароопасных ситуаций и не остаться без тепла в холодное время года.

Особенности электрического отопления

Электропитание частных домов может быть трехфазным и однофазным, что зависит от технических условий подключения. Это наделяет здание запасом мощности, что позволяет подобрать электрический котел по квадратуре отопления. Как правило, современные дома с однофазным вводом (220В) могут потреблять до 7 кВт энергии, с трехфазным подключением — 15 кВт.

Внимание. Чтобы узнать о том, какой электрической мощностью вы ограничены, нужно осмотреть вводной автомат, определить количество полюсов и высчитать силу тока, на которую он рассчитан. В большинстве случаев для однофазных подключений это двухполюсной автомат на 25 ампер, для трехфазных ‒ трехполюсной на 32 ампера.

Что касается требований к размещению электрического котла в доме, то их нет. Для сравнения, у газового котла есть номы СНИП, которые требуют, чтоб если котел располагался на кухне, площадь помещения составляла не меньше 15 квадратных метров. Если же котел установлен в котельной, то критерии касаются объема, который должен быть не менее 7,5 кубических метров (до 60 кВт). Обязательна форточка, вытяжка и вентиляционный канал притока воздуха для нормализации процесса горения.

В случае с электрокотлом, вы выбираете место для монтажа, закладываете кабель, подключаете систему через отдельный вводной автомат и наслаждаетесь тихой, размеренной работой. Современные системы (например, котлы Галан) работают бесшумно, имеют возможность подключения автоматики, терморегуляторов, всевозможных датчиков уличной температуры, а также ориентированы на экономию энергии. Поэтому при правильной настройке и должной теплоизоляции дома такой котел будет выгоднее остальных типов.

Однотрубная система отопления с электрокотлом

Каждый, кто проектирует систему отопления для дома своими руками, рассматривает однотрубную подачу (ленинградку) теплоносителя к радиаторам, как основную модель. Это наиболее выгодная система с точки зрения установки, поскольку материалов на ее конструирование идет меньше, не так много затрачивается времени, не требуется особых навыков. Вот только она выгодна на первоначальных этапах.

Все дело в физической стороне вопроса. Дело в том, что однотрубная система предполагает использование циркуляционного насоса. Вы скажете, что он тоже используется в двухтрубной системе. Да, так и есть, но в случае с одной трубой он толкает охлажденную воду, температура которой будет тем меньше, чем больше радиаторов в контуре.

Это связано с тем, что в радиатор по нашей трубе поступает вода, разогретая, скажем, до 60 градусов. Она проходит через секции, отдавая тепло в помещение и, немного остывшая, выходит в ту же трубу с потерей до 10-20% теплоемкости. Поэтому далее по маршруту радиаторов, после смешивания, вода двигается с меньшей температурой. Таким образом, последний радиатор может иметь потери температуры до двух крат от первоначального значения.

Частично проблему можно решить кранами на входе и выходе радиатора. Что касается схемы, то здесь используют или диагональное подключение, или нижнее, что не имеет существенной разницы, поскольку имеется проблема поэтапного охлаждения теплоносителя.

Внимание. Специалисты не рекомендуют использовать однотрубную систему подключения с электрокотлами из-за больших затрат на подогрев носителя.

Двухтрубная система отопления с электрокотлом

Такая система передачи теплоносителя более приемлема для работы с электрокотлами. Потому что она включает в себя контур подачи и обратки. В результате, нагретая жидкость поступает на радиатор, отдает тепло и стекает в контур обратки, где, слегка охлажденная, отправляется на котел под действием циркуляционного насоса. Что касается горячего теплоносителя, то он без изменения температуры движется к следующему радиатору, наполняя его, как и первый.

В то же время, специалисты рекомендуют разбивать этаж дома на два крыла, чтобы сократить время прогрева последнего радиатора. Как и в первом случае, регулировка обогрева может производиться кранами на входе каждого радиатора.

От выбора схемы системы отопления с электрокотлом многое зависит в частном доме – от эффективности отапливания помещения до эстетического вида. Опыт эксплуатации разных схем подключения радиаторов показал, что именно диагональное подключение работает лучшим образом. В таком случае подача идет от котла и входит в верхнюю часть радиатора, тогда как обратка исходит снизу по диагонали. Для эстетики, такой вариант подключения требует штробления стен, но в итоге получается привлекателен и менее затратен с точки зрения потраченных киловатт электроэнергии.

Двухтрубная система и теплый пол прекрасно комбинируются между собой. При этом, помимо того, что в электрическом котле зачастую уже стоит свой циркуляционный насос, специалисты рекомендуют ставить на каждый контур отдельное оборудование. Т.е ставится распределительный коллектор. От него через насос подключается коллектор теплого пола, первый и второй этаж по отдельности. В основном коллекторе создается избыточное давление системы, которое по трубам 32 мм с переходом на 25 доставляется на радиатор. Здесь идет заужение, и по трубе 20 мм вода попадает в радиатор, откуда отдает тепло в помещение.

Виды электрических котлов

Возвращаясь к выбору электрических котлов, хотелось бы подробнее остановиться на мощности. Чем больше площадь нагрева, тем выше должна быть мощность оборудования. Например, для дома площадью 150 квадратных метров будет достаточно котла мощностью 14 квт. Такой котел легко справится с двумя контурами радиаторного отопления на первом и втором этажах и теплым полом на первом. У котла будет запас мощности, что важно на случай критических морозов.

Говоря о мощности, стоит отметить, что эта величина зависит от тока и напряжения. Чем больше мощность, заданная на котле, тем выше ток в цепи питания. В свою очередь, ток зависит от напряжения: чем оно больше, тем меньший ток будет в цепи. Поэтому правильнее всего подключать котел по трехфазной линии.

Осталось разобраться с сечением кабеля. Например, при мощности потребления в 14 квт и напряжении 380 В на пике нагрузки в цепи будет протекать ток, равный значению 22 А. С таким током легко справится кабель, выполненный по ГОСТ, сечением жилы в 4 мм кв. Обычно такой кабель и устанавливают, опираясь на 5 полноценных жил (три фазы, ноль и земля).

Что касается видов электрокотлов, используемых частными лицами, то здесь выделяют:

• тэновые разновидности;
• индукционные варианты;
• электродные котлы.

Внимание. Для понимания, нужно сказать несколько слов о каждом из предложенных вариантов.

ТЭНовые котлы

Такие котлы наиболее распространены, имеют низкую стоимость и оснащены всеми важными узлами работы. Это и расширительный бачок, система сброса воды при закипании, циркуляционный насос, блок автоматики и другие узлы. Исходя из названия, понятно, что вода нагревается тэнами в специальных резервуарах. В зависимости от мощности, котел оснащается одним или тремя тэнами. Чем больше мощность, тем быстрее нагревается вода в контуре.

Такая система монтируется на стену, имеет простой и понятный интерфейс управления, неприхотлива в обслуживании. Что касается недостатков, то благодаря нагреву за счет тэнов, не исключена накипь внутри емкости. Спустя годы она может стать причиной выхода котла из строя. Хотя современные модели и обладают защитными покрытиями тэна от накипи, пробой системы исключать нельзя.

Индукционные электрические котлы

Подобную систему можно назвать самой современной в своем классе. Здесь реализован индукционный нагрев сердечника, который нагревает теплоноситель в очень короткий срок. В процессе работы образуются микроволны (вибрация), что исключает вероятность образования накипи. Отсюда и срок службы таких систем, равный 30 лет, без необходимости замены нагревательного элемента. К недостаткам таких котлов относят высокую стоимость и работу только с теплоносителем под высоким давлением.

Внимание. Это современные модели, которые представлены на рынке относительно недавно, это вызывает недоверие покупателей. Котлам свойственен большой вес.

Электродные электрические котлы

Электродный котел – это компактность, высокий КПД, а также надежность. В продаже встречаются модели мощностью от 1 до 16 кВт. Котлы не чувствительны к перепадам напряжения в сети, а, значит, более пригодны для работы в местах с активным использованием электронагревательных приборов.

Повышенная опасность — вот главный минус такой системы. Чтобы снизить фактор опасности, специалисты рекомендуют оборудовать заземляющий контур. Замкнутая система требует использовать в качестве теплоносителя только специальные жидкости, стоимость которых высока. Система требует внимания к себе, а также не имеет возможности плавной регулировки тока.

В заключении

Подводя итог, стоит заметить, что использовать электрические котлы в качестве индивидуальных систем или как дополнение к газовому оборудованию (а также к твердотопливному котлу) — это оправданные меры. Их стоимость невысока, при условии, что нет особых требований для установки. Важно только не ошибиться с выбором мощности, заложить качественную проводку, подключить автоматы и настроить систему. В дальнейшем вам даже получится сэкономить в отопительный период, поскольку разовые вложения в «газовый вентиль» могут быть приравнены к 300 — 400 тыс. рублей. В случае с электрокотлом, для запуска понадобится купить только оборудование.