Подключение электрокотла – электрическая и гидравлическая схемы

Электрокотлы устанавливаются сейчас довольно часто. Но в большинстве домов выполняют только роль резерва. Как правило, основными являются газовые и твердотопливные котлы, эксплуатация которых в разы дешевле. Но иногда, при соответствующем оборудовании, и электрокотел используется как основной…

Как удешевляется тепловая энергия от электрокотла? Как правильно подключить, какую схему использовать?

Одно важнейшее преимущество этого теплогенератора известно – лучшая комфортность и беспроблемность при эксплуатации, а далее…

Какая мощность потребуется

Сколько мощности потребуется на отопление дома?

• Известно, что для неплохо утепленного дома потребуется 10 кВт на 100 м кв.
• Для домов, построенных по энергосберегающим технологиям, такая мощность будет уже излишней.
• Но если коробка характеризуется как «совсем холодная», то и 20 кВт будет маловато….

Для среднестатистического дома подбор можно осуществить именно так – 1 кВт на 10 м кв. Если на практике оказывается маловато, то экономически целесообразно не наращивать мощность, а утепляться, — менять сначала окна-двери, затем наращивать слой утеплителя на чердаке….

Подходит ли электрокотел для постоянного отопления

С точки зрения удобства и надежности, стоимости ремонта – электрокотел самый лучший теплогенератор. Проблема в стоимости электроэнергии. Ею отапливать по дневному тарифу невыгодно.

Вторая проблема – в выделенной на объект мощности. Хватит ли ее для полноценного отопления дома?

Хорошо, если выделено 15 кВт трехфазного электропитания 380В. Тогда можно установить котел мощностью 12 кВт, еще 3 кВт пойдут на бытовые нужды.

Но если питание 220В и допустимая мощность котла всего 4 кВт, то он может рассматриваться только лишь как аварийный вариант, чтобы поддержать тепло на случай выхода из строя основного. Или для отопления в межсезонье, по дешевому тарифу, но такие схемы будут рассмотрены далее…

Подключаем электричество – чтобы не загорелось

Чтобы электрокотел работал без проблем, в первую очередь его нужно правильно подключить к электропитанию. У различных моделей свои особенности. Но все заводские агрегаты комплектуются электрической принципиальной схемой подключения и инструкцией. Эти документы исполняются в точности.

Общим во всех вариантах остается следующее.

• Применение кабелей определенного типа с медными жилами соответствующего сечения.
• Подключение только цельными отрезками кабелей, счалки не допускаются.
• Недопустимость использования для постоянного включения/выключения выключателей автоматических (ВА) и других защит, — если котел не снабжен выключателем, то такой прибор устанавливается в цепи дополнительно.
• Применение электрических защит — реле утечки тока на землю (Устройство Защитного Отключения) и максимальной токовой защиты (Выключателя Автоматического). Эти два устройства могут быть объединены в одном корпусе, и называться Дифференциальный Автомат.

Какое сечение жил и тип защит понадобятся

Скорее всего изготовитель даст исчерпывающие рекомендации по подбору электропроводников для подключений, и по выбору типа дифференциального автомата.

Тем не менее, можно воспользоваться следующей таблицей, в которой приведены характеристики кабелей и электрических защит в зависимости от мощности электрокотла. Здесь приведены данные для трехфазного электропитания 380 В.

Для котла в 12 кВт, при трехфазном питании, понадобится кабель ВВГнлLS, который включает в себя 5 медных проводников, каждый из которых имеет сечение 4 мм кв. А также АВ с током отключения 25А, УЗО с дифференциальным током 30 мА.

Схема подключения

Общие принципиальные схемы приведены на рисунках. Для электропитания трехфазного 380В, и двухфазного 220В.

Но принцип один – фазы защищаются и при необходимости отключаются дифференциальным автоматом (защитным отключением и максимальной токовой защитой).

Схема подключение ТЭНов котла

Котлы, которые чаще всего применяются в быту, имеют небольшую мощность – до 15 кВт, так как больше не позволяет подключать энергонадзор. Такие агрегаты могут комплектоваться тенами рассчитанными на электропитание 220 В. При этом к трехфазной сети 380В они подключаются по схеме «звездой» с общим нолем.

На схеме приведены 3 ТЭНа расчитанные на работу в сети 220В, которые подключаются к трем фазам 380В. Например, 3 нагревателя по 4 Квт каждый, дают суммарную электрическую мощность 12 кВт. При таком подключении возможна работа каждого ТЭНа независимо от соседнего. Т.е. возможен выбор режима мощности 4, 8 и 12 кВт.

Подключение ТЭНов и автоматики конкретного электрокотла отображается в схеме электрической, прилагаемой к нему, что и должно исполняться.

Если тены рассчитаны на напряжение 380В, то они включаются между фазами по «треугольнику».

Как работают защиты электрокотла

Устройство защитного отключения (реле утечки) сравнивает силу тока проходящего через него по фазам. Эти значения в нормально-работающей схеме будут приблизительно равны. Но если появится повреждение (разрушена оболочка жил кабеля, разрушен потребитель, например, прогорание тена и вода в корпусе…), или к токоведущей части прикоснулся человек, то появится утечка тока из какой-то фазы. А между проводниками образуется разность (дифференциал) силы тока. При этом реле за очень короткий промежуток времени отключит сеть. Время срабатывания на отключения небольшое, через организм человека не успевает возникнуть опасная для здоровья сила тока.

Выключатель автоматический (максимальная токовая) срабатывает при достижении заданной силы тока в цепи. Например, при коротком замыкании между фазами. В этом случае защитное реле не срабатывает, так как силы токов по фазам будут равны. Но максимальная токовая защита, отключит сеть и предотвратит воспламенение электрических приборов и проводников.

Как сделать монтаж

Для непосредственного монтажа электрических защит, прокладки выбранного кабеля и его подключения к электрокотлу, рекомендуется пригласить квалифицированного электрика. И не выполнять эти ответственные работы самостоятельно.

Как правило, специалист не допустит нарушений нормативов и создания опасной обстановки.

Например, в деревянном доме элекропроводка прокладывается в негорючей оболочке. В этой роли может выступать металлическая гофрированная трубка.

Или, например, не допускается делать штробы в несущих конструкциях дома для прокладки электрических проводников.

Зажим жил проводников в контактных группах выполняется по правилам.

Эти и другие нюансы специалисты выполняют быстро и качественно.

Гидравлическая схема

Типичная схема подключения элеткрокотла приведена на рисунке. Здесь под «электрокотел» подразумевается простейший водонагреватель, который нуждается во всем дополнительном оборудовании.

Важные элементы на схеме.

• Фильтр грубой очистки – устанавливается на обратке перед насосом, сборником вниз и по ходу струи.
• Циркуляционный насос – в домах до 200 м кв. как правило достаточно насоса 25 – 40. Рекомендуется устанавливать на обратке перед котлом.
• Расширительный бак, объемом 1/10 от объема жидкости в системе не допускает опасного роста давления при нагреве (расширении) теплоносителя.
• Группа безопасности – обязательный элемент, состоит из воздухоотводчика, предохранительного клапана давления, и манометра. Устанавливается на подаче, в высшей точке отопительного трубопровода, на выходе из котла.

Но дорогие модели комплектуются таким оборудованием в одном корпусе.

Дешевое электричество для отопления

К сведению: стоимость тепловой энергии при отоплении газом, в грубом приближении оценивается как 0,8 руб/кВт. При отоплении дровами – 1,3 руб/кВт.

Днем электричество стоит 5,4 рубля за кВт, а ночью 1,6 руб/кВт (приближенные тарифы по Московскому региону).

Т.е. ночная электроэнергия сопоставима по цене с другими видами топлива. А за счет удобства применения, выходит победителем по соотношению цена/качество для большинства пользователей.

Если установить счетчкик с ночным тарифом, что решается с энергонадзором, то этим можно будет воспользоваться.

Но как ночную электроэнергию использовать днем?

Обычная схема применения электрокотла

Максимальная мощность электрокотла ночью бывает излишней, иначе будет жарко, например, для дома площадью в 100 м кв. с котлом 12 кВт, еще и в межсезонье.

Оптимально лишнюю ночную энергию накопить ночью и использовать днем. Для этого ее нужно преобразовать в тепловую (нагреть воду) и запасти ее в теплоаккумуляторе.

Используются буферные емкости вместимостью от 1 тоны жидкости.
Как используется буферная емкость….

Тогда схема включение электрокотла следующая.

Здесь электрокотел включается параллельно твердотопливному. С ночным тарифом электрический агрегат выступает основным, обеспечивая пользователям существование без беспокойств об отоплении. В большие холода, когда электромощности и накапливаемой энергии не хватает, к отопительному процессу подключается твердотопливный.

Как экономить при отоплении электрокотлом

• Не перегревать помещение.
  Не редко, когда автоматика настраивается неправильно и в помещении становится жарковато. Выбрасывается +20% денег на неудобства. Для автоматического управления котлом лучше использовать воздушные датчики — комнатные термостаты. А не руководствоваться температурой теплоносителя.
• Отключение не используемых помещений.
  Не редко, когда отдельные комнаты, например, мастерская могут быть прохладными большее количество времени. С автоматизированным электрокотлом целесообразно применять термостатические регуляторы на каждом радиаторе. Тогда рачительные хозяева смогут отрегулировать температуры в комнатах. В отдельных случаях можно сэкономить и 25% энергии.
• Оптимальное распределение температур.
  Теплый пол экономичнее до 15% от радиаторного отопления. К тому же это комфортно и удобно. Распределение температур в помещениях будет и выгодными и полезным.
• Сделать вентиляцию.
  С вентиляцией убегает до 50% тепла из помещения. Важно устранить сквозняки и обеспечить вентиляцию по современным представлениям. Как делается вентиляция в доме

Целесообразно утеплить.
Электроэнергия дорогая, с ее использованием намного больше экономической выгоды от утепления, чем при использовании того же газа. Если для газа может быть достаточным и 10 см толщины утеплителя на чердаке, то для электричества целесообразнее 22 см. Нужно доутеплиться максимально, из расчета окупаемости за 12 лет. В неутепленных домах перерасход энергии достигает 200 – 300%.

Как сделать электрокотел своими руками?

Электрические системы отопления представляют собой наиболее безопасное оборудование, благодаря которому можно в зимний период создать в помещении комфортную температуру. КПД электрического отопительного котла довольно высокий, для нормальной, стабильной работы в течение длительного времени, не придется занимать свободное место для укладки горючего материала.

В электрических котлах полностью отсутствует механическая составляющая, эксплуатация становится значительно проще, снижается вероятность возникновения неисправности или серьезной поломки.

Конструкция электрического котла подразумевает наличие регуляции температуры. За счет этого система может своевременно отреагировать на любые изменения температурного режима в окружающей среде. Котел либо прибавляет, либо убавляет температуру прогрева теплоносителя в случае необходимости.

Многие котлы отличаются экономичностью, например, для обогрева 30 кубометров помещения требуется затратить всего лишь 4 кВт в сутки. Использование подобных котлов позволяет производить нагрев помещений гораздо больших объемов, нежели у котлов иного рода.

В процессе работы, котел не выделяет никаких вредных или отравляющих веществ типа угарного или углекислого газа. В связи с этим, устанавливать их можно непосредственно в жилых помещениях и использовать для обогрева спальных и детских комнат. Еще одним преимуществом является то, что при установке не придется получать никаких разрешений от соответствующих инстанций.

Электрические котлы можно либо использовать в качестве дополнительного источника отопления или же сделать конструкцию центром системы обогрева. Запитывается этот котел от обыкновенной электросети с напряжением в 220 В. Средняя масса котла составляет 22 кг, его габариты тоже не слишком большие, однако он способен обогреть объем воздуха вплоть до 400 кубометров.

Какие понадобятся инструменты

Чтобы собрать самодельное электрическое отопление и столкнуться при этом с минимумом затруднений, в вашем распоряжении должны быть качественные инструменты.

Для работы понадобится:

• сварочный аппарат — удобнее всего работать с инверторной моделью;
• резак — если не умеете пользоваться газовым резаком, лучше используйте плазменный;
• болгарка — понадобится даже 2 модели — большая под диск сечением 230 мм и маленькая под диск сечением 125 мм;
• электрическая дрель;
• молоток;
• керн;
• рулетка и циркуль.

Электрокотел на ТЭНах

Схема электрического котла с теном своими руками является наиболее простой для исполнения и известна уже достаточно давно.

Принцип работы ТЭНового котла

Устройство всех бытовых приборов, в которых установлены нагревательные элементы (ТЭНы), одинаково. При включении питания напряжение подается на ТЭН, который постепенно нагревается и передает тепловую энергию расположенной вокруг него жидкости.

Преимущества таких приборов:

• большой ассортимент нагревательных элементов различной формы и мощности;
• возможность использования в любой отопительной системе с жидкими теплоносителями;
• на корпусе котла установлена изоляция, так что напряжение подается исключительно на ТЭН;
• не требуют сложного обслуживания;
• уровень нагрева очень просто контролировать, даже с минимальным набором автоматических элементов управления.

Среди недостатков самодельного электрического котла данного типа можно назвать:

• «прожорливость» в потреблении электроэнергии, поскольку для обогрева 10 м² площади требуется 1 кВт мощности;
• примеси в теплоносителе накапливаются на нагревательном элементе в виде накипи, поэтому его нужно чистить примерно 1 раз в год;
• ТЭН может функционировать только при наличии жидкости, с ним рекомендуется установка датчика холостого хода.

Порядок сборки котла с ТЭНами своими реками

Перед тем, как сделать электрический котел своими руками, стоит позаботиться о наличии надежной линии электропитания. К обычным сетям с напряжением в 220 V и частотой в 50 Гц можно подключать лишь оборудование мощностью не более 6 кВт. Если требуется более мощный котел, для него нужно сделать трехфазную разводку и отдельный ввод.

Итак, начинаем сборку самодельного электрического котла отопления из трубы сечением 159 мм с толщиной стенки в 10 мм. Эта труба послужит корпусом котла. Для него понадобится либо изготовленная в заводских условиях полусфера сечением 159 мм и толщиной 10 мм, либо листовой металл с толщиной от 8 мм аналогичного сечения.

Свод котла, в который впоследствии будут врезаны нагревательные элементы, можно изготовить из швеллера толщиной 8 мм.

В купол котла врезаем муфту сечением ¾ дюйма. В эту муфту мы будем вкручивать сливной вентиль. Кроме того, понадобится 2 патрубка сечением 1 дюйм для притока и обратки. Резьбу на патрубках можно делать как внутреннюю, так и внешнюю. Все зависит от того, с какой вам удобнее работать.

Для сброса излишнего давления нужно подготовить патрубок под врезку перепускного канала. Также вам понадобится 3 переходника, в каждый из которых будет вкручен ТЭН для электрокотла. Еще один переходник нужен будет для термодатчика. Кроме того, понадобятся держатели для автоматики.

Обратите внимание, что резьбу на патрубках и переходниках желательно нарезать сразу.

Подготовленные патрубки с резьбой, такой же, как и на ТЭНах, нужно сразу вкрутить в переходники. Это нужно, чтобы резьба во время приваривания к своду не повредилась. Для разметки мест врезки нагревательных элементов внешний диаметр трубы нужно разбить на 6 равных секторов по размеру радиуса. Затем чертим три одинаковых сектора строго под углом 120°.

На следующем этапе приступаем к резке. Закончив с разметкой, с помощью плазменного резака вырезаем отверстия под патрубки для ТЭНов. Их резку следует выполнять только по внешнему контуру. Со всеми остальными патрубками это не имеет принципиального значения.

Приступаем к сварочным работам. Патрубки сперва перехватываем в нескольких точках, чтобы их не повело. Затем проверяем точность расположения, при необходимости слегка простукиваем молотком, а затем выполняем сплошной шов. Важно, чтобы переходники для ТЭНов в электрокотле для отопления своими руками выступали над поверхностью свода котла на 1 см.

Далее необходимо убедиться, что нагревательные элементы полностью поместятся внутри корпуса электрокотла. Поэтому после наложения сплошного шва необходимо вкрутить ТЭНы в переходники.

Приступаем к вырезанию свода из швеллера. В его центре делаем отверстие для патрубка воздушного клапана, после чего привариваем сам патрубок. Сбоку делаем отверстие для термодатчика и также привариваем патрубок под него.

Все выступы, заусенцы и остатки сварочных работ необходимо тщательно зачистить с помощью болгарки. Внутренняя поверхность площадки свода должна быть идеально ровной. Патрубки для установки ТЭНов будут выступать лишь с внешней стороны на 1 см.

У нас получился довольно мощный электрокотел своими руками с 3 ТЭНами. Если вам нужен агрегат попроще, по такому же принципу его можно собрать на 1 или 2 ТЭНа.

Сборка котла отопления на электродах

Устройства данного типа стали активно использоваться лишь в последние 10-15 лет. Это более технологичные приспособления, по сравнению с ТЭНовыми.

Конструкция

В электронных электрических котлах жидкость играет роль нагревательного элемента. Собранный своими руками электрический котел данного типа представляет собой корпус из металла, внутри которого расположен изолированный стальной электрод.

На корпус подается 0, а на электрод — фаза. Во время подачи напряжения начинается колебание ионов воды с частотой в 50 герц. При этом жидкость постепенно нагревается. Благодаря такому свойству подобные котлы еще называют ионными.

Размеры электродных котлов невелики. Их можно сделать из трубы сечением до 320 мм и длиной до 60 см. Однако электрокотел для отопления дома своими руками можно сделать и намного меньше.

• небольшие размеры, благодаря которым ионный котел можно разместить даже в небольшой квартире;
• отсутствие, так называемого, «сухого хода», что гарантирует исправность котла, поскольку без жидкости внутри он не будет работать;
• устойчивость к перепадам напряжения;
• высокая скорость нагрева и остывания, что означает легкость регулировки;
• экономичность в потреблении электроэнергии по сравнению с приборами на ТЭНах.

Среди недостатков таких котлов можно назвать следующие моменты:

• важным условием эффективного функционирования электродного котла является уровень теплопроводности и качество теплоносителя;
• прибор необходимо надежно заземлить, поскольку велик риск поражения электрическим током;
• важно исключить возможность попадания внутрь системы воздуха, иначе, электроды придут в негодность из-за коррозии.

Инструкция по сборке самодельного электродного котла

В качестве корпуса для электрического котла отопления своими руками используем трубу с внутренним сечением около 50 мм и длиной в 40 см. Кроме того, понадобится цельный стержень диаметром 20 мм и длиной 30 см, а также два переходника с нарезанной внутренней резьбой. В торце стержня высверливаем глухое отверстие с резьбой под болт Ø10 мм.

Подготавливаем патрубки. 1 мы будем приваривать в торцевой части трубы, а другой — сбоку. Чтобы боковой патрубок идеально прилегал к трубе, его подрезают болгаркой, а затем дошлифовывают круглым напильником.

Прорезаем отверстия для патрубков. Если нет резака, то по окружности можно просверлить много мелких отверстий. До идеала работы доводят надфилем и круглым напильником. Отверстие для бокового патрубка необходимо расположить в 10-15 мм от края трубы.

На следующем этапе необходимо приварить патрубки к трубе. Чтобы их не повело, сначала делают точечную сварку в нескольких местах, а затем — накладывают сплошной шов.

Подготавливаем платформу для электрокотла. Для этого можно взять лист стеклотекстолита толщиной 2 см и вырезать кусок 120×120 мм с помощью ножовки по металлу. Затем в этой платформе необходимо просверлить одно отверстие по центру, и четыре — по периметру. Сечение отверстий должно составлять 10-12 мм.

Сквозь дырки по периметру будут пропущены крепления корпуса котла, а центральное отверстие предназначено для фиксации стального электрода.

Приступаем к фиксации корпуса для котла на платформу. Чтобы обеспечить надежное прилегание, на корпусе с 4 сторон можно приварить четыре гайки Ø12 мм. Сквозь них легко пройдут болты Ø10 мм.

Такие гайки нужно приваривать с небольшим отступом от платформы. Чтобы его обеспечить, необходимо накрутить на болты подходящие им по размеру гайки, продеть их в широкие гайки, и снизу еще раз зафиксировать более мелкими. Таким образом, будет легче выполнить сварочные работы.

На последнем этапе выполняем окончательную сборку котла. Для этого вырезаем резиновую прокладку сечением слегка больше внешнего диаметра котла. В ее центральной части выполняем отверстие и продеваем сквозь него электрод. Затем корпус устанавливаем на платформу и прикручиваем.

Котлы индукционного типа

Среди всех вариантов сборки отопления с электрическим котлом своими руками изготовление модели индукционного типа является самым инновационным.

Принцип работы электрического индукционного котла

Если опустить детали, то работа индукционного котла основана на нагреве теплоносителя посредством магнитного поля.

Среди преимуществ таких агрегатов:

• высокая эффективность;
• безопасность;
• возможность использования любого теплоносителя;
• отсутствие накипи.

Недостатками можно считать:

• высокую стоимость фабричных котлов;
• сложность строения автоматического блока управления. Без подготовки собрать его будет трудно.

Инструкция по сборке самодельного индукционного котла

Стоит отметить, что нередко инструкция, как сделать электрокотел индукционного типа, настолько сложна и содержит такие трудоемкие чертежи, что самостоятельная сборка оборудования выглядит довольно сомнительной. Однако мы нашли нестандартное решение.

Перед тем как самому сделать электрокотел для отопления, нужно будет приобрести индукционную печь мощностью 2,4 кВт и 3 метра профилированных труб Ø25×50 мм со стенками, толщиной в 2,5 мм.

Если рассмотреть, как будет работать эта конструкция, то сначала собираем плоскую емкость из профиля — по ней будет двигаться жидкость. А затем к трубе фиксируем индукционную печку и подключаем ее к сети. Все вместе будет выглядеть примерно как кастрюлька на печке.

Нарезку трубы нужно выполнить максимально точно. Понадобится несколько кусков по 400 мм, тщательно зачищенных от заусенцев на торцах.

Поскольку жидкость внутри такого котла будет двигаться змейкой, то желательно взять четное количество кусков трубы, чтобы входное и выходное отверстие располагались с одной стороны — так их удобнее подключать к отопительному контуру.

Далее нужно прорезать стыковочные отверстия, расположив их строго напротив друг другу. Для удобства можно сначала высверлить по краям 2 дырки сверлом Ø10 мм, и с помощью болгарки прорезать между ними щель.

Поскольку профильные трубы не идеально ровные, их нужно сначала состыковать тупыми краями с острыми и пронумеровать, чтобы потом не перепутать.

На следующем этапе стыки между трубами нужно проварить. Укладываем конструкцию на ровную поверхность, стягиваем струбциной и свариваем. Сначала делаем точечную сварку, чтобы конструкцию не повело, а затем выполняем капитальные швы.

Теперь нужно закрыть торцевую часть нашей емкости. Используем для этого стальную полосу, вырезанную из профилированных труб. Сварку выполняем аналогичным методом – сначала точечно, а затем капитально.

С противоположной стороны также привариваем полосу, не забывая об установке входного и обратного патрубков на крайних трубах. Чтобы обеспечить максимальную площадь контакта емкости с печкой, все швы нужно тщательно зачистить.

Чтобы наш котел можно было повесить на стенку, на его задней части нужно приварить 2 уголка, в которые будет помещена индукционная печка, а также петли для навешивания.

Последний этап работы — покраска. Можно использовать термостойкую краску. На этом сборочные работы завершены. Можно вешать котел и подключать его к отоплению и электросети.

При покупке индукционной печи обратите внимание, чтобы она была рассчитана на беспрерывную работу. В противном случае потребуется перезапуск системы через каждые 2 часа.

Каждая из перечисленных моделей является полностью функциональной и надежной. Выбор в пользу какой-либо из них каждый сделает самостоятельно. Главное, внимательно отнестись к работе и в случае затруднений проконсультироваться со знающими людьми.

Сергей Башук / Инженер теплотехник — автор сайта

Мои обязанности: проектирование наружных и внутренних санитарно-технических систем; сборка, монтаж, обслуживание тепловых машин и теплового оборудования; внедрение передовых технологических решений.