Экономичный электрический котел для отопления частного дома

Главная / Электрокотлы

Назад

Опубликовано: 31.05.2019

Время на чтение: 3 мин

1

10473

Применение электричества для отопления является распространенным способом обогрева дома. Этот метод экологически безопасен (не воздействует на окружающую среду) и удобен.

Единственными факторами, ограничивающие распространение такого отопления, являются:

1. Тарифы на электроэнергию и их рост в перспективе.
2. Расходы потребителя на подвод и подключение к жилью электрической мощности, необходимой для обеспечения комфорта.

Когда пользователь определяется с топливом для котла, он бывает ограничен в выборе. Рядом с его домом отсутствуют сети природного газа и централизованного теплоснабжения, а рынка древесных или сельскохозяйственных отходов нет.

Тогда электрический котел становится единственной альтернативой и основным источником тепла. В бивалентных отопительных системах он становится резервным в комбинации с котлами на газе, твердом/жидком топливе или тепловыми насосами.

• 1 Достоинства и недостатки электрических котлов
• 2 Устройство электрокотла
• 3 Принцип действия 3.1 Котел с ТЭНом
• 3.2 Электродный котел
• 3.3 Индукционный

Описание и принцип работы отопительных электрокотлов

Газовые котлы популярные из-за дешевизны топлива, но не всегда имеется возможность их подключить из-за трудоемкости процедуры, необходимости согласования с госорганами. Источники энергии для твердотопливных агрегатов еще дешевле, но минусов намного больше — загрязняют, требуют вывода продуктов горения, загрузки топлива, места для его хранения.

Перечисленные минусы отсутствуют у электрокотлов, которые порой являются единственным вариантом для отопления, если нет возможности подвести газ. Причем электрические устройства рассматриваются не только как дополнительные или аварийные источники, но и как основные приборы для подготовки теплоносителя. С ними не надо беспокоиться о розжиге и прочих неудобных моментах, связанных с горением топлива.

Самый экономичный электрокотел следует выбирать из энергосберегающих индукционных и электродных моделей. Но надо учесть, что в любом случае его работа будет стоить дороже газовых агрегатов приблизительно в 2.5 раза, в лучшем случае в 1.5 раза. Экономность тут рассматривается для ситуаций, если нет иных альтернатив электричеству или если данный тип энергии дешевый (есть альтернативные источники — солнечные коллекторы и прочее).

Как работают электрокотлы, устройство

Общий принцип работы электрических котлов для отопления: теплоноситель (вода) циркулирует с помощью насоса по контуру системы отопления, через котел (внутреннюю камеру, колбу, змеевик) и нагревается там ТЭНами, теплообменниками с электродами, индукционными катушками.

Основные части электрокотла: корпус с нагревателями, циркуляционный насос, блок питания, расширительный бак, система управления и безопасности (манометр, клапан обратный и для стравливания излишнего давления).

Экономичные электрокотлы затребованы в таких условиях:

• если нет возможности использовать газ;
• требуется агрегат более простой в обслуживании, чем приборы на топливе;
• предпочтение отдано более чистому источнику энергии;
• требуется дополнительный нагреватель на случай отключения основного устройства.

Основные элементы электрокотлов

Вне зависимости от мощности электрокотла и его основного предназначения – он состоит из следующих основных элементов:

• Корпуса, который служит вместилищем всех составных частей.
• Теплообменника, который служит для переноса тепла от нагревательного элемента к баку с теплоносителем,
• Управляющих, контрольных и регулировочных блоков.

Ряд моделей электрокотлов, кроме того может иметь встроенные циркуляционные насосы для обеспечения перемещения теплоносителя, клапаны, перенаправляющие его потоки.

Современный электрокотел – это высокотехнологичное устройство, которое нагревает протекающую воды с максимальной эффективностью, работая при этом в полностью автономном режиме. Управлять таким оборудованием может даже ребенок – настолько оно безопасное и простое. Также современные электрокотлы имеют довольно высокий КПД, что позволит вам избежать лишних счетов за потраченную электроэнергию.

разводка водоснабжения

Большое разнообразие имеется и среди дизайна таких электрических нагревательных приборов. Они бывают самой различной формы, с настенным или напольным размещением.

Виды электрокотлов для отопления дома

Есть несколько видов электрокотлов по принципу использования электричества и функционирования. Традиционные и всем привычные — ТЭНовые. Более инновационные и энергосберегающие — индукционные (вихревые) и ионные (электродные), они дороже, но стоимость окупается чрезвычайной экономичностью и КПД, который слабо или совсем не понижается со временем.

КПД всех электрокотлов одинаковое — 94–99 %, но некоторые типы более эффективные из-за организации конструкции и способа функционирования. А также со временем из-за накипи данная характеристика понижается на 10–20 % у ТЭНовых котлов, но это не характерно для индукционных и ионных изделий.

Виды электрокотлов:

• с ТЭНами;
• ионные (нагрев электродами);
• индукционные (вихревые).

ТЭНовые электрокотлы

Котлы для отопления с ТЭНами отнести к экономным можно только условно: разные модели могут иметь более эффективные нагревательные элементы, возможности программирования, настройки мощности.

Внутри прибора находится трубчатый электронагреватель — медная или из нержавейки трубка (внутри может быть песок или масло) с нитью накаливания (нихромовой). Принцип работы как у обычного кипятильника или калорифера: спираль внутри оболочки накаляется и передает тепло через трубку, в которой она заключена, воде, поступающей в камеру (колбу) с ТЭНом.

При выборе электроотопления для дома с особым акцентом на экономности агрегаты с ТЭНами не стоит серьезно рассматривать. Можно выбрать качественный аппарат с большим или меньшим объемом потребления энергии, но все равно он будет прожорливее индукционных и ионных котлов. С другой стороны, снижение затрат может в некоторой мере сравниваться, так как котел с ТЭНом дешевый в обслуживании.

Преимущества и недостатки ТЭНовых электрокотлов

Достоинства нагревателей для отопления с ТЭНами:

• дешевый и удобный ремонт (корпус легко разбирается, детали заменяемые);
• расширенный функционал: настройка мощности, программируемость, возможность подключения термостата;
• обычно производится в моноблочном компактном корпусе (есть удобные настенные типоразмеры) готовым к работе, включающим группу безопасности, расширительную емкость, насос. Нет потребности отдельно покупать и монтировать указанные элементы, требуется только подключить аппарат к вводу и выводу системы отопления.

Минусы:

• самый неэкономный тип электрокотлов, особенно, если используются два ТЭНа;
• на ТЭНе образовывается накипь и налет, что требует периодической его чистки и замены. Твердая корка понижает КПД на 10–20 %. Данное утверждение спорное, так как вода системы отопления не склонная к интенсивному образованию накипи, но игнорировать его не стоит.

Индукционные котлы

Типы индукционных котлов для отопления дома (иногда их воспринимают как названия брендов):

• ВИН — «вихревые индукционные нагреватели», более инновационные с ферромагнитным корпусом. Меньшего размера и дороже в 1.5–2 раза, чем SAV, но более эффективные;
• SAV — принцип тот же, но позиционируются как менее продвинутые.

Второе отопления с вихревыми котлами — «инверторное». В состав изделия входит преобразователь тока из постоянного в переменный — «инвертор» (как у сварочных аппаратов).

Сразу после появления на рынке индукционные нагреватели для отопления позиционировались как самые продвинутые и эффективные, но опыт применения показал больше недостатков, чем ожидалось.

Принцип работы вихревых SAV и ВИН электрокотлов

Как работает индукционный SAV котел:

1. На металлическую катушку (индуктор) — стержень (его роль может выполнять сама труба с теплоносителем) с витками проволоки — подается переменный ток высокой частоты (от 50 Гц). Генерируется магнитное поле.
2. Полярность и вектор магнитного поля меняются с высокой частотой.
3. Предмет, расположенный близко к описанному явлению, пронизывается постоянно изменчивыми потоками магнитной индукции. Возникают вихревые токи Фуко, превращающие электрику в тепло, которое и нагревает воду.

Принцип передачи тепла у индукционных котлов бесконтактный — нагрев объекта осуществляется электромагнитными полями, причем моментально. Нет потребности в физическом контакте с индуктором, что повышает КПД.

Электромагнитный принцип используется в промышленности для плавления металлов. Даже небольшой индукционный самодельный прибор с катушкой с десятком витков и размерами в несколько см² способен раскалить за несколько секунд металл до красного, что иллюстрирует мощность и эффективность вихревого котла для отопления.

Преимущества индукционных котлов для отопления

Преимущества SAV котлов:

• нагрев мощный, почти моментальный;
• микровибрации отталкивают грязь, поэтому накипи и налета на контактирующих с водой частях нет, чистка не потребуется;
• экономность, самое высокое КПД среди электрокотлов.

Индукционные котлы наилучшие для подготовки воды в процессе ее течения через аппарат, поскольку обеспечивают чрезвычайно быстрый нагрев. При этом теплопотери нулевые, что выгодно отличает ВИН от ТЭНовых агрегатов. Несмотря на недостатки, если рассматривать сугубо эффективность использования электричества, индукционные котлы это самый экономный тип электронагревателей.

Недостатки вихревых котлов для отопления, целесообразность использования

Во многих источниках перечисляют множество достоинств ВИН и SAV, но в реальности картина несколько иная, обнаружилось много недостатков:

• большинство типоразмеров имеют значительные габариты;
• дороже ТЭНовых и электродных агрегатов;
• нагрев чрезвычайно мощный, поэтому при поломке системы автоотключения возникает повышенный риск взрыва;
• электромагнитное поле вредное, электрохимические процессы провоцируют коррозию;
• сложный ремонт. Казалось бы, аппарат предельно простой — катушка и корпус, — но обычно цилиндр SAV котлов надежно запаян, разобрать его чрезвычайно сложно. В составе есть электронные схемы блока управления, что усложняет ремонт. Катушка может перегореть, а стоимость новой выше, чем, например, нового ТЭНа;
• если SAV не в компактном корпусе, а таких большинство, то потребуется большой блок управления, отдельный расширительный бак, насос, группа безопасности;
• в большинстве случаев не оснащаются плавным пуском — при включении и даже при простом переключении режимов происходит резкое повышение нагрузки на сеть, что чревато перепадами напряжения (мигание лампочек и подобные эффекты).

Все-таки, несмотря на перечисленные минусы, вихревой энергосберегающий электрический котел отопления стоит рассматривать в роли нагревателя для отопления дома из-за высокого уровня экономности (эффективнее ТЭНовых на 30 %). Некоторые из перечисленных минусов относительные, например, есть небольшие и компактные типоразмеры наподобие как у изделий с ТЭНами. Это единственный тип нагревателей, КПД у которых со временем не понижается.

Ионные (электродные) котлы

Ионные (электродные) энергосберегающие котлы для отопления надо отличать от индукционных агрегатов, несмотря на то, что и они используют свойства переменного тока. Иная сама организация применения энергии. Корпус прибора содержит герметичную камеру с теплоносителем и расположенными в ней с определенным зазором электроды.

При постоянном токе катод притягивает ионы воды с положительным зарядом, а анод — отрицательные, но если сменить характеристику на переменную (начиная от 50 Гц), то возникнет постоянное движение указанных частичек. Среда имеет сопротивление, поэтому кинетическая энергия движущихся ионов (катионов и анионов) трансформируется в тепловую, происходит нагрев электролита.

В ионном котле нагревается специальный, циркулирующий в трубах системы отопления, раствор электролита, в определенных случаях им может быть вода. Фактически, такой котел — это простой теплообменнник.

Достоинства ионных (электродных) котлов для систем отопления

Преимущества и особенности ионных котлов для отопления:

• чрезвычайно компактные: маломощные модели лишь немного превышают диаметр труб. Это небольшой цилиндр, врезаемый в разводку. Не требуют пространства вокруг, поэтому могут устанавливаться буквально в любом месте;
• самые дешевые — 4–9 тыс. руб. (ТЭНовый стоит около 15–30 тыс.), но если придется докупать расширительный, бак, терморегулятор, клапаны безопасности, насос, то это еще 10–12 тыс.;
• не образовывается накипь — этому препятствуют электромагнитные процессы;
• срок эксплуатации до первой поломки — 12–15 лет. По этой характеристике электродные нагреватели сравнимы с индукционными приборами;
• ремонтопригодность. Конструкция простая и разбирается без особых затруднений. Детали заменяемые и дешевые;
• самые безопасные: если индукционные или ТЭНовые котлы при поломке автовыключения (защиты от перегрева и сухой работы) продолжат нагревать до взрыва или пожара, то ионные при утечке теплоносителя просто перестанут работать сами без какого-либо вмешательства;
• нет электромагнитного поля.

Недостатки элеткродных нагревателей

Установка самого электродного аппарата простая, но она несколько усложняется необходимостью в монтаже насоса, группы безопасности, расширителя. Есть также изделия с последними двумя элементами на корпусе или в виде моноблока готового к работе, но такая компоновка встречается реже. В этом аспекте ТЭНовые котлы имеют преимущество, так как чаще выпускаются в типоразмерах со всем необходимым в одном корпусе.

Минусы:

• есть приборы с теплообменником и расширительной емкостью на корпусе, но в большинстве случаев требуется дополнительная покупка этих элементов, а также насоса, группы безопасности;
• накипь и налет не образовываются, но электрические процессы усиливают коррозию металла контура отопительной системы. В этом аспекте есть схожесть с SAV котлами;
• в роли электролита может выступать трубопроводная вода, но обычно всегда используют специальные растворы от производителей таких котлов. Смесь должна быть недистиллированной, нефильтрованной. Специальные вещества наиболее эффективные. Применяют пропиленгликоль, этиленгликоль. Использовать антифриз, масло, дистиллированную воду нельзя;
• требует замены теплоносителя раз в 3–4 года.

Электродные котлы потребляют на 20–30 % меньше электричества, чем ТЭНовые агрегаты, но они немного меньше эффективные по потреблению энергии, чем индукционные модели. То есть, в рейтинге экономности, если учесть удобство, дешевизну изделия и обслуживания, находятся посередине.

Принцип действия электрокотла

Практически все электрокотлы действуют по одному и тому же принципу: в теплообменнике размещается нагревательный элемент, который после подачи на него электрического тока начинает выделять тепло. Поступающий в теплообменник теплоноситель (обычно простая водопроводная вода, а в замкнутых нагревательных контурах вода со специальными присадками или антифриз) нагревается после контакта с ТЭНом.

Кстати, вода может нагреваться не только традиционным ТЭНом (то есть нагревающейся спиралью, заключенной в защитных кожух), но и индукционным или электродным способами. Однако наибольшее распостранение, как среди импортных, так и среди отечественных моделей получили именно электрокотлы с ТЭНами.

схема отопления

Электропитание нагревательных котлов также бывает самое разнообразное. Они могут запитываться от стандратных бытовых 220 вольт, а могут иметь промышленное питание тремя фазами на 380 вольт. Существуют даже модификации, питающиеся от аккумуляторов.

Ориентиры и что учитывать для выбора экономного электрокотла отопления

Экономичный электрический котел должен иметь программируемость работы, возможность подключения реостата для вкл./выкл. в период низких тарифов или при достижении определенной температуры, а также для регулировки нагрева. Как минимум должен быть хотя бы трехступенчатый переключатель мощности.

Идеальный вариант, если аппарат имеет плавную регулировку и заводские экономрежимы. Изделие должно подходить для подключения к комнатным реостатам, которые имеют много тонких настроек, реагируют на температуру воздуха в комнате.

Одно- и двухконтурные электрокотлы

Если требуется одновременно с отоплением обеспечивать и ГВС, то выбирают двухконтурные электрокотлы. Причем расход электричества в таких изделиях практически не отличается от одноконтурных. Вода ГВС подогревается, омывая теплообменник в контуре котла для отопления, не смешиваясь с его теплоносителем. На такой нагрев не требуется дополнительной мощности, хотя для большей эффективности есть модели с увеличенным потреблением энергии.

Правила и требования к установке

Выбор места установки электрокотла более обширен, чем у газовых или твердотопливных. Электрокотлы могут быть установлены в жилой зоне, например, коридоре, прихожей или на кухне, но учитывайте, что к нему в любом случае нужно тянуть трубопровод, проводку, заземление и прочие коммуникации. В ванной и санузле установка электрокотла запрещена.

Требования к поверхности монтажа также минимальны, это может быть в том числе и деревянная стена, но в таком случае нужно изолировать место монтажа слоем негорючего материала (базальтовый картон, ксилолитовый лист).

Также производители предъявляют требования к пространству вокруг электрокотла, необходимому для обеспечения обслуживания и ремонта. Значения отличаются в зависимости от модели, поэтому перед планированием места монтажа и обвязки необходимо узнать их в инструкции по эксплуатации. Обычно это:

• от 0,7 м сверху котла;
• от 0,5 м по бокам (в том числе до трубопровода) и снизу;
• от 0,7 м перед котлоагрегатом;
• не менее 3 см между стеной и котлом.

Например, для известной модели Bosch Tronic Heat 3500 необходимо всего лишь 0,6 м снизу и 0,2 м с других сторон. Любые другие дополнительные требования к монтажу всегда описаны в инструкции по эксплуатации, практически во всех случаях ее можно найти в электронном виде.

Расчет мощности под площадь дома

Приведем упрощенный расчет мощности, так как данный вопрос — тема для отдельной статьи. Приблизительное исчисление обычно всегда дает максимально приближенные к реальным потребностям результаты.

Если электрокотел выполняет вспомогательную функцию нагрева дополнительно к основному газовому или другому агрегату, к камину, то на 120–150 м² достаточно будет мощности 3–6 кВт.

Сравнительная таблица средне-статистического потребления электроэнергии электрическими котлами

Если же энергосберегающий котел – основной источник тепла, то надо проводить расчет с учетом теплопотерь, которые для среднестатистического частного жилья с двухкирпичной кладкой и потолками 2.7 м в климате Подмосковья — 1 кВт/час. Рекомендуется подбирать мощность с запасом на 10–20 %, а для ТЭНовых нагревателей — на 20–30 %, так как у них КПД уменьшается из-за накипи. Для 80 м² потребуется электрокотел на 9.6–10 кВт (8 кВт + 20 %).

Для SAV котлов мощность в 2.5 кВт — это 2100 ккал/час, чего хватит для обогрева 25–30 м². На исчисление влияет требуемая температура. Если в помещении 120 м² надо поддерживать 15–20 градусов, то хватит агрегата на 6 кВт.

Экономичный электрокотел для отопления ионного типа мощностью в 3 кВт подойдет для обогрева 50 м². Такое же изделие с ТЭНом обогреет 30 м².

Виды электродных котлов

При выборе оборудования учитывается стоимость и возможность установки на котлы автоматических систем

Принимается во внимание площадь дома и соответствие силы оборудования для обогрева помещений

Устройства классифицируются по признакам:

• мощность;
• способ подключения и питания (трех- или однофазные);
• количество подключаемых контуров;
• метод распределения носителя тепла.

По количеству контуров

Одноконтурный котел подает теплоноситель для нагревания дома, а двухконтурный агрегат дополнительно поставляет жидкость для горячей системы водоснабжения. Котел электрический электродный работает от трехфазной или однофазной линии электроэнергии.

Контуры подсоединяются к распределительному узлу (коллектору). Центр системы электродного отопления устанавливается для правильной раздачи тепла по веткам магистрали.

По количеству фаз

Трехфазные агрегаты работают от электросети 380 В и выпускаются мощностью свыше 9 кВт. Электроды составлены из пластин, колец или цилиндров и эффективно взаимодействуют с теплоносителем низкой теплопроводности. Величина мощности находится в обратно пропорциональном отношении к удельному сопротивлению жидкости.

Трехфазные устройства потребляют оптимальный объем энергии при нагревании воды от +75°С. При низкой температуре уменьшается теплопроводность и снижается расход электричества, обратная ситуация возникает при выставлении высоких показателей нагрева.

Однофазный электродный электрокотел для отопления отличаются меньшей мощностью (2 – 6 кВт) и предназначаются для небольших домов (40 – 120 м2). Вид питания (однофазное или трехфазное) определяется в распределительном щитке. Если к дому идет 3 провода, проведен первый вариант, наличие 4 – 5 проводов говорит о втором виде потребления.

По мощности

Мощность постоянно изменяется и зависит от температуры воды. Подключение и пуск котла зимой может привести к нехватке мощности для разогрева. Если холодная вода увеличит показатель теплопроводности до нормы, после нагрева магистрали индекс возрастет, возникнет перегрузка сети и авария.

По принципу распределения теплоносителя

Энергосберегающие агрегаты устанавливаются в магистрали открытого и закрытого типа, последний вид используется чаще. В открытой системе запорная и контролирующая аппаратура ставится за расширительным баком. Участок контура между котлом и компенсаторной емкостью не должен содержать запирающих устройств.

Закрытая система включает расширительный бак и помпу. Отопительный контур оснащается воздушным и предохранительным клапаном, манометром, группа безопасности располагается в верхней точке магистрали. В системе отопления котлы ставятся строго вертикально и дополнительно крепятся к стене.

Что выбрать: сравнение потребления, стоимости, простоты эксплуатации

Если ориентироваться на простоту установки, удобство эксплуатации, среднюю цену, то первое место в рейтинге занимают котлы с ТЭНами. Стандартно выполняются в моноблочном корпусе полностью готовым к работе после установки — в нем уже есть группа безопасности расширительный бак, циркуляционный насос и прочие элементы. Достаточно лишь подключить к вводу и выводу системы отопления. Но они же на последнем месте по экономности и энергосберегающими их нельзя назвать.

Если рассматривать вопрос, какой электрический котел самый экономичный и с лучшим энергосбережением, то следует рассматривать индукционные и ионные агрегаты.

Вихревые нагреватели на первом месте по экономности, но имеют ряд недостатков, которые немного нивелируют данное достоинство: цена, сложность в ремонте, большие габариты. Это самые дорогие и неудобные электрокотлы из рассматриваемых: стоимость такого изделия на 25 кВт — 86 тыс. руб. (ТЭНовый прибор на 24 кВт можно купить за 46 тыс.).

Ниже приведена таблица сравнения разных типов электрокотлов. Но данным в ней не стоит безоговорочно доверять — производители стараются показать именно свои изделия в выгодном свете. Например, в иных источниках ионные котлы показаны намного экономными и эффективными, чем ТЭНовые.

Еще одним минусом SAV и ВИН являются большие габариты самого корпуса и отдельных элементов, в которые входит шкаф управления. Изделие же с трубчатым электронагревателем содержит все необходимое в компактном корпусе, а ионный котел вообще напоминает толстую водопроводную трубу. Вес индукционного котла на 25 кВт — 80 кг, ТЭНового той же мощности — 40 кг.

Вихревые котлы все реже выбирают для частных домов. Хотя такие аппараты самые энергосберегающие, они чаще используются там, где без индукционного нагрева не обойтись — в промышленной, производственной среде, на химических предприятиях.

Экономика использования ВИН

Ионные (электродные) котлы — оптимальный выбор в эконом классе по всем параметрам, особенно со стороны стоимости, если нужен энергосберегающий нагреватель для отопления частного дома. Их экономность и КПД может быть несколько ниже, чем у индукционных и ТЭНовых изделий, но это компенсируется удобством обслуживания, малыми размерами. Немаловажным фактом на пользу ионных котлов является цена — это самые дешевые энергосберегающие нагреватели для отопления, (4–5 тыс. руб.).

Ионные котлы — хороший вариант в роли дополнительного источника нагрева. Если же использовать их как основные приборы, то можно врезать несколько таких цилиндриков для большей эффективности.

Достоинства и недостатки

Как и любой электрический агрегат для отопления частного дома, электродный прибор имеет и свои положительные стороны, и отрицательные.

К положительным можно отнести высокий коэффициент полезного действия – 98% при небольших габаритах. При этом за счет ионизации теплоносителя происходит экономия потребляемой электроэнергии. Если сравнивать, к примеру, с ТЭНовыми отопительными котлами, то электродные потребляют электричества на 40% меньше.

Перепады напряжения – это естественное состояние электрических российских сетей в загородных поселках. Так вот энергосберегающие котлы отопления электродного типа на эти перепады не реагируют. К тому же нет необходимости согласовывать установку и подключение котла с котлонадзором.

К отрицательным позициям использования электродного нагревателя можно отнести невозможность его применения в системе отопления, где установлены стальные трубы и чугунные радиаторы. В первом случае есть большая вероятность образования накипи на стенках.

Во втором – большой объем теплоносителя, который электродный котел может и не прогреть. Сюда же добавим заливку антифриза и ингибиторов, а также высокую стоимость электроэнергии.