Ионный котел отопления - особенности отопителя и принцип работы

Главная / Электрокотлы

Опубликовано: 24.03.2020

Время на чтение: 5 мин

874

Ионный котел используется в качестве источника отопления, на объектах, где наиболее рационально использовать электроэнергию.

Такие устройства обладают минимальным весом и компактными размерами, в связи, с чем их монтаж является простым и надежным. Для установки не требуется получать разрешительные документы от контролирующих ведомств. В том случае, когда необходимо обогреть большую площадь устанавливается не один ионный котел, а несколько аппаратов.

Данная схема позволяет не только обогревать дом, но и нагревать воду для бытового использования, через внешний бак-аккумулятор ГВС.

1 История появления ионных котлов
2 Достоинства и недостатки
3 Устройство и технические характеристики
4 Как подобрать ионный котел
5 Лучшие производители
6 Схема системы отопления под ионный котел 6.1 Общая схема подключения ионного котла
6.2 Нужно ли заземлять такие котлы

Исторический экскурс

Впервые появившиеся в середине ХХ века, такие котлы использовались предприятиями советского оборонного комплекса для нужд ВМФ. Имеющий компактные размеры ионный котел был идеальной моделью для эксплуатации в ограниченных условиях судна. Агрегат полностью справлялся со своей задачей, работал практически бесшумно, а роль теплоносителя в нем выполняла морская вода.

В начале 90-х количество заказов для оборонки от государства резко сократилось, а такая удачная для своего времени разработка, как электрический ионный котел отопления, оказалась не востребованной. Зато ей воспользовались инженеры Ильин А.П. и Кунков Д.Н., доработавшие котел до усовершенствованной «гражданской» версии и получившие в 1995 году патент на свое «детище».

Конструктивные особенности

От обычного котла ионный электродный котел отличается отсутствием ТЭНа, а потому разогрев системы осуществляется полностью за счет характеристик специального теплоносителя. Вместо ТЭНа в агрегате установлен блок с электродами, выполняющий функцию главного нагревательного элемента. Подобная замена позволила решить сопутствующие эксплуатации большинства электрокотлов проблемы недолговечности и невысокой эффективности.

Несмотря на кажущуюся примитивную конструкцию, ионный котел отопления может похвастаться довольно высоким КПД, практичностью в использовании и практически нулевым уровнем аварийности, что для многих частных домовладельцев является решающими факторами в пользу выбора подобного агрегата. Кроме того, при наличии желания и некоторого опыта, смастерить ионный электрический котел можно и своими руками. Достаточно понять принцип его работы, ознакомиться со схематичным изображением конструкции и подготовить необходимые материалы и инструменты.

Итак, внешне такой котел представляет собой покрытую слоем полиамида цельную стальную трубу. К корпусу изделия подведены:

• патрубки ввода/вывода теплоносителя;
• клеммы подачи питания и заземления;
• выполненный из специального сплава и изолированный полиамидными гайками электрод;

Все места разъемов снабжены дополнительной защитой от утечки тока резиновыми прокладками. Как видите, электроизоляции уделяется особое внимание.

Ряд производителей комплектуют свои ионные котлы системами управления автоматического типа. Именно контроллеры, включающие в себя встроенную защиту от скачков напряжения в сети, блок пускателя и электронный терморегулятор, позволяют поддерживать заданную температуру теплоносителя, снижая тем самым энергопотребление. Управление может быть как прямым, так и удаленным, при помощи gsm-каналов (в более дорогостоящих моделях).

Что касается принципа передвижения теплоносителя внутри котла, то различают ионные котлы закрытого и открытого типа.

Обвязка ионного котла в системе отопления

Как мы уже сказали, ионный котел – это просто колба с электродом и патрубками для подключения к контуру. В этом агрегате нет никакого оборудования, которое могло бы регулировать его работу, поэтому все необходимое нужно устанавливать отдельно. Кроме этого, нужно установить обязательные элементы системы отопления, без которых работа герметичного контура невозможна. По итогу, нам нужно установить:

группу безопасности;
термостат;
циркуляционный насос;
расширительный бак;
грязевик;
блок предохранителей.

Естественно, не обойтись без запорной арматуры (шаровые краны) и американок, чтобы котел можно было снять с контура для обслуживания. Все элементы контура нужно размещать правильно. Группа безопасности устанавливается на подаче, за котлом. Все остальное оборудование устанавливается на обратке. Перед самым котлом устанавливается циркуляционный насос, потом грязевик. Нельзя чтобы на крыльчатку наоса попал какой-нибудь мусор, чтобы та не поломалась.

Обязательно нужно сделать качественное заземление. Не шутите с этим, ведь речь о 220 Вт, а в трехфазных котлах всех 380 Вт – может и убить.

Расширительный бак устанавливается перед насосом, где давление стабильное. Не забывайте, что герметичный бак нужно настраивать, иначе в системе будут скачки давления. Датчик термостата устанавливается на обратке, где он снимает показания температуры теплоносителя. Также можно использовать термостаты, которые контролируют степень нагрева воздуха. Таким образом, можно поддерживать в помещении одинаковую температуру независимо от погоды.

Питание от блока с предохранителями подается на электрод котла через термостат. Последний работает как выключатель. Когда вода достигает выставленной температуры, то цепь размыкается, и котел перестает греть теплоноситель. При понижении температуры термостат замыкает цепь, и котел начинает работать.

Обслуживание ионных котлов

Ломаться в электродном котле нечему. Обслуживание ионных котлов, по отзывам, сводится к контролю количества солей в теплоносителе и очистке электрода от накипи. В процессе эксплуатации на электроде оседает накипь. Снять ее можно механическим путем, например, болгаркой со специальной насадкой-щеткой или крупной наждачной бумагой. Чистить нужно до блеска.

Кроме этого, со временем электрод уменьшается в размерах, агрессивная среда его разъедает. Поэтому рано или поздно его нужно будет заменить. Главное, не прозевать этот момент, так как работа котла и безопасность всего оборудования напрямую зависит от этого.

Принцип работы

Принцип работы ионного котла основан на школьном курсе физики. Циркулирующая в системе вода, которая и представляет собой теплоноситель, проходя между катодом и анодом подвергается ионизации и приводит в движение «+» и «-» заряженные ионы. Этот процесс сопровождается выработкой тепловой энергии.

За одну секунду полярность ионов меняется до 50 раз. Постоянная смена полярности исключает разложение теплоносителя на отдельные элементы химические элементы – О и Н2. Возрастающая в котле температура в свою очередь повышает давление, которое и обеспечивает непрерывную циркуляцию воды по отопительному контуру.

Следует учитывать, что использование дистиллированной воды в таком котле невозможно. Сконструированная под морскую воду система не сможет обеспечить электрическую цепь между теплоносителем и электродами, в связи с чем заправлять котел требуется специально предназначенной для этих целей жидкостью. Препятствующая образованию солевых отложений, она защитит трубы от коррозии.

Основные характеристики

С основными техническими характеристиками ионного котла отопления можно ознакомиться ниже:

• Минимальная мощность оборудования не может быть ниже 2 кВт (её хватит для отопления помещений до 80 куб.м.), максимальная достигает 50 кВт (подходит для обогрева больших производственных помещений до 1600 куб.м.);
• Мощность агрегатов с одной фазой варьирует от 2 до 6 кВт, с тремя – от 9 до 50 кВт;
• Своего номинального уровня потребление энергии достигает при 75⁰-ной температуре внутри котла. При температуре, превышающей указанную, энергопотребление вырастает и не соответствует заявленному в техпаспорте.
• Размеры стандартного бытового котла обычно составляют не более 320 мм в диаметре, 600 мм – по длине и 12 кг по весу.

Ионный котёл

Электрическое отопление дома у многих ассоциируется с установкой соответствующих водяных котлов с тэнами, конвекторов или укладкой теплых пленочных полов. Однако вариантов значительно больше. В современных частных домах устанавливаются электродные или ионные котлы, в которых пара примитивных электродов передают энергию теплоносителю без каких-либо посредников.

Впервые отопительные котлы ионного типа были разработаны и реализованы в Советском Союзе, чтобы отапливать отсеки подводных лодок. Установки не становились причиной дополнительных шумов, имели компактные габариты, для них не было необходимости в проектировании вытяжных систем и эффективно разогревали морскую воду, использующуюся как основной теплоноситель.

Носитель тепла, который циркулирует по трубам и попадает в рабочую емкость котла, контактирует непосредственно с электрическим током. Заряженные разными знаками ионы начинают хаотически и соударяясь двигаться. Благодаря образующемуся сопротивлению происходит разогрев теплоносителя.

История появления и принцип работы

В течение всего 1-й секунды каждый из электродов соударяется с другими до 50 раз, меняя свой знак. Благодаря воздействию переменного тока жидкость не делится на кислород и водород, сохраняя свою структуру. Увеличение температуры влечет рост давления, которое заставляет циркулировать теплоноситель.

Чтоб добиться максимальной эффективности электродного котла, придется постоянно следить за омическим сопротивлением жидкости. При классической температуре в помещении (20-25 градусов) оно не должно превышать 3 тысяч Ом.

Нельзя заливать внутрь отопительной системы воду дистиллированную. Она не содержит никаких солей в виде примесей, а значит ожидать ее нагрева таким способом не стоит – между электродами не будет возникать среды для образования электрической цепи.

Дополнительную инструкцию о том как самостоятельно изготовить электродный котел читайте тут

Характеристики: преимущества и недостатки

Для электродного котла ионного типа характерны не только все преимущества электрического отопительного оборудования, но и собственные особенности. В обширном списке можно выделить самые значимые:

КПД установок стремится к абсолютному максимуму – не ниже 95%
В окружающую среду не выделяется загрязняющих веществ или вредного для человека ионного излучения
Высокая мощность в сравнительно небольшом по габаритам с другими котлами корпусе
Возможен монтаж сразу нескольких установок для увеличения производительности, отдельная установка котла ионного типа в качестве дополнительного или резервного источника тепла
Небольшая инертность дает возможность быстро реагировать на изменения окружающей температуры и полностью автоматизировать процесс отопления посредством программируемой автоматики
Нет необходимости в обустройстве дымоходной трубы
Оборудованию не вредит недостаточное внутри рабочей емкости количество теплоносителя
Скачки напряжения не влияют на производительность и стабильность отопления

О том как выбрать электрический котел для отопления вы можете узнать здесь

Безусловно, ионные котлы обладают многочисленными и очень весомыми преимуществами. Если не принять во внимания отрицательные стороны, возникающие чаще в ходе эксплуатации оборудования, вся выгода теряется.

Среди отрицательных сторон стоит отметить:

Для работы ионного отопительного оборудования нельзя использовать источники питания с постоянным током, которые вызовут электролиз жидкости
Нужно постоянно контролировать электропроводность жидкости и принимать меры по ее регулированию
Необходимо позаботиться о надежном заземлении. Если произойдет его пробой, риски быть ударенным током значительно возрастают
Нагретую воду в одноконтурной системе использовать для иных нужд запрещается
Очень трудно организовать эффективное отопление с естественной циркуляцией, установка насоса обязательна
Температура жидкости не должна превышать 75-ти градусов, иначе резко вырастет потребление электрической энергии
Электроды быстро изнашиваются и нуждаются в замене с периодичностью каждые 2-4 года
Нельзя проводить ремонтные и пуско-наладочные работы без привлечения опытного мастера

О других способах электрического отопления дома, читайте тут

Устройство и технические характеристики

Конструкция ионного котла, на первый взгляд, сложна, однако она проста и не принудительна. Внешне он представляет собой стальную цельнотянутую трубу, которая покрывается полиамидным электроизоляционным слоем. Производители постарались максимально обезопасить людей от поражения током и утечек дорогостоящей энергии.

Помимо трубчатого корпуса электродный котел в себе содержит:

Рабочий электрод, который выполнен из особых сплавов и удерживается защищенными полиамидными гайками (в моделях, работающих от 3-х фазной сети, предусмотрено наличие сразу трех электродов)
Вводящие и выводящие теплоноситель патрубки
Клеммы заземления
Клеммы, подающие питание на корпус
Резиновые изоляционные прокладки

Форма внешнего корпуса ионных отопительных котлов – цилиндрическая. Большинство распространенных бытовых моделей соответствуют следующим характеристикам:

Длина – до 60 см
Диаметр – до 32 см
Вес — около 10-12 кг
Мощность оборудования – от 2 до 50 кВт

Для бытовых нужд используются компактные однофазные модели мощностью не более 6 кВт. Их достаточно, чтобы полностью обеспечить теплом коттедж площадью 80-150 м. кв. Для больших промышленных площадей используют 3-х фазное оборудование. Установка мощностью 50 кВт способна отопить помещение до 1600 м. кв.

Однако электродный котел работает наиболее эффективно совместно с управляющей автоматикой, включающей в себя следующие элементы:

Блок пускателя
Защиту от скачков напряжения
Контроллер управления

Дополнительно могут устанавливаться управляющие GSM-модули для удаленного включения или отключения. Низкая инертность позволяет быстро реагировать на колебания температуры в окружающей среде.

Должное внимание стоит уделять качеству и температуре теплоносителя. Оптимальной жидкость в отопительной системе с ионным котлом считается разогретая до 75 градусов. В этом случае электропотребление будет соответствовать указанному в документах. Иначе возможны две ситуации:

Температура ниже 75 градусов – потребление электричества снижается вместе с КПД установки
Температура выше 75 градусов – потребление электричества возрастет, однако и без того высокие показатели КПД останутся на прежнем уровне

Видео руководство

Простой ионный котле своими руками

Ознакомившись с особенностями и принципом, по которому функционируют ионные котлы отопления, настает пора задаться вопросом: как собрать подобное оборудование своими руками? Вначале нужно подготовить инструмент и материалы:

Труба стальная диаметром 5-10 см
Клеммы заземления и нулевого провода
Электроды
Провода
Металлический тройник и муфта
Упорство и желание

Прежде чем начинать соединять все воедино, стоит запомнить три очень важных правила, касающихся безопасности:

На электрод подается исключительно фаза
На корпус подается исключительно нулевой провод
Обязательно предусматривается надежное заземление

Чтобы собрать ионный электродный котел, достаточно следовать следующей инструкции:

Вначале подготавливается труба длиной 25-30 см, которая будет выполнять роль корпуса
Поверхности должны быть ровными и без коррозии, зазубрины с торцов зачищаются
С одной стороны, посредством тройника устанавливаются электроды
Тройник также необходим для организации выхода и входа теплоносителя
Со второй стороны делают подключение к отопительной магистрали
Между электродом и тройником установить изолирующую прокладку (подойдет термостойкий пластик)

Чтобы добиться герметичности, резьбовые соединения должны быть точно подогнаны друг к другу
Чтобы закрепить нулевую клемму и заземление, к корпусу приваривают 1-2 болта

Собрав все воедино, можно врезать котел в отопительную систему. Подобное самодельное оборудование вряд ли сможет отопить частный дом, но для небольших подсобных площадей или гаража станет идеальным решением. Можно закрыть установку декоративным кожухом, при этом стараясь не ограничивать к нему свободный доступ.

Особенности монтажа ионных котлов

Обязательное условие при монтаже ионных котлов отопления – наличие предохранительного клапана, манометра и автоматического воздухоотводчика. Располагать оборудование нужно в вертикальном положении (горизонтальное или под углом недопустимы). При этом около 1.5 м подводящих труб – не оцинкованная сталь.

Нулевую клемму принято располагать внизу котла. К ней подключают заземляющий провод с сопротивлением до 4 Ом и сечением свыше 4 мм. Не следует полагаться исключительно на ОЗУ – оно не способно помочь при утечке токов. Сопротивление также должно соответствовать правилам ПУЭ.

Если отопительная система совершенно новая, подготавливать трубы не нужно – они должны быть чистыми внутри. Когда котел врезается в уже эксплуатируемую магистраль, обязательно проводится промывка ингибиторами. На рынках предлагается большой ассортимент средств для удаления отложений, солей и накипи. Однако каждый производители электродных котлов указывает те из них, которые считает лучшими для своего оборудования. Их мнению следует придерживаться. Пренебрегая промывкой, установить точное омическое сопротивление не удастся.

Очень важно подобрать радиаторы отопления к ионному котлу. Модели с большим внутренним объемом не подойдут, так как на 1 кВт мощности потребуется более 10 л теплоносителя. Котел будет постоянно работать, тратя часть электроэнергии напрасно. Идеальное соотношение мощности котла и общего объема системы отопления – 8 л на 1 кВт.

Если говорить о материалах – лучше устанавливать современные алюминиевые и биметаллические радиаторы с минимальной инертностью. Выбирая алюминиевые модели, предпочтение отдают материалу первичного типа (не переплавленному). В сравнении со вторичным он содержит меньше примесей, снижая омическое сопротивление.

Меньше всего с ионным котлом совместимы чугунные радиаторы, так как они больше всех подвержены загрязнениям. Если возможности заменить их нет, эксперты рекомендуют соблюдать несколько важных условий:

В документах должно быть указано соответствие европейскому стандарту
Обязательны установка фильтров грубой очистки и уловителей шлама
Еще раз производится общий объем теплоносителя и выбирается подходящее по мощности оборудование

Производители и средняя стоимость

Многие производители отопительного оборудования имеют собственные линейки котлов ионного типа. Среди наиболее распространенных по рынку можно отметить следующие брэнды:

«ЭОУ» (Украина)
ООО «Stafor EKO» (Латвия)
ЗАО « (Россия)

Небольшие по мощности ионные котлы (2-3 кВт)стоят около 3000-3500 тысяч рублей. Чем выше буде производительность оборудования, тем больше на него цена. Помимо отопительного оборудования необходима дополнительная автоматика. Она приобретается отдельно и обойдется около 5-6.5 тысяч рублей.

Перед покупкой должное внимание уделяется гарантийному сроку. Большинство производителей устанавливают его равным 2-3 года. Соблюдая эксплуатационные требования и регулярно (каждые 3-4 года) проводя замену электродов, срок службы можно продлить до 10-12 лет.

Подводим итоги

Проанализировав все «за и против» ионного отопительного оборудования, можно сделать вывод о его рентабельности. В некоторых аспектах он выигрывает, в других может значительно проигрывать.

Однако перед выбором отопительных систем, работающих на электрическом оборудовании, стоит учитывать ряд особенностей:

Если радиаторы разделены на группы по этажам, установку ионного котла рекомендуют на каждом из них
Образующие контур трубы рекомендуется укутывать утеплителем
Можно использовать антифриз в качестве теплоносителя, учтя его большую текучесть

Для систем теплый плинтус или теплый пол ионные котлы не подойдут. Выйти на постоянную рабочую температуру 30-45 градусов они не способны.

Плюсы и минусы эксплуатации

Отзывы, основанные на опыте эксплуатации ионных котлов, носят противоречивый характер. И если часть потребителей остаются довольны габаритными размерами, более быстрым по сравнению с традиционным электрическим котлом нагревом теплоносителя, устойчивостью от перепадов напряжения и экономичным использованием, то другие говорят лишь о минусах такого оборудования. К ним относятся:

• обязательное заземление. Риск поражения током в случае пробоя изолятора у такого котла существенно выше, нежели у ТЭНового аналога;
• зависимость от качества теплоносителя, ведь мощность устройства полностью зависит от степени проводимости используемой воды;
• отсутствие возможности работать в аварийном режиме, например, от аккумуляторов, и использование исключительно переменных источников тока;
• запрет на использование воды из одноконтурной системы отопления;
• невозможность использования такого котла для устройства системы теплого пола и пр.

Советы от профессионалов

Установку устройства сделать может каждый, но важно выполнить работу качественно. При этом следует соблюдать ряд правил. Это позволит избежать проблем в работе устройства.

Электродиодный котел должен устанавливаться только в вертикальном положении

Полезные сведения:

Электродный котёл устанавливают только в вертикальном положении. Безопасность эксплуатации обеспечивают отдельным креплением устройства к стене, независимо от остальной системы.
Для заземления используют медный провод диаметром 0,4 мм. Сопротивление не должно превышать 4 Ом.
Нулевую клемму размещают в нижней части котла. Так удобнее крепить провод заземления.
Проводя монтаж ионного котла в эксплуатируемую ранее магистраль отопления, следует провести её очистку. Для этого применяют специальные средства для электродных отопительных систем.

Указанные приёмы выработаны в ходе многолетней практики специалистами. Нежелательно повторять ошибки, чтобы потом переделывать систему. Хозяева, принимая во внимание советы, не затратят дополнительного времени на оптимизацию работы устройства.

Обзор популярных моделей

На сегодняшний день хорошим спросом на рынке отопительного оборудования пользуются котлы производства ЗАО «Галан», «ЭОУ», «Котерм», ООО «STAFOR EKO» и др.

Серия «Очаг» марки «Галан», представленная моделями «Очаг2», «Очаг 3» и «Очаг 5», предназначена для бытового использования и различается размерами и мощностью выпускаемых агрегатов. Довольно популярна и серия ионных котлов «Дачник» марки «Котерм». Котерм М1 Дачник может использоваться для обогрева помещений до 200 куб.м. Имея 3 режима мощности (1,2 / 1,7 / 3,5 кВт), он отличается довольно экономичным энергопотреблением – порядка 1,5 кВт/час.

Надо сказать, что ионные котлы при соблюдении рекомендованных производителем условий эксплуатации рассчитаны на внушительный срок службы – до 10 лет. Замену электродов рекомендуется проводить раз в 2-4 года.

По стоимости такие агрегаты зачастую оказываются намного дешевле других отопительных котлов, что является дополнительным преимуществом в их сторону. Цена ионных котлов начинается от 3000-4000 руб. за самые простые модели. Конечно, оборудование с расширенным функционалом будет стоить куда дороже – от 10 000… 12 000 руб. и более.