Электрокотел для отопления частного дома

Сегодня время высоких технологий не только в ИТ, но и в сфере котельного оборудования. Электрокотел с насосом — это новое техническое решение автономного отопления в системе «Умный дом» для повышения эффективности теплоснабжения, создания комфортных условий проживания и безопасности при эксплуатации. Это направление имеет много энергосберегающих вариантов подключения и возможность интеграции в схему элементов зеленой энергетики – ветрогенераторов и солнечных коллекторов. Целесообразность применения схемы электроотопления и ГВС во многом будет зависеть от правильного выбора оборудования и его обвязки, поэтому пользователю необходимо знать все «подводные камни» этого направления.

Особенности конструкции и принцип работы

Электрический котел (ЭК) с насосом – это источник горячего теплоносителя для отопления и ГВС. В типовой схеме обвязки присутствует: насос, бачок расширительный, блок управления и безопасности, запорно-регулирующая арматура. Последние модификации котлов успешно объединяют все элементы схемы в одном корпусе.

Такая компоновка электрического котла с насосом не только упрощает монтаж и техобслуживание, но и создает современный вид агрегата, который способен успешно вписаться в интерьер любого помещения. Немаловажным фактом такой компоновки, является энергоэффективность, поскольку все рабочие элементы заизолированы в корпусе, что снижает тепловые потери установки и повышает общий КПД.

Несмотря на то, что в такой схеме должен присутствовать расширительный бачок, для слива лишнего теплоносителя, расширяющегося при нагреве воды, не все модели котлов комплектуются таким устройством, поэтому покупателю надо обратить внимание на данное условие при покупке котла электрического в торговой сети.

Циркуляционный насос является обязательным элементом схемы с принудительной циркуляцией и в двухконтурных электрокотлах. Он решает две задачи:

• Циркуляция сетевой воды в контуре для отопления;
• попеременное включение теплоносителя по контурам отопления и ГВС в двухконтурных системах. Когда пользователь открывает кран теплоноситель, проходит через бойлер ГВС, при закрытом кране — через отопительную систему.

В этом моменте существует один нюанс: производитель комплектует ЭК насосом соответствующей мощности с учетом усредненного значения гидравлического сопротивления системы, которая не всегда отражает реальные потери в сетях потребителей. Особенно в случае разноплановости объектов нагрева и разветвленности тепловой сети. Это приведет к тому, что насос просто «не потянет» систему пользователя, и она работать не будет даже с самым дорогим и современным отопителем. Для того чтобы избежать этой негативной ситуации, покупку ЭК с насосом начинают с расчета тепловой схемы отопления, для чего нужно обратиться к специалистам.

Как выглядит электрокотел с насосом

Принцип работы электрического котла — тепло генерируется из электричества в ТЭНах или индукционных элементах с большим омическим сопротивлением. Холодный теплоноситель поступает в ЭК с помощью насоса на обратном трубопроводе, равномерно омывает нагревательные элементы, в связи, с чем быстро повышает свою температуру и выходит из котла в контур отопления и ГВС.

Для того чтобы система работала, в схеме выполняется специальный ввод с защитой по давлению не более 3 бар и установкой обратного клапана. Регулировка процессом нагрева осуществляется с помощью термореле. При достижении теплоносителем рабочего значения температуры датчик отключает питание нагревательных элементов, а при падении – подает ток на ТЭНы.

Схема отопления с электрическим и твердотопливным котлом

Чаще всего электрические котлы для водяного отопления дома устанавливаются в качестве дополнительного источника обогрева в тандеме с твердотопливным нагревателем. В одной из статей мы рассказывали, что устройство твердотопливного котла может иметь конструктивные отличия. Так, выделяют обычные аппараты и длительного горения. В обоих случаях в топку время от времени нужно подбрасывать дрова, уголь и т.д. Соответственно, владелец получается привязанным к дому, а если надо уехать на пару дней? Вот тут-то и пригодится электрический нагреватель.

В схеме отопления электрокотла с тт нагревателем подключение осуществляется параллельно. При этом нужно снабдить каждое кольцо циркуляции:

• электрическим насосом;
• обратным клапаном.

Только в таком случае все будет работать как часы. При этом не имеет значение метод разводки труб, принцип подключения двух нагревателей одинаковый. Естественно, что нужно настроить автоматику и синхронизировать работу насосов и нагревателей. Оба котла должны иметь привязку к своему насосу при этом, не пересекаясь между собой. Принцип такой, что если остановился нагреватель, синхронизированный с ним насос также не должен работать и наоборот.

Плюсы и минусы

Основываясь на опыте эксплуатации разных видов котлов для индивидуального теплоснабжения, специалисты, справедливо, считают, что самым удобным в управлении является электрокотел с циркуляционным насосом.

Преимущества обвязки электрокотлов с насосом:

1. Полная интеграция работы насоса с элементами тепловой схемы.
2. Низкие удельные показатели по собственному энергопотреблению для реализации поставленных задач, они практически не влияют на общие затраты на отопление.
3. Самый высокий КПД среди других источников отопления до 99%.
4. 100 % автоматизация технологических процессов.
5. Экологичность – отсутствие вредных выбросов в атмосферу.
6. Низкие удельные коэффициенты материалоемкости, нет необходимости устанавливать дорогостоящее оборудование на дымоотвод, создавать тягу в котле и организовывать подачу воздуха в камеру сгорания.

Справедливости ради, необходимо отметить, что система обладает одним очень существенным недостатком — высокая стоимость электроэнергии на технологию генерации тепла. Существует несколько вариантов для снижения затрат на электроэнергию:

1. Эффективная теплоизоляция объекта отопления.
2. Использование комбинированной выработки тепла с включением в схему вторичных источников энергии: гелио, ветра, водяных тепловых насосов.
3. Переход на многатарифныйучет электроэнергии с включением в схему теплоснабжения – бака-аккумулятора для нагрева воды в период действия льготного тарифа.

Используемые материалы

Материалы для схемы обвязки электрического котла должны обеспечивать безопасную эксплуатацию оборудования и соответствовать требованиям государственных норм и стандартов по эксплуатации, правилам технической и безопасной эксплуатации электроустановок потребителей.

Требования к обвязке электрических котлов отопления:

• Электропитание выполняется медным проводом с сечением, обозначенном в паспорте;
• заземление, должно быть выполнено в соответствии с требованиями ПУЭ, и ежегодно проверятся на работоспособность;
• должен быть установлен отдельный кабель с автоматическим защитным выключателем;
• запрещено использовать в качестве заземляющего контура системы газа, воды и канализации.

Прежде чем выбрать материал для обвязки электрического котла нужно ознакомиться с его техническими возможностями, влияющими на особенность эксплуатации электроотопления. Для труб важными характеристиками являются теплоизоляционные свойства, возможность выполнения сложной конструкции и стоимость обвязки. Наиболее распространёнными решениями по обвязке стали полипропилен или медные трубы.

Обвязка медными трубами

Выполнение монтажа с помощью медных труб требует от исполнителей определенного опыта, а от пользователей – значительные материальные средства. Преимущества медных труб:

1. Высокий коэффициент теплоотдачи меди – нагрев помещения осуществляется не только приборами нагрева, но и трубной системой обвязки.
2. Высокая антикоррозионная защита, хотя трубы со временем и покрываются тонким слоем коррозии, но он не влияет на эксплуатационные качества.
3. Нет угрозы разрыва трубопроводной системы от замерзания. Это связано с тем, что медь более пластичная и выдерживает нагрузки при замерзании без нарушения целостности.

Обвязка электрического котла медными трубами

• Высокая стоимость монтажа;
• не допускается заглубление медных труб в стену;
• необходимость высококачественной изоляции;
• защита от блуждающих токов, воздействие, которого на медь губительно.

Обвязка полипропиленовыми трубами

Многие пользователи считают полипропилен идеальным вариантом обвязки ЭК. Этот вариант труб укрепляется стекловолоконным армированием для устойчивости к нагреванию. Гладкая, антикоррозионная внутренняя поверхность труб обеспечивает отличную скорость циркуляции греющей воды. Технология монтажа с использованием специального сварочного оборудования обеспечивает высокое качество работ без протечек теплоносителя. При подготовке тепловой схемы отопления и разбивке ее на участки нагрева, следует учитывать особенности пластика — высокий коэффициент расширения и теплопотери. Поэтому не рекомендуется выбирать участки с большой протяженностью труб.

Соединение полипропиленовых труб выполняют 2 способами: пайка и с использованием фитингов. Первый метод наиболее надежный, практически не допускает утечек, второй – менее надежный, даже при незначительном смещении, – начинается просачивание горячей воды.

Современные полипропиленовые трубы отличаются длительными сроками эксплуатации – 40 и больше лет и высокопрочностью, способны легко выдерживать давление среды до 25 Бар. Последние модификации этих труб, получили защиту от чрезмерного расширения, сегодня даже нагрев теплоносителя до 95 С не вызывает деформацию.

Критерии выбора

Выбор оборудования зависит от нескольких факторов, но базовой является тепловая мощность объекта. Точный расчет может выполнить только специализированная организация. Но для прикидочного расчета используют простое соотношение мощности и площади нагрева для центральных районов, например, в Москве: для 10 м2 – требуемая мощность 1 кВт.

Следующий критерий – схема подключения, которая зависит от возможности абонентского ввода электросети в дом, напряжения и количество фаз. Для небольшого котла в 6 кВт (объект до 60 м2) можно выполнять подключение к однофазной сети 220В, а ЭК большей мощности потребуют трёхфазные сети (380 В). Многие производители выпускают агрегаты с возможностью подключения, как к трехфазным, так и однофазным сетям.

При выборе электрокотела с насосом нужно учитывать тепловую мощность

Следующий фактор — система безопасности она должна справляться с такими угрозами, как низкое или высокое давление сетевой воды, перегрев ТЭНа или замерзании воды. Управление ЭК выбирают из трех вариантов: ручное, цифровое или программируемое. Желательно выбрать агрегат с регулировкой мощности. В бюджетных моделях она ступенчатая, а в устройствах с программаторами — плавная.

В этом случае на основании данных датчиков давления и температуры, программное обеспечение позволяет автоматически установить режим. При использовании многотарифного счетчика максимальная нагрузка на котел будет действовать с 23:00 до 07:00. Немаловажное значение имеет наличие вспомогательных устройств в комплекте с насосом и расширительным баком: датчиков температур и давления, арматуры и манометров.

Электродные котлы

Ионные котлы ‒ еще одно название этих котлов. Принцип их работы заключается в использовании теплоносителя, обладающего электропроводностью. Электроды, на которые подается напряжение частотой 50 Гц, ‒ неотъемлемые конструктивные элементы такого устройства. Двухфазная или трехфазная сеть переменного тока обеспечивает работу таких нагревателей. Трехфазный вариант применяется для устройств большей мощности и увеличенных габаритов.

Корпус заземляется и играет роль одного электрода. Надежное заземление ‒ непременное условие безопасной работы котла. Заземление требует затрат.

Второй электрод — стержень из металла. Он помещается в емкость, где циркулирует электролит.

После подключения переменного напряжения молекулы теплоносителя начинают хаотически перемещаться и сталкиваться. Высвобождающаяся энергия нагревает электролит. Далее он распределяется по приборам отопления и, передав тепло, снова поступает в зону нагрева.

В таблице 1 нижние границы удельных параметров мощности относятся к небольшим агрегатам. Нижние границы удельной стоимости, напротив, относятся к мощным устройствам. Данные приводятся без учета затрат на системы автоматического управления, которые существенно экономят электричество.

Параметр	Значение
Длина	до 60 см
Диаметр	до 32 см
Мощность	2-50 кВт
Оптимальная температура	75 С
Удельная мозность	0,35 + 0,5 кВт/кг
Удельная стоимость	0,28 + 2 тыс.руб./кВт

Мощность котла при разогреве увеличивается из-за уменьшения сопротивления электролита при повышении его температуры. Продолжение нагрева требует все большей мощности. Температура жидкости поэтому, директивно ограничивается. Предельно допустимое значение определяется свойствами жидкостей и параметрами котлов. Низкие температуры переносящей тепло жидкости по сравнению с нормами для отопительных радиаторов (например, 50ºС для котлов против 90ºС для алюминиевых радиаторов) увеличивают площади радиаторов. Затраты, связанные с этим, ‒ плата за использование электродного котла.

Рабочие процессы в электродных котлах вызывают изменения свойств теплоносителя. Его приходится своевременно менять, чтобы не увеличивалась потребляемая мощность. Это еще одна статья затрат.

Блуждающие токи, появляющиеся в электродных котлах, вызывают электрохимическую коррозию конструктивных элементов даже из нержавеющей стали. Постепенное растворение электродного стержня добавляет забот. Удорожание эксплуатации ‒ последствие этих обстоятельств.

Электродные котлы просты в эксплуатации, очень надежны, занимают мало места, не шумят, комплектуются совершенными устройствами автоматики, обладают широкой линейкой мощности, безопасны в работе. Выбор электродного котла — лучшее решение для тех, кому нужно быстро нагреть жилой дом (например, приезжая на дачу зимой). По скорости нагрева это чемпион. Эти котлы можно собирать в каскады, увеличивая общую мощность до нужных пределов.

Электродные котлы — инновационная продукция. Их выпускают венчурные производители. Известные фирмы предпочитают ТЭНы.

Расчет мощности оборудования

После того, как будет выполнен расчет тепловой схемы, установлено количество контуров, протяженность сети и выбрано точка для размещения источника, приступают к выбору параметров ЭК. В торговой сети они реализуются с мощностью от 2 до 70 кВт, причем устройства с тепловой производительностью более 50 кВт применяются для промышленных объектов.

Расчет мощности поручают выполнить специальной организации, используют онлайн калькуляторы или рассчитывают по формуле: Wк=(SхWуд)/10, где:

Wк – тепловая мощность агрегата, кВт; S – общая отапливаемая площадь, м2; Wуд – удельнаямощность на 1м2 площади, зависит от климатического района установи: для южных регионов 1.0, для центральных – 1.1 – 1.15, для северных – 1,2.

Пример расчета: Климатический район – центр России. Площадь нагрева – 160 м2. Тепловая мощность: (160∙1,1)/10=17,6≈18 кВт.

Этот расчет вполне подойдет для одноконтурной схемы теплоснабжения, то есть только для отопления. В двухконтурных схемах с горячим водоснабжением потребуется провести дополнительный расчет на нужды ГВС, с учетом СНИПовских норм потребления горячей воды и числа пользователей услуг.

Следующий расчет, который потребуется в электроотоплении – расчет электросети для подключения агрегата. Неправильно выбранный кабель будет сильно перегревается при работе, с созданием аварийной пожароопасной ситуации. Для прикидочного расчета можно взять простое соотношение — ток в 1 А потребует сечения 1 мм2. Пример расчета для определения площади сечения кабеля электрокотла:

Мощность – 6 кВт; Сеть однофазная 220В. Расчетная формула площади сечения проводника мм2: S= Wк/(U∙I). U – 220 В, I – 8 А. Расчет: S= 6000/(8∙220)=3,41 мм2

Это довольно приближенный расчет, потребуется еще учитывать материал кабеля и его протяженность.

Все работы по установке электрооборудования должны проводиться с полным соблюдением требований отраслевых норм и стандартов, а также правил безопасности:

1. Запрещена установка агрегата в непосредственной близости с водопроводом или источником воды.
2. При монтаже соблюдают рекомендованные строительные расстояния между агрегатом и конструкциями.
3. Требуется обязательное подключение ЭК к контуру заземления.
4. Установка настенного устройства выполняется на стену из негорючих материалов.
5. Запрещена прокладка силовых кабелей под отопительными или водопроводными трубами. В местах возможного пересечения инженерных сетей устанавливается защитный металлический кожух.

Электрокотел с насосом необходимо устанавливать с полным соблюдением всех правил безопасности

Нюансы монтажа

Прежде всего, следует сказать, что существует два типа систем с электрическим теплогенератором:

1. С естественным давлением на теплоноситель (электрокотел располагается внизу цепи).
2. С принудительной циркуляцией (видео с подробным разбором установки насоса вы можете найти на сайте). Возможно расположение котла в любой точке цепи (за исключением самой высокой).

Многие владельцы частного дома устанавливают не один, а два электрокотла. «на всякий случай». Если резервное устройство работает не на всю мощность, то монтаж электрического котла производится параллельно, так, чтобы оба генератора работали с одинаковой силой.