Электрические котлы

Электрические котлы

Электрические отопительные котлы(Рис. 3.13) одно время устанавливались очень часто в загородных домах – когда электроэнергия была относительно дешева. Но с подорожанием энергоносителя электрические отопительные котлы стали применяться все реже, и теперь их используют в основном в качестве альтернативного источника тепла, то есть как запасное оборудование, на случай выхода из строя основного котла. К сожалению, отключения электроэнергии происходят в сельской местности гораздо чаще, чем исчезновение других видов энергоносителя.

Рис. 3.13.Электрический котел: 1 – блок нагрева; 2 – расширительный бак; 3 – циркуляционный насос; 4 – блок управления

Электрические отопительные котлы обладают рядом несомненных преимуществ, которые и обеспечили им популярность: они работают бесшумно, не требуют дополнительной звукоизоляции, дополнительного помещения для хранения топлива, нет неприятного запаха (как в случае с котлом, работающим на жидком топливе), им не нужен дымоход, они могут устанавливаться практически в любом помещении (для экономии места электрический котел можно даже повесить на стену); за счет отсутствия открытого пламени повышается безопасность котла, при использовании наружного накопительного бойлера с помощью электрического котла можно обеспечить не только отопление, но и горячее водоснабжение дома.

Монтаж электрических отопительных котлов в систему отопления довольно прост, а монтажные схемы обычно имеются в паспорте на котел. Единственное непреложное требование: должен быть обеспечен доступ к котлу для обслуживания и, при необходимости, ремонта. Специалисты рекомендуют устанавливать электрические котлы так, чтобы нижний патрубок располагался ниже, чем отопительные радиаторы, – таким образом улучшается циркуляция воды в системе отопления (Рис. 3.14, 3.15).

Рис. 3.14.Схема подключения электрического котла с открытым расширительным баком: 1 – электрический отопительный котел; 2 – напорный стояк; 3 – открытый расширительный бак; 4 – отопительные радиаторы; 5 – циркуляционный насос; 6 – запорная арматура

Внимание

Подключение электрического котла должно быть выполнено через УЗО (устройство защитного отключения), за исключением электродного электрического котла.

Современные электрические отопительные котлы снабжаются различными датчиками и сервисным оборудованием для удобства эксплуатации и повышения комфорта (Рис. 3.16). Так, автоматизированная система управления позволяет регулировать температуру воздуха в помещении, при этом точность составляет +0,5?°C. Имеется возможность ступенчатой регулировки мощности, управления циркуляционным насосом, внешняя индикация позволяет оценивать работу котла и т. д. Кроме того, большинство производителей оснащают электрические отопительные котлы релейной системой управления, что снижает чувствительность оборудования к перепадам напряжения в сети (особенно актуально для сельской местности России, где перепады напряжения – дело обычное). Современные электрические котлы могут использовать в качестве теплоносителя как воду, так и антифриз – выпускаются различные варианты.

Рис. 3.15.Схема подключения отопительного котла с закрытым расширительным баком: 1 – электрический отопительный котел; 2 – закрытый расширительный бак; 3 – отопительные радиаторы; 4 – циркуляционный насос; 5 – вентиль; 6 – запорная арматура

Примечание

Выбирая электрический котел, следует учитывать, что котлы различных производителей могут существенно отличаться друг от друга не только по внешнему исполнению, но и по сервисным функциям.

Рис. 3.16.Схема электрического котла с сервисным оборудованием: 1 – бак; 2 – циркуляционный насос; 3 – основание; 4 – крышка бака; 5 – ТЭНы; 6 – предохранительный клапан; 7 – кран удаления воздуха; 8 – аварийный термовыключатель; 9 – пускорегулирующий блок; 10 – панель управления; 11 – термоманометр; 12 – переключатель мощности; 13 – сигнальная лампочка «Сеть»; 14 – сигнальная лампочка «Перегрев»; 15 – терморегулятор капиллярный

К минусам относится не слишком демократичная цена оборудования, а также высокая цена энергоносителя (которая продолжает возрастать). Кроме того, электрический отопительный котел потребляет довольно много энергии, и даже при отсутствии проблем с эксплуатационными расходами можно столкнуться с ситуацией, что такое количество энергии просто не выделят на дом (в сельской местности это не редкость, мощности подстанций ограниченны) или придется отказываться от использования каких-либо других электроприборов и электрооборудования, чтобы обеспечить котел необходимым количеством энергии. Чтобы снизить затраты на отопление, современные электрические котлы оснащаются датчиками, которые обеспечивают автоматическое включение и отключение котла в зависимости от заданной температуры воздуха – это позволяет минимизировать расходы, но они все же остаются довольно высокими, особенно если сравнивать с отопительным оборудованием, использующим другой энергоноситель.

Примечание

Тем, кто всерьез обеспокоен экономичностью отопления и электрозависимостью современного отопительного оборудования, рекомендуется обратить внимание на альтернативные источники энергии: солнечные батареи и ветрогенераторы. При грамотном использовании таких источников можно установить любой электрозависимый отопительный котел и совершенно не волноваться за стоимость электричества или за перебои с подачей электроэнергии.

Еще одна проблема с электрическим отопительным котлом: питающее напряжение 220 В ограничивает мощность котла 5 кВт, то есть можно обогреть помещение максимальной площадью 50 м ²при невысоких потолках. Это в лучшем случае – маленький дачный домик, ведь отапливаемая площадь – не только жилые помещения, но и прихожая, ванная комната, санузел, кухня и т. д. Для отопления загородного дома, даже небольшого, такой мощности явно не хватает. А для установки котла мощностью, превышающей 5 кВт, требуется питание от трехфазного напряжения 380 В. Чтобы установить такое, нужно наличие специальных разрешений и многое другое, даже специфическая прокладка кабеля. Соответственно расходы на организацию отопления возрастают. Из-за подобных проблем электрические котлы и используются по большей части как вспомогательное отопительное оборудование, а в качестве основного котла устанавливаются в том случае, если не предвидится проблем ни с финансами, ни с электроэнергией.

По принципу работы можно выделить три типа электрических котлов: ТЭНовый, электродный и индукционный.

ТЭНовые электрические котлы– это котлы, в которых основным элементом является ТЭН, то есть трубчатый электронагреватель. Его задача – преобразование электрической энергии в тепловую и передача ее теплоносителю (Рис. 3.17).

Рис. 3.17.Устройство ТЭНа: 1 – трубки из стали или меди; 2 – спираль; 3 – диэлектрический наполнитель; 4 – изолятор

ТЭН нагревается по тому же принципу, что и обычная электрическая лампочка: внутри находится спираль, обладающая большим электрическим сопротивлением, которая разогревается под действием электрического тока. Температура, до которой разогревается спираль ТЭНа, велика – +1200… +1500?°C. Спираль передает тепло окружающему ее наполнителю-диэлектрику, который выводит его на поверхность трубки. Температура на поверхности трубки достигает +800?°C.

Принцип работы ТЭНового электрического котла очень прост: теплоноситель нагревается под действием ТЭНа, а затем прокачивается по отопительной системе. ТЭНовые электрические котлы оснащаются автоматическим стравливателем воздуха (Рис. 3.18).

Рис. 3.18.ТЭНовый электрический котел: 1 – ТЭН; 2 – теплообменник; 3 – циркуляционный насос; 4 – автоматический стравливатель воздуха; 5 – вход теплоносителя в котел; 6 – выход теплоносителя из котла

ТЭНовые электрические котлы просты в обслуживании, могут работать на перегретой воде, функционировать и при выходе из строя одного ТЭНа, а мощность котла определяется только напряжением сети и не зависит от вида теплоносителя (возможно с равным успехом использование как воды, так и антифризов). Немаловажным плюсом ТЭНовых электрических котлов является их электробезопасность – по сравнению с другими видами электрических котлов, так как основной электроприбор (нагревательная спираль) не имеет контакта с теплоносителем.

К недостаткам ТЭНовых котлов относится небольшой срок службы, отнюдь не демократичная стоимость (в ТЭНовых котлах используются дорогостоящие материалы, что приводит к высокой стоимости самого изделия). Проблему также представляет накипь, которая образуется при применении в отопительной системе жесткой воды: при наличии накипи более 3 мм ухудшается охлаждение ТЭНа, что приводит к его перегоранию. В результате возникает необходимость использовать в отопительной системе с ТЭНовым котлом воду, прошедшую водоподготовку для уменьшения жесткости, а применение умягчителей воды или дистиллированной воды существенно увеличивает эксплуатационные расходы на отопительную систему. Минусом ТЭНовых электрических котлов является и низкая ремонтопригодность: если ТЭН выходит из строя, то его отремонтировать невозможно, а приходится производить полную замену.

Электродные электрические котлыработают за счет электропроводности воды: вода может проводить электрический ток, в результате чего нагревается (Рис. 3.19).

Рис. 3.19.Принцип работы электродного котла: 1 – катод; 2 – анод; 3 – подача теплоносителя; 4 – выход теплоносителя

На рынке представлены электродные электрические котлы как однофазные, так и трехфазные, мощностью 3–16 кВт. Их основным преимуществом является низкая стоимость. К плюсам электродных котлов относятся простота конструкции, компактные размеры, нетребовательность к жесткости воды (при появлении накипи может снизиться мощность котла, но разрушения электродов не происходит), высокий КПД, малая инертность, нечувствительность к перепадам напряжения (при перепадах напряжения изменяется мощность котла, но не происходит отключения).

К недостаткам электродного электрического котла относится высокий риск поражения электрическим током (теплоноситель непосредственно контактирует с электродами). Невозможно применение устройства защитного отключения (УЗО), и котлу требуется хорошее заземляющее устройство, что удорожает всю систему. Минусом электродного котла является также невозможность применять в качестве теплоносителя жидкости с низкой точкой замерзания. В процессе эксплуатации электроды могут растворяться, а химический состав теплоносителя – изменяться, это приводит к снижению мощности котла. Выделяющиеся электролизные газы могут не только завоздушивать систему отопления, но и быть ядовитыми. В электродных котлах редко применяется регулировка мощности, так как подобное устройство существенно усложняет конструкцию прибора и удорожает его.

Еще одним недостатком электродных котлов является невозможность их использования для организации одноконтурной системы теплоснабжения. Существуют и определенные проблемы с эксплуатацией электродных котлов: требуется постоянно контролировать потребляемый ток, а также обладать знаниями по электропроводности воды. Подобные недостатки привели к тому, что в Европе электродные электрические котлы запрещены не только к применению, но даже к производству в качестве обогревательного оборудования, разрешены производство и эксплуатация таких котлов только в качестве специализированного оборудования (например, при процессах стерилизации), и эксплуатационным обслуживанием занимается специально обученный персонал. На постсоветском пространстве электродные котлы продолжают производиться и эксплуатироваться в качестве обогревательного оборудования из-за их низкой цены.

Индукционные электрические котлыпредставляют собой наиболее сложную из всех видов электрических отопительных котлов конструкцию. Нагрев теплоносителя в таких котлах происходит за счет явления электромагнитной индукции, и сам котел состоит из двух контуров: магнитной системы и теплообменного устройства (Рис. 3.20).

Рис. 3.20.Устройство индукционного электрического котла: 1 – металлический корпус; 2 – металлический лабиринт; 3 – катушка индуктивности; 4 – вход теплоносителя; 5 – выход теплоносителя

Внутри индукционной катушки находится нагреватель, представляющий собой металлический лабиринт, выполненный из бесшовных труб. При создании индукционной катушкой магнитного поля этот лабиринт разогревается, а теплоноситель, циркулирующий в системе (циркуляция осуществляется за счет насоса), нагревается в лабиринте.

Так же, как и в ТЭНовых котлах, в индукционных котлах теплоноситель не имеет прямого контакта с электроприборами, и такие котлы обладают высокой электробезопасностью. К плюсам индукционных котлов относится также малая инерция – они быстро выходят на рабочий режим (инерция индукционных котлов значительно ниже, чем, например, ТЭНовых). Индукционные котлы очень надежны, их надежность повышается за счет отсутствия нагревательных элементов. Они могут работать с любым теплоносителем. Немаловажным плюсом является и отсутствие разъемных соединений – в индукционных котлах невозможно возникновение течи. Еще один плюс: в таких котлах практически не образуется накипь.

А вот цена на индукционные электрические котлы не слишком радует: они стоят дороже, чем остальные виды электрических котлов. Кроме того, эти котлы обладают самыми большими габаритами и весом. Существуют также проблемы в устройстве плавного регулирования мощности.

Некоторые требования, предъявляемые к котлам, приведены в табл. 3.2, 3.3.

Таблица 3.2.

Требуемое сечение кабеля для электрокотла [8]

Таблица 3.3.

Допустимый ток предохранительных автоматов [9]