Электрические котлы

для автономного отопления

 

А.Невзоров

 

 

 

Преимущества и недостатки

 

В отличие от котлов, работающих на различных видах топлива (природный газ, нефтепродукты, уголь или древесные отходы), электрические котлы обладают рядом особенностей, которые при определенных условиях компенсируют высокую стоимость электроэнергии как основного ресурса. Отметим, впрочем, что речь в данной статье пойдет о котлах мощностью от 2 до 50 кВт, используемых в бытовых отопительных системах; при большей мощности влияние рассматриваемых факторов может быть несколько иным.

Так, электрические котлы характеризуются сравнительной простотой устройства: они компактны и не требуют специально оборудованного места для установки, не ставят владельца перед необходимостью решения проблем доставки и хранения топлива (как жидко- и твердотопливные котлы, а также котлы на сжиженном газе), удаления золы и шлака (как твердотопливные котлы). В плане удобства эксплуатации конкуренцию электрокотлам составляет лишь отопительное оборудование на магистральном природном газе, подводка которого требует времени и капитальных вложений, да и возможна далеко не всегда.

В отличие от котлов других видов, электрическим не требуется устройства дымохода и подвода воздуха в камеру сгорания (как снаружи, так и из помещения); их работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу (в месте эксплуатации котла) и не сопряжена с опасностью отравлений и взрыва при утечке газа, воспламенения иного топлива.

Добавим, что значение фактора высокой стоимости электроэнергии можно частично снизить за счет наличия в большинстве регионов двухтарифной системы ее оплаты (объект должен быть оснащен соответствующими приборами учета). Существуют различные способы  аккумулирования тепла во время действия сниженного тарифа; например, в бетонной стяжке системы напольного отопления или за счет нагрева большого количества воды для ГВС.

С точки зрения принципиального устройства, в настоящее время существуют две основные разновидности электрокотлов: ТЭНовые и электродные. Подавляющее большинство из представленных на рынке – ТЭНовые. Будет вполне логично вначале кратко остановиться на устройстве электродных котлов, а потом более детально рассмотреть ТЭНовые.

 

 

Электродные котлы

 

Принцип действия электродных котлов основан на непосредственной передаче электрической энергии молекулам воды (теплоносителя) на ионном уровне. Напряжение, прилагаемое к помещенным в воду электродам, ионизирует ее, однако явления электролиза не наблюдается, так как катод и анод постоянно меняются местами с частотой электрической сети. Количество выделяющегося при этом тепла можно определить в результате простого расчета, согласно закону Джоуля-Ленца:

Q=C∙J∙2∙R∙t,

где Q– выделяемое тепло, кал;

J– сила тока, А;

R– сопротивление котловой воды, Ом;

t– время прохождения тока, с;

С – электрический тепловой эквивалент (для воды  - 0,24 кал/Дж).

Конструктивно электродный котел представляет собой емкость с размещенными в ней электродами и действует как проточный водонагреватель. Главной особенностью всех электродных котлов является очень высокий (порядка 96-98%) коэффициент полезного действия.

Вода в электродных котлах одновременно является и теплоносителем, и элементом электрической сети, поэтому должна обладать как определенной проводимостью (чтобы существовал электрический ток), так и определенным сопротивлением (во избежание короткого замыкания). Скажем, дистиллированную воду в электродных котлах использовать нельзя, вследствие ее малой проводимости. Некоторые компании-производители предлагают для систем с электродными котлами специальные составы.

Еще одной особенностью данных приборов является их способность самонастраиваться в зависимости от заданной потребителем температуры теплоносителя и его количества в отопительном контуре, выходя на равновесный режим с некоторой задержкой. Это связано с тем, что по мере разогрева теплоносителя уменьшается его сопротивление. Электродные котлы сами отключаются от электросети при коротком замыкании, утечке теплоносителя и превышении заданной температуры.

 

 

ТЭНовые котлы

 

В отличие от электродных, ТЭНовые котлы относятся к аппаратам косвенного действия. Для нагрева теплоносителя в них используются трубчатые  электронагреватели (ТЭНы). Конструктивно ТЭН представляет собой прочную металлическую оболочку из стали, алюминия или титана с размещенной внутри нихромовой спиралью и контактными стержнями. От оболочки спираль отделена спрессованным диэлектрическим наполнителем: периклазом (оксидом магния MgO) или кварцевым песком, обладающими хорошей теплопроводностью. Для предохранения от попадания внутрь ТЭНов влаги их концы герметизируются.

По конфигурации ТЭНы разделяют на двухконцевые, когда контактные выводы расположены с двух сторон, и одноконцевые – с контактными выводами, расположенными по одну сторону нагревателя. В электрических котлах, как правило, используют одноконцевые ТЭНы, или, как их еще называют, - патронные. Тот факт, что ТЭНы взрывобезопасны, является одной из привлекательных эксплуатационных характеристик электрокотлов. Но, с другой стороны, ТЭН может выйти из строя по причине нестабильности работы электросетей или перегрева из-за наличия коррозионных отложений, так что, выбирая котел, нелишне поинтересоваться, насколько трудоемка и накладна в финансовом отношении  процедура замены ТЭНа.

Принцип устройства ТЭНовых котлов рассмотрим на примере прибора «Скат» словацкой фирмы Photherm. Внутри емкости-теплообменника размещаются один или несколько ТЭНов. Как правило, в качестве материала для емкости производители используют обычную углеродистую сталь, но некоторые фирмы отдают предпочтение меди, нержавеющей или оцинкованной стали, обладающим большей коррозионной стойкостью и позволяющим применять в качестве теплоносителя бытовые антифризы. (Кстати, в последнее время все больше потребителей склоняются к тому, чтобы в условиях нашей зимы и нестабильности источников энергии использовать в качестве теплоносителя не воду, а незамерзающие жидкости. Снаружи емкость покрывают теплоизолирующими материалами.

Бытовые ТЭНовые электрокотлы выпускаются мощностью от 4 до 50 кВт. Приборы мощностью до 10 кВт чаще изготовляют в однофазном или трехфазном исполнении. В диапазоне свыше 10 кВт большинством производителей предлагаются трехфазные модели. Электроподключение котлов должно проводиться лицами, имеющими соответствующее разрешение на проведение данного вида работ.

Рассматривая вопросы, связанные с размещением котла, не следует забывать, что некоторые из них (в основном – отечественные) имеют выносные пульты управления. Электрические котлы, представленные на рынке, как правило, одноконтурные, но есть и двухконтурные модели.

 

 

Средства регулирования и арматура

 

Одной из важнейших характеристик электрических котлов является возможность регулирования их мощности, осуществляемого обычно путем изменения количества одновременно задействованных ТЭНов. Переключатели мощности позволяют более экономно расходовать электроэнергию в зависимости от времени суток, для недели и времени года. Фирмы-изготовители предусматривают для своих котлов от одной до четырех ступеней регулирования в ручном и автоматическом режимах. Как правило, переключатели ступеней со световыми индикаторами выводятся на панель управления котла.

В настоящее время у разных производителей встречаются модели как на основе схем с магнитными пускателями, так и более современные, когда коммутация осуществляется бесконтактным методом – посредством полупроводниковых элементов. Бесконтактная коммутация дает ряд преимуществ: повышенная надежность, бесшумность работы, большая устойчивость к колебаниям питающей электросети и др.

Как альтернативу моделям со ступенчатым регулированием мощности можно отметить котлы с плавной автоматической регулировкой мощности методом фазового управления. По утверждению производителя, данный способ обеспечивает экономию электроэнергии, увеличения срока службы ТЭНов, более равномерное распределение нагрузки по фазам, отсутствие скачков напряжения.

Отдельные фирмы, например Kospel(Польша), предусматривают в конструкции некоторых своих моделей возможность плавного регулирования температуры теплоносителя в пределах каждой ступени мощности.

Как правило, все производители оснащают свои модели рабочими термостатами и термостатами безопасности, рабочими манометрами и термометрами. Управление может осуществляться как в ручном режиме, так и с помощью автоматики регулирования температуры теплоносителя и (или) поддержания заданной потребителем температуры воздуха в помещении. Котлы оснащаются программаторами, с помощью которых можно задавать суточный и недельный температурный режимы. Существуют также модели с переключателями режима «зима-лето». Все больше изготовителей оборудуют электрокотлы микропроцессорными устройствами, позволяющими более точно осуществлять контроль и регулирование заданных параметров в автоматическом режиме.  Электрокотлы, оснащенные микропроцессорными устройствами, поставляет на рынок фирма Kospel– в серияхEpco.Lи Epco.Lp.

В некоторых моделях предусматривают имитацию релейного режима с трехступенчатым изменением загрузки для тех случаев, когда в связи с неудовлетворительным состоянием электросетей работа в прямом микропроцессорном режиме может вызвать мерцание осветительных приборов.

Степень оснащенности электрических котлов элементами управления, регулирования и безопасности у разных производителей может меняться в достаточно широких пределах; при выборе прибора на этот момент нужно обратить особое внимание. То же качается и основных элементов отопительного контура: циркуляционных насосов, расширительных баков, фильтров, предохранительных и воздушных клапанов. К примеру, одни производители включают в конструкцию своего котла циркуляционный насос, другие – ограничиваются колодкой для его подключения или автоматикой управления его работой.

 

<< Вернуться назад