Электрокотлы в схемах отопления и ГВС

Д. Сытов

Современный рынок оборудования тепло- и горячего водоснабжения представлен различными технологиями, использующими в качестве топлива газ, твердое топливо и другие источники энергии. Одним из перспективных в украинских условиях является использование электричества. О том, как применять соответствующее оборудование с наибольшей эффективностью и пойдет речь в данном материале

Электрический котел традиционно является альтернативой газовым и твердотопливным источникам тепла. Также популярность электрокотла основана на возможности его использования как дополнительного оборудования в комбинированных системах отопления и ГВС (горячего водоснабжения). Об экономичности электрических теплогенераторов и их энергоэффективности можно судить по коэффициенту полезного действия (КПД), который напрямую отражает количество затраченной энергии на получение единицы тепла. В электрических котлах КПД находится в пределах от 95 до 98%, не более, а все уверения производителей о некоем «новейшем и инновационном» котле с большим КПД, не что иное, как маркетинговые хитрости. Но и эти цифры свидетельствуют о том, что использование такого оборудование в качестве источника тепла и горячей воды достаточно оправдано.

Классификация

Электрические котлы различаются по способу нагрева теплоносителя в системе отопления. На сегодняшнем рынке отопительного оборудования они представлены тремя основными видами: ТЭНовыми котлами, электродными и индукционными. Каждый из них имеет как свои преимущества, так и соответствующие недостатки.

В свою очередь, каждый вид электрических котлов делится на группы. По способу питания разделяют однофазные (220 В) и трехфазные (380 В) котлы. По функциональности теплогенераторы распределяются на одноконтурные (отопительные) и двухконтурные (отопление + горячая вода).

Но основными причинами популярности электрических котлов для создания автономного отопления и комбинированных систем ГВС как в домах, так и в городских квартирах является то, что для них не нужно отдельного помещения, им не нужна принудительная вентиляция и разрешение на установку этого оборудования не требуется. Главным условием для их нормальной работы является соответствие электропроводки с мощностью выбранного оборудования.

Традиционные ТЭНовые

Каждый знаком с принципом работы обычного электрического чайника. Электрический ТЭН — расшифровывается как трубчатый электрический нагреватель — нагревает воду в чайнике буквально за несколько минут. Точно по такому же принципу теплоноситель в электрическом котле прогревается ТЭНами до заданной температуры и подается в систему отопления. Только происходит это в проточном режиме, хотя в котле все равно имеется емкость — теплообменник, — где и происходит сам процесс отдачи теплоносителю части тепла электрических ТЭНов. Также некоторые модели котлов имеют встроенный циркуляционный насос, обеспечивающий ток теплоносителя по системе отопления. Хотя его отсутствие нисколько не мешает работе котлов в системах отопления с естественной циркуляцией — открытых отопительных системах. Электробезопасность и управление такими котлами осуществляются группой датчиков и регуляторов.

Явные преимущества этого вида отопительных котлов заключены в простоте их монтажа, эксплуатации и обслуживания. Они не требуют дополнительных помещений и дымоходов, используют любой тип теплоносителя, имеют простую и удобную терморегулирующую и пусковую аппаратуру. Также есть возможность при использовании выносных датчиков температуры сделать работу всей системы отопления автоматической, а, значит, и более экономичной. А возможность использования этих котлов в комбинированных системах отопления и ГВС, причем и с источниками возобновляемой энергии, добавляют этому оборудованию дополнительный плюс.

Из недостатков ТЭНовых электрических котлов можно назвать только один — при использовании в системе отопления неподготовленной воды, со временем на ТЭНах образуется накипь, что заметно уменьшает теплопередачу и снижает эффективность работы всей системы.

Комбинированные системы

Использование ТЭНовых электрических котлов для получения тепла и горячей воды носит массовый характер. Промышленностью для этих целей выпускаются двухконтурные электриче- ские котлы. Но и одноконтурные модели вполне могут использоваться в комплексе с проточными электрическими и газовыми нагревателями, баками косвенного нагрева, а также совместно с традиционными твердотопливными и газовыми котлами.

На рис. 1 показана схема совместной работы ТЭНового котла и электрического водонагревателя для получения горячей воды. Основная проблема, которую необходимо решить в этой схеме — не допустить одновременную работу котла и водонагревателя, что достигается применением электроники и реле. Котел в данном случае имеет меньший приоритет. Это позволит не перегружать электросеть и не выйти за пределы лимита по потребляемой мощности.

Рис. 1. Схема работы электрокотла и проточного водонагревателя:
1 — электрокотел; 2 — регулятор температуры; 3 — расширительный бак; 4 — радиаторы; 5 — проточный нагреватель; 6 — шаровый кран; 7 — сетчатый фильтр

Схема совместного подключения электрического котла и накопительного бойлера представлена на рис. 2. Она позволяет иметь в хозяйстве большой объем горячей воды — до нескольких сот литров. Особенностью этой схемы является наличие расширительных баков в каждом контуре — нагревающем и нагреваемом — и включение регулятора температуры котла в максимальное положение. Котлами небольшой мощности можно обогревать помещения большой площади — их необходимо подключать каскадом. Это еще один плюс электрических котлов такого типа.

Рис. 2. Совместная работа электрокотла с бойлером косвенного нагрева:
1 — электрокотел; 2 — накопительный бойлер; 3 — термостат; 4 — расширительный бак; 5 — обратный клапан; 6 — насос; 6 — шаровый кран; 7 — сетчатый фильтр, 8 — шаровый кран

Возможно применение в системе двух отопительных котлов, один из которых электрический ТЭНовый, а другой использует иное топливо — газ (рис. 3а) или твердое топливо (рис. 3б).

Рис. 3 а. Совместная работа двух отопительных котлов — электрического и газового:
1 — электрокотел; 2 — газовый котел; 3 — регулятор температуры; 4 — расширительный бак; 5 — обратный клапан; 6 — спускной клапан; 7 — шаровый кран; 8 — сетчатый фильтр, 9 — шаровый кран

Рис. 3 б. Совместная работа электрического и твердотопливного отопительных котлов:
1 — твердотопливный котел; 2 — электрокотел; 3 — накопительный бойлер; 4 — группа безопасности твердотопливного котла; 5 — манометр, 6 — термометр; 7 — расширительный бак твердотопливного котла; 8 — расширительный бак бойлера; 9 — группа безопасности бойлера

На рис. 4 представлена схема двух отопительных котлов и солнечных коллекторов. Эффективность таких систем проявляется в моменты, когда электрокотел используется во время действия пониженного тарифа. Также в этой схеме электрокотел служит еще и резервным источником тепла.

Рис. 4. Совместная работа двух отопительных котлов и солнечных коллекторов:
1 — газовый котел; 2 — обратный клапан; 3 — воздухоотводчик автоматический, 4 — гидрострелка, 5 — магистральная гребенка; 6 — угловой терморегулятор; 7 — радиаторы; 8 — шаровый кран; 9 — фильтр угловой сетчатый; 10 — циркуляционные насосы; 11 — коллекторная группа; 12 — трехходовой клапан; 13 — кран Маевского, 14 — расширительный бак; 15 — группа безопасности; 16 — штатный предохранительный клапан; 17 — счетчик ХВС; 18 — бойлер косвенного нагрева; 19 — полотенцесушитель; 20 — гидроаккумулятор; 21 — солнечный коллектор; 22 — резервный электрический котел; 23 — коллектор ХВС; 24 — коллектор ГВС; 25 — предохранительный клапан; 26 — циркуляционный насос ГВС

Использование электрического котла позволяет устранить такие недостатки, присущие отопительным системам на базе твердотопливных котлов или термокаминов, как циклический характер нагрева теплоносителя и трудность регулирования его температуры (рис. 5). В этом случае твердотопливный аппарат отдает тепло в систему через дополнительный теплообменник. Комфортная температура в обогреваемом помещении поддерживается комнатным термостатом, управляющим работой электрокотла.

Рис. 5. Использование электрического котла и камина:
1 — электрокотел; 2 — твердотопливный камин; 3 — радиаторы; 4 — расширительный бак; 5 — обратный клапан; 6 — циркуляционный насос; 7 — шаровый кран; 8 — сетчатый фильтр; 9 — теплообменник; 10 — открытый расширительный бак; 11 — циркуляционный насос

Электродные котлы

Совершенно иной принцип работы у других электрических котлов — ионного или, как его называют иначе, электродного типа. Многие прекрасно знакомы с самодельным кипятильником из двух бритвенных лезвий, между которыми проложен диэлектрик. Именно такая конструкция стала прототипом электродного — ионного — котла. В нем нагревательные элементы отсутствуют, а нагрев теплоносителя происходит посредством расщепления молекул воды электрическим током на положительно и отрица-тельно заряженные ионы, стремящиеся к противоположно заряженным электродам. А так как частота переменного тока в сети равна 50 Гц, то и колебания тех или иных ионов также происходит 50 раз в секунду, что создает повышенное «трение» и вызывает нагрев жидкости. Особо стоит отметить, что электродный — ионный — котел работает только от сети переменного тока, и, благодаря этому фактору, на электродах и стенках теплообменника не образуется накипь. Электродные котлы выпускаются как одно-, так и трехфазные с мощностью в диапазоне от 3 до 20 кВт.

Особенностями этого типа котлов являются:

компактность;
способность плавно набирать мощность;
безопасность в эксплуатации в случаях отсутствия теплоносителя (нет воды — нет электричества, электрическая цепь автоматически разрывается).

К недостаткам котлов этой группы можно отнести:

необходимость тщательно подбирать теплоноситель по солевому составу — только определенные значения удельного сопротивления жидкости гарантируют эффективную работу котла, а это 9,75 Ом/м, при температуре 70 °С. Добиться этого в обыденных условиях непросто;
использовать в качестве теплоносителя незамерзающие жидкости категорически запрещено;
обязательная циркуляция теплоносителя, причем с нормальными характеристиками (если скорость тока теплоносителя будет меньше нормы, то произойдет закипание воды в теплообменнике, если же скорость будет больше — котел вообще не заработает).

Неправильный подбор теплоносителя может оказаться причиной сильного падения мощности из-за покрытия электродов солевыми отложениями. Кроме того, требуется периодическая замена электродов в связи с их медленным, но постоянным растворением.

Особенности конструкции электродных — ионных — котлов создают и особые условия их эксплуатации и подключения. Особое внимание стоит обратить на используемые приборы электрической защиты, такие как устройства защитного отключения (УЗО), контролирующие токи утечки. В связи с тем, что теплоноситель является частью электрической цепи, то образуется ток утечки, который благодаря специальной конструкции изоляторов находится в пределах от 20 до 40 мА. Это необходимо принимать в расчет при подключении котла к электрической сети, уже имеющей установленные УЗО. Ионный котел подключается через отдельный автомат выключения, минуя устройства защитного отключения. Сама же конструкция ионного котла предусматривает достаточно эффективные меры безопасности, такие как заземление — требование для всех видов электрооборудования, защита от обрыва «нуля» с помощью реле или электроники и одновременное отключение «нуля» и «фазы» электромагнитным пускателем.

Гидравлические схемы подключения электродных котлов мало чем отличаются от аналогичных схем для ТЭНовых моделей (рис. 6). Их можно также применять комбинированно с другими теплогенераторами.

Рис. 6. Схема подключения электродного котла в системе с радиаторами и «теплым полом»:

1 — электрокотел; 2 — шаровый вентиль; 3 — насос циркуляции; 4 — фильтр; 5 — спускной вентиль; 6 — расширительный бак; 7 — автоматика; 8 — группа безопасности; 9 — трёхходовой вентиль с сервоприводом; 10 — контур отопления пола; 11 — автоматика отопления пола

Безопасность прежде всего

Отдельным пунктом по эксплуатации электрических котлов всегда была безопасность, которая обеспечивается требованиями «Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей» (ПТЭЭП), «Правил устройства электроустановок» (ПУЭ), «Правил техники безопасности электроустановок для потребителей» (ПТБ) и «Правил безопасной эксплуатации электроустановок потребителей» ДНАОП 0.00-1-21-98.

Все эти документы предписывают безопасный порядок действий при монтаже и подключении электрокотлов, а также и в процессе их эксплуатации. Каждому, кто приобрел в пользование электрический котел, необходимо руководствоваться следующими правилами.

При монтаже и подключении:

электрическое питание котла осуществляется медным проводом с сечением не меньше, чем требуемое для данной модели котла;
в помещении, где устанавливается котел, должно быть смонтировано заземление, соответствующее требованиям ПУЭ, которое обязательно должно проходить проверку не реже одного раза в год;
для подключения котла от счетчика прокладывается отдельный кабель, на который монтируется устройство разъединения всех полюсов и автоматический защитный выключатель.

Включать котел можно только после проверки наличия неповрежденной линии заземления, закрытой крышки котла и наличия в котле (системе) теплоносителя. В случае возникновения каких-либо нарушений в работе теплогенератора, необходимо срочно отключить его от электрической сети и обратиться к специалистам сервисного центра. Категорически запрещается:

снимать крышку котла при подключенном питании;
использовать в качестве заземления трубы систем газо- и водоснабжения, а также канализации;
при долгосрочных перерывах в работе котел необходимо отключать от сети питания;
эксплуатация котла в системе отопления без датчика ограничения давления и манометра;
проводить работы по монтажу и ремонту лицам без специальной подготовки;
вносить изменения в электрический монтаж или конструкцию котла;
включать котел в случае замерзания теплоносителя в котле или системе отопления;
выполнять ремонт при подключенном питании.

Важным вопросом безопасной работы электрических котлов является и пожарная безопастность, требующая, в частности, не размещать теплогенератор в непосредственной близости от легковоспламеняющихся предметов; использовать только стандартные коммутационные приспособления и соединители; размещать автоматический выключатель в доступном месте; не складывать в помещениях, где установлен электрический котел, горючие материалы и т.д.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!