Электрические котлы: типы, достоинства и недостатки.

В настоящее время электрические котлы широко применяются в частных домах и квартирах за неимением возможности использовать альтернативные виды топлива, а также в связи с целым рядом преимуществ энергоносителя.

Основные плюсы использования электричества и применение электрокотлов

Одним из плюсов электрических котлов можно назвать их невысокую стоимость. В среднем они дешевле, чем аналогичные по мощности котлы на газе и твердом топливе. Также к плюсам можно отнести удобство в эксплуатации и простоту конструкции электрокотлов. Как правило, котлы, работающие от электрических сетей, небольшие по размерам и массе. Важно еще и то, что для них не требуется отдельного помещения, обустройства специального дымохода и монтажа вентиляционных систем. Электрокотлы – экологически чистые установки, не производящие никаких выбросов в окружающую среду. Помимо всего прочего, они во много раз безопаснее газовых и твердотопливных котлов, где открыт доступ к огню и используется пожароопасное топливо.

Электрические котлы современных моделей имеют множество функций, а управление ими сводится к лицевой панели с кнопками, которые регулируют все необходимые параметры. Например, в моделях EKCO польской фирмы «KOSPEL» установлены программаторы, позволяющие потребителю изменять режим работы в соответствии с собственными предпочтениями. К агрегату можно подключить дополнительные датчики, при каждом включении срабатывает автоматическая диагностика всех элементов котла. При обнаружении неисправностей электроника самостоятельно отключает элемент, ставший причиной сбоя, и переводит котел в аварийный режим. Электронное устройство снабжено трансформатором, защищающим все оборудование от скачков напряжения. Причем само устройство состоит из нескольких блоков, способных работать автономно друг от друга при выходе из строя любой части электроники. Также предусмотрено дистанционное управление котла, включенного в каскад с другими теплогенерирующими установками (в том числе и газовыми).

Некоторые котлы имеют режим «Сон», при котором осуществляется постоянный прогрев воды, достаточный только для поддержания температуры, способной предотвратить замерзание системы. Это удобно в случаях, когда необходимо уехать на несколько дней.

У электрокотлов имеются и недостатки, которые влияют на их распространение.
Во-первых, не всегда электрическая мощность является достаточной для обогрева всех помещений в доме.
Во-вторых, перебои с электроснабжением способствуют выбору котлов, работающих на альтернативном виде топлива.
В-третьих, стоимость электроэнергии достаточно высока, чтобы остановить свой выбор на электрических котлах.

Но, несмотря на все минусы, электрические котлы применяются в качестве резервного или параллельного источника, генерирующего тепло для обогрева дома.

Строение и работа электрических котлов

При использовании электрокотла, как основного источника теплоснабжения, хорошо было бы иметь и дополнительный – например, газовый или твердотопливный котел, который применим для экономии электрической энергии (отопление до нужного уровня температуры при помощи газа или угля, а потом ее автоматическое поддержание электрическим котлом). Кроме того, при сбоях в подаче электроэнергии резервный котел поможет поддержать систему отопления в рабочем состоянии.

В качестве запасного электрокотел чаще всего применяется при отоплении от агрегатов, которые работают от возобновляемых источников энергии (тепловых насосов), мощности которых может быть недостаточно для того, чтобы поддерживать температуру в доме на комфортном уровне в самые холодные дни. Причина заключается в том, что покупка теплового насоса с запасом мощности в расчете на дополнительные нагрузки экономически не оправданно.

Несомненно и то, что электрические котлы требуют определенных условий при подключении к электросети и автоматике. Ведущие производители отопительных котлов обычно стараются занизить пусковую нагрузку во избежание перепадов напряжения. Например, в котлах компании «Protherm» нагревательные элементы модулируют мощность котла до необходимой температуры и имеют 8 мощностных модификаций от 6 до 28 кВт.

Для нагрева воды или другого теплоносителя используются различные схемы преобразования электрической энергии в тепло: электроды, ТЭН, внешний обогрев теплообменника резистивным или индукционным элементом.

Котлы с трубчатым электронагревателем (ТЭН)

Работа такого отопительного оборудования основана на передаче энергии от ТЭН к теплоносителю – воде или иной жидкости. ТЭН – это металлическая оболочка из меди, алюминия, титана или стали, внутри которой находится нихромовая резистивная спираль и стержни контактов. С оболочкой спираль разделена диэлектриком в виде кварцевого песка (вариант – оксид магния), который хорошо проводит тепло. Обычно в электрокотлах используются патронные ТЭНы или одноконцевые, где выходы контактов расположены по одну сторону от нагревателя.

Плюсы таких котлов состоят в том, что ТЭН не имеет электрических контактов с теплоносителем, из-за чего отсутствуют токи утечки, и в данном случае можно применить устройство защитного отключения (УЗО). Мощность электрокотлов меняется только в пределах скачков напряжения в электрической сети и не зависит от воды (антифриза) и его температуры. Поэтому легко реализовать плавное регулирование работы котла, что позволяет уменьшить сбои напряжения при включении (выключении) котельного оборудования.

Плюсы и минусы ТЭН

ТЭНовые котлы применяют по назначению теплоноситель, не требуя дополнительной подготовки по электропроводности. Кроме того, существенным фактом остается и то, что выход из строя ТЭНа не влечет за собой остановку работы всего оборудования. К положительным сторонам ТЭН можно отнести и то, что имеется возможность использовать их для горячего водоснабжения на перегретой воде и по одноконтурной схеме работы. При этом температура воды будет ограничена только давлением, на которое рассчитан корпус котла.

К минусам ТЭН относится их ограниченный ресурс и возможность перегорания. Поэтому обращайте внимание на возможность (и трудоемкость) самого процесса замены ТЭН. Образование накипи на нагревательном элементе ухудшает охлаждение и приводит к преждевременным сбоям в работе отопительного оборудования. Поэтому необходимо принимать меры – смягчение воды при попадании в аккумулирующую емкость, и, как идеальный вариант – дистилляция. В случае включения котлов без воды также возможна поломка ТЭН.

Котлы с ТЭНами могут быть одно- и двухконтурными. Чаще всего ввиду малых габаритов они имеют настенные крепления, но встречаются также с напольной установкой, более мощные. Например, модели E-Tech P от бельгийской компании «ACV» представлены напольными котлами с мощностью до 260 кВт. Они имеют электронную систему циклового управления, которая постоянно адаптирует мощность к реальным потребностям дома при помощи 4-ступенчатой модуляции. Котел управляется внешним комнатным термостатом, который может ограничивать мощность в пределах 25-75% от максимальной.

Финская компания «Jaspi», которая выпускает широкий ассортимент электрических котлов мощностью до 1800 кВт, производит автоматизированные напольные модели со встроенным змеевиком контура ГВС для домов и коттеджей, где требуется горячая бытовая вода. Система регулирования таких котлов включает в себя от 7 до 30 ступеней мощности. Например, заказывая котел, потребитель может укомплектовать агрегат системами с максимальной мощностью, кратной 7 или 10 кВт. А электрокотлы Amptec от британской компании «BAXI», закрепляемые на стене, имеют небольшую массу и мощность 4-12 кВт при объеме котла 1,6 литра. Долгий срок службы таких котлов обеспечивается применением коммутирующих устройств, работающих на полупроводниках, и медных ТЭНов.

     

Котлы с электродными нагревателями

Нагрев воды или иного теплоносителя в котлах электродного типа происходит за счет прохождения электрического тока через проводник (теплоноситель) напрямую без ТЭНа, в результате чего и выделяется нужное количество тепла. Электролитических реакций в жидкой среде не происходит потому, что катод и анод меняются местами со стандартной частотой электросети (50 Гц). Такой котел, представляющий собой бак с электродами, функционирует как проточный электрический нагреватель.

Отсутствие воды (антифриза) в котле при включенном состоянии не может привести к сбою в работе отопительной системы, а образование накипи на электродах просто снижает мощность работы оборудования, не приводя к разрушению нагревательных элементов. В такой конструкции теплоноситель является элементом электрической сети, поэтому существует ряд требований для ограничения его химического состава, а если используется вода, то необходима ее очистка с учетом электропроводности. Кроме того, такие котлы непригодны для горячего водоснабжения по одноконтурным системам.

То, что электросопротивление воды (антифриза) и мощность агрегата возрастают по мере нагнетания температуры, производителями электродных котлов преподносится как преимущество, а конкурентами – как недостаток подобного оборудования.

Электродные котлы, чаще всего, компактнее ТЭНовых. Например, электродный котел «Галан Вулкан 25» московской фирмы «Галан» имеет мощность - 25 кВт, длину - 460 мм и диаметр - 13 мм, а его масса составляет 5,7 кг. Требуемое напряжение питания составляет 380 В, номинальный ток по каждой фазе – 40 А. Котлы относятся к агрегатам 1 класса защиты от поражения электротоком. Производитель запрещает установку и эксплуатацию таких котлов без автоматики или устройств автоуправления, которая не рекомендована к монтажу в подобных изделиях.

Система отопления может быть наполнена антифризом, который разработан компанией-производителем отопительного оборудования, либо водой, которая имеет параметры, указанные в паспорте котла (в этом случае необходима корректировка удельного сопротивления воды в процессе эксплуатации).

Электродные котлы нельзя использовать в системах отопления типа «теплый пол», потому что недостаточная температура воды (антифриза) не позволит электродному аппарату выйти на заданную нормативами мощность (о чем мы упоминали выше).

Производитель также подчеркивает, что поскольку рабочая емкость котлов имеет маленький объем, а вода быстро нагревается, возникающее давление позволит отказаться от эксплуатации циркулярного насоса (при максимальной мощности не более 2 бар).

Новые решения в производстве отопительного оборудования

ЗАО «Галан» в своих котлах модели «Галакс» использует пленочные нагреватели, которые изготовлены по технологии трафаретной печати, применяющейся в электронной промышленности. Пленочные агрегаты аналогичны электродным по эффективности, простоте установки, ремонта, стоимости отопления 1 квадрата площади помещения. Но они имеют ряд преимуществ, например, не требуют подготовки теплоносителя и работают на любой жидкости, предназначенной для систем отопления.

Отсутствие теплового слоя между резистивной спиралью и основанием из стали позволяет настраивать эксплуатационные характеристики котла при одновременном снижении номинальной мощности до 25%. В таких котлах нагревательный элемент, равномерно распределенный по всей поверхности нагревателя, имеющего форму цилиндра, не имеет прямого контакта с теплоносителем и не создает гидравлического сопротивления. Пленочный нагреватель обеспечивает высокий КПД, мощность котла легко и плавно регулируется.

В котлах модели «Сапфир» рязанской фирмы «РусНИТ» используется нагревательный ПЭНМ, который выполнен из медной трубы (проточной ёмкости) с изоляционным слоем, поверх которого нанесен резистивный слой вольфрама. Электрический ток нагревает его, медную трубу, теплоноситель. ПЭНМ позволяет существенно упростить конструкцию котлов и уменьшить их габариты. Плавное регулирование температуры с 35 до 85°С на каждой из ступеней мощности (от 33 до 100%).

Еще один вид нагревателей – контурный, основанный на электромагнитной индукции. Установка имеет сходную с трансформатором конструкцию, состоящую из двух контуров. Один из них – магнитная система, второй – тепловыделяющий элемент (ТВЭЛ). Под воздействием электромагнитного поля в ТВЭЛ появляются токи, вызывающие нагрев, который передается в теплоноситель.

Достоинством индукционных котлов является отсутствие нагревательных элементов, что снижает образование накипи, исключает сбои в системе отопления и нарушения целостности всей конструкции. Кроме того, такие котлы работают с любыми видами теплоносителя и имеют широкий диапазон давления и температуры.

К недостаткам можно отнести более высокую стоимость, по сравнению с ТЭНовыми и электродными котлами (примерно в 2-3 раза в бытовом сегменте), большие габариты и вес, превышающий прочие котлы в 3-8 раз. Также нелегко организовать плавное переключение мощности котла.

В промышленных индукционных котлах применяют высокочастотный преобразователь, повышающий общую стоимость котельного оборудования. Для применения в бытовых целях этот преобразователь не входит в конструкцию котла. Например, российские котлы SAV. Модели мощностью 15 000 Вт питаются от трехфазной сети с частотой 50 Гц и напряжением 380 В и имеют габариты 1100 на 108 мм при массе 45 кг.