Електричні котли теновий, електродний, індукційний (параметри, відмінності)
Електричні котли є одним з різновидів нагрівальних приладів, призначених для організації систем опалення та гарячого водопостачання. Принцип роботи стандартних водогрійних електричних котлів ґрунтується на перетворенні електричної енергії на теплову.
Види електричних казанів
Електричні котли можна розділити на два основні види залежно від способу нагрівання – непрямої чи прямої дії. У котлах непрямої дії в ролі нагрівального елемента виступає електричний ТЕН (трубчастий електронагрівач), за допомогою якого відбувається нагрівання води. Також може застосовуватися принцип електромагнітної індукції, у цьому випадку під впливом електромагнітного поля відбувається нагрівання металевого осердя, який і віддає надлишкове тепло теплоносія. При прямому нагріванні розігрівається безпосередньо сам теплоносій, виступаючи у ролі провідника електричного струму між електродами.
Залежно від потужності котла (більшість котлів випускається в діапазоні від 3 кВт до 50 кВт), використовується живлення від однофазної (220 Вт) або трифазної (380 Вт) електричної мережі з частотою 50 Гц. Вибір котла здійснюється не тільки з потреб споживання, але і з урахуванням гранично допустимого навантаження на електричну мережу.
Котли потужністю до 60 кВт можуть бути придатними для монтажу на стіну, від 60 кВт і вище – тільки підлогові. Виготовляються одноконтурні котли, призначені лише для опалення, та двоконтурні – що забезпечують як опалення, так і підготовку гарячої води для побутових потреб.
ТЕНові котли
ТЕНові електричні котли можна віднести до класичного та найпоширенішого виду.водонагрівачів. Електрична енергія перетворюється на теплову з допомогою ТЭНа (трубчастого електронагрівача). Конструкція Тена досить проста і одночасно безпечна. Оболонка виконується з тонкостінної металевої труби, усередині знаходиться дротяна спіраль із матеріалу з високим питомим опором, що розігрівається при проходженні електричного струму. Вільний простір заповнюється наповнювачем, що володіє хорошими діелектричними властивостями та високою теплопровідністю, наприклад, кристалічним окисом магнію (периклазом). Тепло розігрітої спіралі передається наповнювачу, а далі на оболонку ТЕНу, що знаходиться безпосередньо в середовищі теплоносія та нагріває його. Така конструкція абсолютно безпечна і виключає можливість ураження споживача електричним струмом.
Внутрішній пристрій більшості ТЕНових котлів включає всі необхідні для ефективної роботи елементи:1. У ролі теплообмінника виступає мідний бачок із розміщеними всередині ТЕНами. 2. Циркуляційний насос сприяє рівномірному розподілу тепла в системі опалення. 3. Розширювальний бачок компенсує надлишок води при нагріванні. 4. Запобіжний клапан, відвідник повітря та манометр запобігають поломці котла при виникненні заповітрювання або надлишкового тиску. 5. Електронна панель керування дозволяє налаштувати роботу котла на необхідний режим, часто обладнана програматором, що дозволяє коригувати параметри роботи котла в залежності від доби або дня тижня. Завдяки застосуванню електронної системи управління з можливістю програмування різних режимів роботи можна суттєво скоротити споживання електроенергії. 6. Потужний вузол забезпечує безшумну та надійну роботу котла. 7.Термічний вимикач оберігає котел від аварійного перегріву.
Технологія виробництва ТЕНових котлів відточувалася не одне десятиліття і на сьогоднішній день вони мають привабливий зовнішній вигляд, доступну ціну та максимально зручні в експлуатації.Незважаючи на це їм притаманний цілий ряд недоліків:- утворення накипу на ТЕНах знижує продуктивність котла; - нагрівальна спіраль з часом перегорає і ТЕН вимагає заміни; - у разі витоку теплоносія ТЕН також перегрівається і виходить з ладу; - велика кількість різьбових, паяних і клемних з'єднань негативно позначаються на надійності котла.
Робота ТЕНових котлів дещо інерційна: від моменту включення до виходу на задані параметри проходить близько 10-15 хвилин.
Електродні котли
Такі котли називають також іонними, електролізними чи іонообмінними. В електродних казанах вода виступає не тільки в ролі теплоносія, а й сама є елементом електричної системи. За рахунок сольових домішок, що містяться у воді, вона виступає провідником електричного струму. Зміна полярності струму 50 разів на секунду викликає коливання іонів солей, що містяться в теплоносії, внаслідок чого відбувається виділення теплової енергії.Теплоносій, що застосовується в електродних котлах, повинен відповідати ряду вимог:- питомий електричний опір має бути 1500 Ом*см при 20° С; - для зниження показників опору допускається застосування питної соди, так як сульфат натрію, кухонна сіль та інші можуть призвести до руйнування електродів; - для приведення опору до потрібних показників теплоносій додають питну соду для зменшення або дистильовану воду для підвищення показників опору.
Допускається застосуванняспеціальних незамерзаючих теплоносіїв, що відповідають перерахованим вимогам. Регулювання потужності здійснюється за допомогою зміни відстані між електродами. Розігрів теплоносія в таких котлах відбувається поступово, так як при нагріванні теплоносія знижується електричний опір і зростає величина струму, відповідно збільшується кількість тепла, що виділяється.
До переваг таких котлів можна віднести:- компактний розмір порівняно з ТЕНовими котлами аналогічної потужності; - у разі короткого замикання, протікання теплоносія або перевищення заданої температури відбувається автоматичне вимкнення котла, що гарантує безпеку експлуатації; - ККД може досягати 96-98%; - доступна ціна.
Індукційні котли
Індукційні водонагрівальні котли почали застосовуватися у промислових цілях ще у 80-х роках минулого століття, а в середині 90-х з'явилися перші моделі побутового призначення. Робота котла полягає в застосуванні принципу електромагнітної індукції. Основним елементом системи є індуктивна котушка, яка, використовуючи струм частотою 50 Гц, створює змінне магнітне поле. Індуктивна котушка одночасно є генератором, що обумовлено розміщенням провідника у магнітному полі, таким чином знижується рівень споживання електроенергії. За рахунок перемагнічування відбувається нагрівання системи лабіринтів із феромагнітного металу, і теплова енергія практично без втрат передається теплоносію.
Завдяки особливостям конструкції і способу нагріву застосування індукційних котлів має ряд переваг: - відсутність нагрівального елемента, що безпосередньо контактує з теплоносієм, вирішує проблему утворення накипу, що гарантує сталість коефіцієнта корисного.дії і усуває необхідність періодичної заміни цього елемента; , що знижує ймовірність відмови котла практично до нуля; - в конструкції котла практично відсутні фланцеві та різьбові з'єднання, що надає йому додаткову надійність і істотно знижує ймовірність протікання; - завдяки застосовуваному способу нагрівання, в ролі теплоносія може виступати практично будь-яка рідина (вода, олія, антифриз та інші), ніяких особливих вимог до неї не пред'являється; - довговічність (не менше 30 років) обумовлена відсутністю рухомих деталей; - простота і безпека експлуатації.
До недоліківможна віднести досить високу вартість таких котлів, неможливість плавного регулювання навантаження (тільки східчаста) і велика вага в порівнянні з іншими видами обладнання.
Вибір електричного казана
На сучасному ринку опалювального обладнання представлений широкий асортимент електричних котлів, що відрізняються ціною, потужністю, принципом нагрівання, комплектацією, економічністю та іншими параметрами.При виборі котла варто звернути увагу на такі характеристики:1. Потужність казана. Точно розрахувати необхідну потужність котла зможе тільки спеціаліст-теплотехнік, проте попередній розрахунок можна зробити, виходячи зі співвідношення 1 кВт на 10 м² при висоті стель до 3 метрів. При більш точному розрахунку враховується ступінь утеплення будівлі, кліматичні умови (мінімальні температури в зимовий період), якість склопакетів, варіанти розведення опалення та тип застосовуванихрадіаторів (алюмінієві, сталеві, біметалічні, чавунні та інші). 2. Вид котла за способом нагрівання - електродний, ТЕНовий або індукційний. 3. Одно- або трифазний з урахуванням можливостей існуючої електромережі. 4. Монотеновий або мультитеновий, а також багатоступінчастий або одноступінчастий – від цього залежатиме спосіб регулювання потужності котла. 5. Комплектація казана. Більшість сучасних казанів вже мають мінімальну необхідну комплектацію.
Особливості монтажу електричних казанів
Однією з переваг електричного котла є його простий монтаж у порівнянні з газовими або твердопаливними аналогами. Для встановлення не потрібне окреме приміщення, немає потреби в організації димоходу, а різноманітний дизайн котлів дозволяє вибрати котел, що гармонійно вписується в існуючий інтер'єр.
Підключення електрокотла до мережі здійснюється за допомогою окремого кабелю. Слід враховувати, що для підключення невеликих котлів потужністю до 6-7 кВт достатньо однофазної мережі 220 В, для котлів від 12 кВт і вище потрібна трифазна мережа 380 В. Залежно від споживаної потужності потрібно підібрати кабель відповідного перерізу. Зазвичай на 8 ампер струму достатньо 1 мм перерізу. Для зниження ризику поломки котла при перепадах напруги обов'язково встановлюється захисний пристрій.
Цілком виправдовує себе встановлення виносних дистанційних датчиків, які контролюють температуру безпосередньо в приміщеннях. Більшість моделей сучасних котлів виробляються в комплекті з необхідним обладнанням. В одному корпусі компактно розміщуються циркуляційний насос (у двоконтурних котлах можуть застосовуватись два насоси – окремо для контуру опалення та гарячого водопостачання), розширювальний бак,запобіжний клапан, відвідник повітря, термоманометр, реле захисту від сухого ходу, механічний або електронний регулятор потужності та інше обладнання. Більш повна комплектація забезпечує правильний підбір та злагоджену роботу всіх елементів системи, крім того, скорочуються витрати на встановлення кожного приладу окремо.
З додаткового, але необхідного обладнання варто згадати накопичувальні ємності з гарною теплоізоляцією.Така ємність встановлюється на виході гарячої води з котла і виконує відразу кілька функцій:- зберігає певний об'єм гарячої води навіть при котлі, що не працює, від декількох годин до декількох днів. Запас води може використовуватися як в системі опалення, так і для гарячого водопостачання; - дозволяє збалансувати застосування різних джерел тепла (газовий, твердопаливний котел та інші);>- дозволяє зробити нагрівання певного запасу води за дешевшим (нічним) тарифом.
Встановлення термостатичних регуляторів на кожному радіаторі опалення дозволить більш точно відрегулювати температуру в окремих приміщеннях та відчутно скоротить споживання електроенергії.
Переваги та недоліки електричних котлів
Електричні котли мають широкий спектр застосування та можуть використовуватися для опалення та забезпечення гарячого водопостачання як житлових, так і промислових будівель.До переваг електричних котлів можна віднести:1. Доступна вартість – в 1,5-2 рази дешевше за газові або дизельні котли аналогічної потужності. 2. Ефективність - ККД може досягати 99,5%. 3. Простота монтажу. Відсутня необхідність обладнання димоходу та додаткової вентиляції, а для встановлення підходить практичнобудь-яке приміщення. 4.Простота експлуатації. Немає потреби в завантаженні палива та очищенні котла, а високий рівень автоматизації не вимагає частого налаштування та контролю параметрів роботи. 5. Немає необхідності в доставці та зберіганні палива. 6. Екологічна чистота – внаслідок роботи котла не утворюються шкідливі відходи та не здійснюються викиди відпрацьованих газів в атмосферу. 7. Безпека – при грамотній установці ураження людини електричним струмом повністю виключається, а встановлення пристроїв захисного відключення гарантує високий рівень пожежної безпеки. 8. Безшумна робота котла. 9. Можливість застосування як резервне або допоміжне джерело тепла при використанні газових та твердопаливних котлів.
Існує лише кілька причин, що обмежують повсюдне застосування електричних казанів. Незважаючи на застосування багатоступінчастих систем нагріву, використання нічних тарифів оплати електроенергії, оптимізацію витрати тепла за допомогою програматорів та інших способів мінімізації витрат на сьогоднішній день експлуатація електричних котлів обходиться дорожче за газові, дизельні або твердопаливні аналоги. Також застосування електрокотлів може бути обмежене можливостями існуючої проводки та електромережі. Слід враховувати і повну залежність від зовнішнього джерела енергії, що виключає можливість застосування електричних котлів як основне джерело тепла в місцевості, де можливі перебої з енергопостачанням. До недоліків ТЕНових котлів відноситься порівняно невеликий термін служби нагрівальних елементів - в середньому 3-5 років.