Электрокотел — это устройство, используемое в системах отопления для нагрева воды при помощи электрического тока. Применяется для отопления жилья и производственных зданий.
Электрические отопительные котлы, несмотря на дороговизну электроэнергии, очень распространены. Для этого есть причины: они устроены достаточно просто и несложны в эксплуатации. Особенно замечателен их КПД, электрокотел – единственное устройство в технике, где он достигает практически 100%. Если мощность котла не превышает 15 кВт, то для его установки не требуется трехфазной линии, а также никаких согласований и разрешений. У электрических котлов самая низкая пожароопасность, хотя она и существует, но ниже, чем у котлов, основанных на сжигании топлива.
Виды электрических котлов
По способу действия современные электрокотлы делятся на три группы:
- Индукционные.
- Реостатные (котлы с ТЭН’ами).
- Электродные.
Реостатные котлы в истории техники появились первыми. Они были очень распространены еще во второй половине прошлого века. Электродные и индукционные появились позже, они ближе к нашему времени. Они имеют свои преимущества, но и более сложны в некоторых отношениях. Далее мы рассмотрим все эти приборы подробнее.
Индукционные котлы
Выпускаются на рабочее напряжение 220 В, мощностью до 7 кВт. Габариты котла приблизительно 100 мм в диаметре и 800 мм по высоте. Масса 30-40 кг.
В индукционном котле используется особенность переменного тока создавать в катушке с железным сердечником вихревые токи, которые нагревают его. Выделяющееся тепло передается в протекающую воду. Конструктивно он представляет отрезок толстой трубы из стали, внутри которого имеется лабиринт для лучшего теплообмена. Для протекания воды используют два штуцера, один в нижней, другой в верхней части котла. В одном из слоев лабиринта скрыта катушка из медного провода. Сама катушка выполнена с внешней части водяной полости, так что никаких проблем с ее защитой от воды нет.
Питание индукционного котла выгодно производить повышенной частотой, так как это увеличивает потери в стали и снижает массу и габариты котла. Для этого применяется преобразователь частоты повышенной мощности, что существенно увеличивает стоимость индукционных котлов, и без того немалую. В последнее время стоимость таких преобразователей снижается, но еще остается высокой.
В системах с индукционными котлами нет ограничений ни на качество воды, ни на материал труб или радиаторов. Они такие же как и в реостатных.
Заметным недостатком индукционного котла является шум, создаваемый вибрацией на рабочей частоте. Он легко проходит по трубам во все помещения при неправильном монтаже. С одной стороны, вибрация котла неплохо защищает его от образования накипи, но шум может создавать дискомфорт. Поэтому крепление такого котла должно быть прочным, а в трубах использованы гасящие вставки.
Достоинства
- большая наработка на отказ (у самого котла);
- низкое образование накипи;
- хорошая теплоотдача;
- не требуют подготовки воды;
- можно использовать с любыми радиаторами.
Недостатки
- высокая стоимость;
- шум при работе;
- возможность электромагнитных помех от преобразователя.
Реостатные котлы
Рассчитаны на рабочее напряжение 220/380 В, мощность различная и зависит от назначения от ~4 до сотен кВт (бытовые до 15 кВт). Габариты и масса котла зависят от мощности. Небольшие котлы бытового назначения имеют мощность около 8 кВт, габариты около 200х300х1000 мм и вес до 30 кг.
Физический принцип их действия – закон Джоуля-Ленца, который утверждает, что выделение тепла в проводнике пропорционально квадрату тока, умноженного на электрическое сопротивление.
Примитивный «котел» такого типа иногда встречался на производстве или даже в быту: нихромовый провод в спирали или на керамической втулке, которым кипятили воду.
Промышленно изготовленный термоэлектрический нагреватель (тен) состоит из медного или стального корпуса в виде тонкостенной трубки и двух изолированных выводов с резьбой для крепления. Оба вывода водяных (жидкостных) тенов обычно пересекают плоскость таким образом, чтобы их можно было закрепить в двух отверстиях с герметизирующими шайбами и гайками. Корпус тена плотно набит мелким очищенным кварцевым песком, в котором содержится нихромовый провод, свернутый в спираль. Спираль полностью изолирована от корпуса кварцевым песком и керамическими изоляторами.
Тены рассчитаны на напряжение 220 или 380 В и имеют мощность от нескольких сотен ватт (кипятильник для стакана с водой) до 4 и более киловатт.
Электрокотел реостатного типа обычно представляет собой металлический сосуд (бак), в котором есть входной и выходной штуцеры для воды и отверстие под фланец. В это отверстие через уплотняющую резиновую прокладку устанавливается блок из нескольких тенов и затягивается винтами по периметру (иногда вкручивается на резьбе). В котле могут устанавливаться специальные электроды – аноды для сбора накипи. Накипь преимущественно осаждается на них, и со временем их меняют. при этом остальные части котла, и особенно тены оказываются чище и служат дольше.
Такой котел работает практически бесшумно, недорог в изготовлении, легко обслуживается. Он неприхотлив к качеству воды, хотя при частой доливке воды в систему будет покрываться накипью.
Управление мощностью реостатного котла устроено очень просто, если он имеет несколько групп. Обычно хватает двух-трех групп тенов: одна группа работает в теплую погоду, остальные подключаются по мере наступления заморозков. При правильной эксплуатации тены не обрастают накипью и легко отдают тепло в воду. Это предохраняет их от перегрева и преждевременного выхода из строя. При правильно продуманной системе байпасов и резервировании, замену тенов можно проводить, не сливая воду из системы. После ремонта емкость котла снова заполняется (той же самой слитой водой) и из нее стравливаются пузырьки воздуха. После этого байпас отключается и электрокотел вводится в работу. Обычно в бытовых условиях все устроено гораздо проще.
Достоинства
- простота в эксплуатации;
- отсутствие шума при работе;
- небольшая стоимость ремонтов и самих котлов.
Недостатки
- слабая динамика нагрева;
- сравнительно большие габариты;
- относительно частые ремонты (замена нагревателей).
Электродные котлы
Выпускаются на рабочее напряжение 220 В, мощностью до 7 кВт. Габариты котла приблизительно 50-70 мм в диаметре и 400-500 мм по высоте. Масса 3-8 кг.
Эти изделия отличаются особо малыми размерами, и представляют собой два концентрических электрода, один из которых является корпусом, а второй центральным стержнем. Теплоносителем для таких котлов является не простая вода, а особо составленный электролит (антифриз), с нормированным удельным сопротивлением порядка 1000…1500 Ом/см^3. Используется та же электрическая проводимость, но в этом случае проводником является жидкость в объеме котла.
Электродные котлы имеют мощность порядка 4…7 кВт и работают при напряжении 220 В. Диаметр такого котла около 50 мм при длине 300…500 мм. Это самые маленькие котлы.
За счет разницы температур в котле начинается движение воды в системе с быстрым подъемом давления вначале. При эксплуатации электродных котлов эта особенность может привести к разгерметизации системы, если она находится при пониженной температуре. Поэтому целесообразно в такой системе использовать циркуляционный насос. Также учитывайте малый объем котла и используйте теплообменник с большим количеством воды, чтобы запасти в системе тепло, на случай временного отключения электроэнергии. Этот же теплообменник (бойлер) может быть использован для получения горячей воды.
С электродными котлами можно использовать далеко не любые радиаторы. Это обусловлено составом электролита. Он несовместим с железом: сталь, чугун, так как из-за коррозии будет меняться удельное сопротивление электролита и электрические характеристики котла. Используйте только алюминиевые радиаторы и металлопластиковые трубы.
Электродный котел в обязательном порядке требует особо качественного заземления и правильного подключения. Корпусной электрод подключается к нейтрали сети, а центральный – к фазе. Корпус заземляется, так что весь электрический потенциал, который может быть опасным, падает в промежутке от центрального электрода до корпуса.
Мощность электродного котла можно регулировать либо мощным автотрансформатором (очень дорогой способ), либо преобразователем напряжения с ШИМ, тоже не очень дешевый. Более простой способ и самый дешевый заключается в периодическом включении с определенной скважностью или от датчиков температуры, но это тот же метод ШИМ, просто на очень низкой частоте. Последний способ приводит к броскам тока в сети и мерцанию ламп. Еще один способ – параллельная работа нескольких котлов, когда каждый очередной подключается по мере необходимости.
Несмотря на использование переменного тока, постепенное растворение электродов происходит, и мощность котла снижается. В таком случае (раз в несколько лет) делается замена центрального электрода.
Достоинства
- исключительно малые размеры;
- быстрый нагрев воды;
- невысокая стоимость.
Недостатки
- требуется качественное заземление;
- работают только на специальном теплоносителе (вода не допускается);
- растворение электродов;
- сложно регулировать мощность.
Какой котел выбрать?
Преимущества и недостатки электрокотлов довольно неплохо уравновешивают друг друга. Если потребителю важно полное отсутствие шума, то лучшим будет выбор котла с тенами. При недостатке места для установки оборудования лучше всего подойдет электродный отопитель, или группа таких котлов. Этот вариант занимает меньше всего места. Однако, электродные котлы могут создавать небольшой шум или свист, за счет движения воды в полости с электродом. Электродные котлы более динамичны и быстрее реагируют на перепады температуры.
Индукционные котлы имеют большую надежность, и служат до полувека. Они подойдут тем, кого интересует надежность. Наиболее частой неполадкой может быть выход из строя преобразователя, но в качественных моделях при хорошем обслуживании он ремонтируется очень быстро, и отопление работает практически без остановки. Для полного снижения шума придется использовать отдельное помещение. Индукционные котлы отличаются от других хорошей экономичностью, но стоят дорого и подходят для коттеджей, но не для небольших домов.
