Принцип работы электрокотла, виды, устройство

В прошлый раз мы рассказывали, как подобрать мощность электрокотла. Сегодня мы проведем ликбез о том, как работают отопительные электрические настенные котлы с тэнами, электродные нагреватели, а также индукционные агрегаты. Несмотря на то, что все они выполняют одинаковую функцию, делают все же это по-разному. Разница заключается в принципе преобразования электрического тока в тепловую энергию теплоносителя. Иными словами, принцип нагрева у разных видов котлов отличается. Читайте также о том, как выбрать электрокотёл для отопления.

Принцип работы электродного электрокотла для отопления

Вот так выглядит электродный электрокотел.

Такой котел также называют ионным. Это связано с принципом преобразования им электрической энергии в тепловую. Сам по себе электродный котел совсем маленький. Электродный электрокотел для отопления устанавливается на трубу и его даже не нужно дополнительно крепить к стенам. Он держится за счет американок, на которые он посажен, этого вполне достаточно.

Корпус электродного электрокотла для отопления похож на отрезок трубы, длиной около 40 см. В один из торцов вкручивается металлический стержень. Второй конец либо запаян, либо же в нем вварен патрубок для циркуляции теплоносителя. Всего в корпусе нагревателя два патрубка для подачи и обратки. Они могут быть расположены:

• один в торце, второй перпендикулярно в боковой части;
• оба в боковой части перпендикулярно корпусу и параллельно между собой.

Принцип работы электрического котла отопления заключается в том, что между катодом (положительно заряженный электрод) и анодом (отрицательно заряженный электрод) происходит движение ионов. Они, в свою очередь, также могут быть как положительно, так и отрицательно заряженными. При этом постоянно происходит смена их полярности, один и тот же ион в секунду меняет плюс на минус 50 раз. Из-за этого движение ионов хаотичное, ведь плюс притягивает минус, а когда происходит постоянная смена полярности, то частицы, соответственно, меняют вектор движения.

В результате быстрых, хаотичных движений ионов возникает трение, благодаря которому теплоноситель для электрических котлов отопления быстро нагревается. Скорость реакции настолько высока, что отрезка в 40 см достаточно чтобы нагреть циркулирующую в котле жидкость. В качестве катода выступает металлический стержень, на который подводится фаза, то есть плюс. Ноль, он же минус, подсоединяется к корпусу, при этом стержень с корпусом, кроме как через теплоноситель, никак не контактирует. Они изолированы между собой. Если в электродном электрическом котле отопления не будет теплоносителя, реакция прекращается.

Недостатки такого метода нагрева:

• теплоноситель находится под напряжением;
• нужна солевая подготовка жидкости;
• нельзя использовать незамерзающие жидкости в системе отопления.

Нагревание теплоносителя происходит за счет контакта жидкости с электрическими зарядами. Вода – лучший проводник и благодаря своему  сопротивлению быстро закипает. Поэтому нужно изменить состав теплоносителя таким образом, чтобы уменьшить его удельное сопротивление. При этом должен соблюдаться уровень рабочего тока в амперах. Для каждого нагревателя значение стартового и максимального тока указаны в технической документации. Чтобы достигнуть необходимой силы тока в жидкость добавляют поваренную соль, ту которой пользуются в быту.

Электродный электрический котел отопления работает только со специально подготовленным теплоносителем.

Количество соли в воде должно соответствовать государственному стандарту № 2874–72. На практике все происходит методом замера силы тока. При недостаточном его значении в жидкость добавляется еще поваренная соль, если же значение превышает допустимые нормы, то в теплоноситель добавляется дистиллированная вода. В дистиллированной воде практически нет примесей металла и солей, в то время как в водопроводной таких примесей много, особенно в воде с колодца или скважины. Температура теплоносителя контролируется специальными датчиками. При достижении установленной температуры они отключают котел и включают когда, вода остынет.

Еще одна альтернатива водяному отоплению — это паровое отопление дома, которое работает совсем по иному принципу.

 

Все про паровое отопление своими руками (фото и видеоматериалы) можно прочитать здесь.

Принцип работы индукционного электрического котла

Индукционные отопительные электрические настенные котлы нагревают теплоноситель магнитным полем, которое создается электрическим током. Устройство электрического котла отопления:

• гильза (корпус);
• утеплитель;
• катушка;
• сердечник, по которому циркулирует теплоноситель.

Катушка в индукционных электрических котлах для отопления дома изолирована от жидкости, то есть ток в теплоноситель не проникает.

Медная обмотка через блок управления подсоединяется в сеть. За счет этого внутри катушки создается магнитное поле. В нем как раз и находится сердечник (грубо говоря, труба, по которой протекает жидкость). Магнитное поле нагревает трубу, а уже та, в свою очередь, отдает тепло воде. Корпус нагревателя остается холодным, так как он защищён слоем утепления. Этот метод хорош тем, что теплоноситель не находится под напряжением, соответственно током вас не ударит.

Чтобы увеличить время пребывания теплоносителя внутри котла, сердечник (труба) сделан не прямым, а имеет конструкцию некоего лабиринта, как показано на рисунке:

Наглядная схема конструкции и принципа циркуляции в индукционном котле.

Как видите, сначала жидкость заходит в индукционные электрические котлы для отопления дома через патрубок обратки, проходит несколько поворотов на 180 градусов и стремится к выходу. При этом нагрев начинается с первой секунды попадания теплоносителя в агрегат. Устройство электрокотла отопления не имеет никаких движимых элементов, на обмотке не скапливается накипь, ломаться, по сути, нечему. Разве что внутренние стенки теплообменника, в котором греется теплоноситель, могут со временем поржаветь. Но благодаря тому, что для производства применяется достаточно толстый металл, этот процесс растягивается более чем на четверть столетия.

Принцип работы тэнового электрокотла для отопления

Тэны бывают разной формы и размеров, но принцип работы остается неизменным.

Настенный электрокотел для отопления частного дома стоит дешевле всех своих собратьев, работающих от сети, да и замена тэна стоит сущие копейки. Нагрев воды тэнами практикуется не только в котлах. Такой метод широко используется:

• в бойлерах;
• в регистрах отопления;
• в плинтусном водяном отоплении.

В современных электрических котлах для отопления нагрев теплоносителя осуществляется посредством тэнов. Они полностью погружены в жидкость и это является обязательным условием для их работы. Дело в том, что если тэн не будет контактировать с жидкостью, то перегорит. Вода охлаждает его, забирая тепло. Если же нагрев достигает критического уровня, то материал не выдерживает и сгорает.

Тэн состоит из металлической трубки, изогнутой в произвольной форме. Это могут быть круглые или продолговатые спирали с разным количеством витков. Внутри трубки находится кварцевый песок. Он является посредником между корпусом тэна и его нагревательным элементом. Всю работу по нагреву выполняет тонкая вольфрамовая нить, закрученная в спираль. По сути ничего сложного нет. Подытожим, как работает электрический котел отопления с тэнами:

• ток подается на вольфрамовую нить;
• нить нагревается сама и отдает тепло кварцевому песку;
• песок проводит тепло на корпус тэна (металлическую трубку);
• трубка контактирует с теплоносителем и греет его.

При этом напряжение не должно попадать в теплоноситель. Если же жидкость бьет током, то это может быть результатом выхода из строя тэна, либо же проблем с заземлением. Из-за того, что нагревательные элементы постоянно контактируют с жидкостью, к тому же горячей, на них появляется накипь. Это оседают частицы металла, солей и минералов, которые есть в любой воде, кроме дистиллированной, конечно. Поэтому чтобы тэновые электрокотлы для отопления служили дольше лучше заливать в контур именно дистиллированную воду. Ее можно купить, либо же добыть самостоятельно.

Способов несколько. Можно собрать дождевую воду или же нарезать бензопилой на реке льда и растопить его. В крайнем случае, можно отстоять обыкновенную воду, чтобы все ненужное осело, а потом шлангом слить со дна треть жидкости. Но даже если вы не будете использовать дистиллированную воду, не стоит сильно переживать о замене тэнов. Они недорогие и найти их можно во многих местах, с эти проблем нет.

Еще одно преимущество тэновых электрокотлов – это широкий ассортимент моделей. Есть напольные электрические котлы отопления и настенные модели, которые можно подключать в сеть 220 и 380 вольт. Некоторые экземпляры оснащены переключателем и являются универсальными. Да и разницы в конструкции нагревателя на 220 и на 380 вольт нет никакой, все дело в последовательности подключения нагревательных элементов. В блоке управления делаются две независимые схемы подключения, а пользователь выбирает ту, которая ему нужна.

Современный газовый котел для отопления дома будет в два раза экономичнее электрического.

 

Про особенности проектирования газового отопления частного дома просто и доходчиво рассказано здесь.

Принцип управления работы всех видов электрических котлов

Простой блок управления с дисплеем для электрического котла.

Понятное дело, что вручную управлять работой нагревателя – это нонсенс, всё-таки во время высоких технологий живем. Поэтому почти все виды электрокотлов отопления оборудуются электронным управлением с разным количеством опций. «Мозги» аппарата могут быть и не предусмотрены производителем. В некоторых моделях ставят самые простые и необходимые датчики, в дорогих аппаратах количество функций значительно шире. Что должно быть в блоке управления всех видов электрических котлов отопления:

• датчик температуры;
• отдельные предохранители;
• реле времени;
• реле нагрузки;
• двухтарифный счетчик.

Датчик температуры лучше ставить на контроль воздуха в помещении, чем на теплоноситель.

В зависимости от температуры за окном, при одинаковом нагреве теплоносителя в доме будет то теплее, то холоднее. Удобнее когда температура в помещении удерживается на одном уровне методом повышения или понижения нагрева жидкости в контуре.

Реле нагрузки не даст включиться нагревателю, когда домашняя сеть перегружена. Например, когда работает стиральная машина. Таким образом, проводка не будет испытывать перегрузок и не перегорит. Чтобы сэкономить на счетах за электроэнергию в домах, которые обогреваются электроприборами нужно устанавливать счетчики двойного тарифа.

Они считают, сколько потрачено энергии в дневное и ночное время, и разделяют стоимость за использованные киловатты. Ночью электричество дешевле. Установленное реле времени будет включать нагреватель тогда, когда это более выгодно, то есть ночью. В то время как днем котел будет работать как можно меньше.

Если серийные модели нагревателей не устраивают вас по своим функциям или слишком дорого стоят, то вы можете купить самый простой котел и собрать блок управления самостоятельно. Это удобно, так как вы сами определяете, какие функции вам нужны, а какие нет. К тому же все можно делать поэтапно, соответственно, не нужно сразу выкладывать приличную сумму.