Электрические котлы

Среди всех систем отопления, одной из наиболее применяемых на сегодняшний день, является - электрическая. Преимущества использования электроэнергии от сети для отопления, сохраняются уже более ста лет, несмотря на появление нескольких альтернативных систем и других видов энергии.
Электрические системы отопления используются при отсутствии газового топлива и других видов энергии и, в сравнении с ними, обеспечивают более высокую комфортность и безопасность. Эти преимущества реализуются при применении электрических котлов или электрических батарей при отоплении домов.
Электрические котлы обладают достоинствами, которых нет у других видов оборудования для отопления. Они стоят недорого, имеют малые габариты и массу, конструктивно просты и удобны в эксплуатации. По этим параметрам газовые, жидкотопливные и твёрдотопливные котлы значительно уступают электрическим, которые не требуют отдельного помещения, дымоходов, систем вентиляции, они не выделяют вредных веществ, не используют кислорода при работе, не используют пожароопасное топливо, их работу легко автоматизировать.
Системы автоматизации при эксплуатации электрических котлов обладают большими возможностями при настройке на различные режимы работы, использования датчиков внешней температуры воздуха, температуры воды в накопительном бойлере, диагностики насосов, ТЭНов и системы в целом, возможность применения режима сна, с определёнными периодами включения, возможность пошагового включения с постепенным увеличением мощности.
К недостаткам использования электрических котлов относятся : возможный дефицит выделяемой для объекта электрической мощности от внешней сети, перебои со снабжением электроэнергией и её сравнительно высокая стоимость.
В загородных домах, при сезонном проживании в них, электрические котлы применяются в качестве резервных источников тепла, при использовании в качестве основных источников, других, в том числе и возобновляемых источников энергии.
При использовании электрического котла в качестве основного источника тепла, применяются альтернативные источники тепла—твёрдотопливный котёл, который первоначально нагревает помещение до нужной температуры, а затем её поддерживает электрический котёл.
Для нагрева теплоносителя в электрических котлах используются различные способы преобразования электрической энергии в тепловую. Для этой цели применяются ТЭНы, электроды, внешний обогрев теплообменника, за счёт выделения тепла от элемента электрического сопротивления , индукционный нагрев.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОТЛЫ С ТЕПЛОЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЯМИ.(ТЭН)

В котлах с ТЭНами электроэнергия потребляемая нагревательным элементом, превращается в тепловую и передаётся теплоносителю (вода, антифриз). ТЭН представляет собой трубчатую оболочку из стали, алюминия или титана, внутри которой размещена спираль электрического сопротивления и выводные стержни, для подключения к сети. Между спиралью и оболочкой размещается диэлектрический наполнитель, обладающий высокой теплопроводностью (кварцевый песок, оксид магния).
В этих источниках тепловыделения, отсутствует электрическая связь спирали сопротивления с теплоносителем, они электрически безопасны, в них практически нет токов утечки, что позволяет включать в схему устройство защитного отключения (УЗО) и, так как их мощность не зависит от вида теплоносителя, можно осуществлять ступенчатое или плавное регулирование мощности при включении, выключении и в рабочем режиме.
При установке в котле нескольких ТЭНов повышается надёжность его эксплуатации, нет необходимости отключать котёл при выходе из строя одного из ТЭНов.
Такие котлы можно использовать для горячего водоснабжения по одноконтурной схеме и при работе котла на перегретой воде (температура воды лимитируется только расчётным давлением корпуса котла).
К недостаткам таких котлов относятся : сравнительно ограниченный ресурс ТЭНов, отложения накипи, необходимы меры для снижения жёсткости воды, выход из строя ТЭНа при отсутствии жидкости в системе. Такие котлы могут быть одноконтурными и двухконтурными, они могут подвешиваться на стену и устанавливаться на полу.

ЭЛЕКТРОДНЫЕ КОТЛЫ.

В котлах электродного типа тепловыделение происходит при прохождении электрического тока через теплоноситель, обладающий определённой величиной электрического сопротивления. При этом не происходит электролиза в жидкой фазе т.к. при применении переменного тока, анод и катод меняются местами с частотой 50гц. Такой котёл выполняет функцию проточного электронагревателя.
Достоинством таких котлов является то, что даже при отсутствии теплоносителя, при включении котла в сеть, не происходит выхода установки из строя, а отложения накипи на электродах, незначительно снижают мощность котла.
Так как теплоноситель в таких котлах является звеном электросети, необходимы жёсткие ограничения на его химический состав, а при применении воды, требуется её предварительно подготовить, для создания требуемой электропроводности.
Такие котлы нельзя применять для горячего водоснабжения по одноконтурной схеме, т.к. электрическое сопротивление теплоносителя уменьшается с ростом температуры и мощность такого котла, при неизменном внешнем напряжении сети, будет увеличиваться или в рабочем режиме расход электроэнергии уменьшится, по сравнению с пусковым.
Такие котлы занимают меньше места, чем котлы с ТЭНами и не нуждаются в циркуляционном насосе, т.к.при их работе давление теплоносителя повышается (до 2-х раз), что обеспечивает естественную циркуляцию. Эти котлы требуют обязательного автоматического управления. В качестве теплоносителя система заправляется специальным антифризом с присадками или специально подготовленной водой.
Эти котлы не применяются в низкотемпературных отопительных системах, т.к. при низких температурах электрическое сопротивление теплоносителя возрастает и отдаваемая котлом мощность снижается.
На сегодняшний день продолжаются поиски новых технологий теплогенерации и конструкций электрических котлов, для повышения эффективности, долговечности и надёжности тепловыделяющих элементов.
Идёт работа по совершенствованию плёночных нагревателей , которые являются перспективными по простоте изготовления, монтажа, ремонта, стоимости, повышения КПД котлов. При работе с такими нагревателями не требуется подготовка воды, возможно применение любых теплоносителей, т.к. теплогенерирующий слой распределён равномерно по поверхности цилиндрического нагревателя и не соприкасается с теплоносителем.
Новые конструкции нагревательных элементов позволяют довести КПД установки до 98%.
Разрабатываются и изготавливаются нагревательные элементы представляющие собой медную трубу с изоляционным наружным слоем, на которую намотана вольфрамовая спираль электрического сопротивления. При прохождении электрического тока по спирали, она нагревается, нагревает медную трубу и теплоноситель, внутри которой он протекает. Такой способ нагрева позволяет упростить конструкцию котла, уменьшить габариты и обеспечивает возможность плавной регулировки температуры.
Разработаны и применяются тепловые нагреватели с индукционным способом нагрева, по типу трансформатора, при котором первичный контур--электромагнитная система, а вторичный контур—теплообменник или тепловыделяющий элемент. Переменное магнитное поле, создаваемое в первичной электромагнитной системе, создаёт индукционные токи, которые нагревают металл теплообменника и этот нагрев передаётся теплоносителю. Эта конструкция обеспечивает высокую долговечность элементов и сохранение всех показателей теплопередачи на всё время работы установки.

Преимуществами индукционных котлов являются :

отсутствие нагревательных элементов, снижение образования накипи, высокая электрическая безопасность, широкий диапазон температур и давлений.
Недостатками являются : более высокая стоимость, по сравнению с другими видами теплонагревателей, большие габариты и масса, затруднительная плавная регулировка параметров.
При проектировании электроснабжения дома, необходимо заблоговременно учитывать мощность электрических котлов.