Электрические котлы: типы, достоинства и недостатки

Достоинства и применение 

Среди достоинств электрических котлов – их невысокая цена. Они в среднем дешевле, чем аналогичные по мощности жидко- и твердотопливные или газовые. Следующее преимущество – простота конструкции и эксплуатации. Электрокотлы, как правило, имеют небольшие габариты и массу. Важно также, что они не нуждаются в отдельном помещении, обустройстве дымохода и соблюдении нормативных требований к системам вентиляции. Это экологически чистые установки, не выделяющие в окружающую среду вредных веществ. Кроме того, они безопаснее по сравнению с газовыми, жидко- и твердотопливными котлами, использующими потенциально пожароопасное топливо и имеющими открытый доступ к огню. 

Наиболее современные электрокотлы комплектуются большим числом функций, а управление ими сводится к нажатию одной или двух кнопок, вынесенных на лицевую панель. Все основные регулирующие задачи решает электроника. Например, в модели  Electra чешской фирмы Mora установлено оборудование, которое позволяет потребителю задавать и настраивать свыше 20 различных режимов работы. К аппарату можно подключать дополнительные датчики – температуры наружного воздуха или воды в бойлере. При каждом включении котла осуществляется автоматическая диагностика насосов, ТЭНов и электронной платы. При обнаружении сбоя система информирует пользователя и отключает неисправный элемент. Котел может быть переведен в режим «Сон», при котором будет осуществляться лишь периодический прогрев воды в контуре до определенной температуры, позволяющий предотвратить размораживание системы. Электронная плата управления снабжена трансформатором, защищающим ее от скачков напряжения. Причем сама она состоит из нескольких блоков, которые обеспечивают функционирование установки даже при неисправности части из них. Контролировать работу котла, который может быть включен в каскад другими теплогенераторами, в том числе – газовыми, можно дистанционно. 

Но электрокотлы имеют и недостатки, сдерживающие их распространение. Во-первых, далеко не всегда имеется выделенная электрическая мощность, достаточная для отопления дома. Во-вторых, в российских регионах нередки перебои в энергоснабжении. В-третьих, относительно высока стоимость электроэнергии.

Несмотря на это, электрические котлы широко применяются в загородных домах с сезонным проживанием, в качестве параллельного или резервного источника теплоснабжения. 

При использовании электрического котла в качестве основного источника теплоснабжения обычно требуется дополнительный – например, твердотопливный котел, который может применяться и для экономии электроэнергии (сначала дом протапливается с помощью дешевого твердого топлива, а потом в автоматическом режиме температура поддерживается с помощью электрического котла). 

В качестве резервного электрокотел все чаще применяется при теплоснабжении от аппаратов, работающих от возобновляемых источников энергии, например, тепловых насосов, мощности которых может оказаться недостаточно для поддержания комфортной температуры в помещениях в наиболее холодные дни года. Дело в том, что приобретение теплового насоса с запасом мощности в расчете на пиковые нагрузки экономически неоправданно.

Конечно, электрические котлы предъявляют повышенные требования к питающим сетям и автоматике. Ведущие производители, как правило, стараются снизить пусковую нагрузку, чтобы избежать больших перепадов напряжения. Например, в котле «Скат» чешской компании Protherm установлено несколько нагревательных элементов, которые включаются электроникой с 20-секундной задержкой и максимальным шагом мощности 0,6 кВт. 

Для нагрева теплоносителя могут использоваться различные схемы преобразования электроэнергии в тепло: ТЭНы, электроды, внешний обогрев теплообменника за счет резистивного или индукционного элемента. 

Работа этих аппаратов основана на передаче тепловой энергии от трубчатого электронагревателя (ТЭНа) теплоносителю – антифризу или воде. 

ТЭН представляет собой прочную металлическую оболочку из стали, меди, алюминия или титана, внутри которой размещена нихромовая резистивная спираль и контактные стержни. От оболочки спираль отделяется диэлектрическим наполнителем с высокой теплопроводностью – оксидом магния или кварцевым песком. В электрических котлах обычно используются одноконцевые (контактные выходы расположены по одну сторону нагревателя) или патронные ТЭНы.

К достоинствам данных котлов можно отнести то, что их тепловыделяющие элементы не имеют электрического контакта с теплоносителем, в связи с этим практически отсутствуют токи утечки, что позволяет применять УЗО (устройство защитного отключения). Мощность котлов не зависит от вида используемого теплоносителя и его температуры, меняясь только в пределах изменения напряжения в питающей электросети. Поэтому легко реализуется ступенчатое или плавное регулирование, что позволяет минимизировать броски напряжения при включении/выключении котлов. 

ТЭНовые котлы могут применять обычный антифриз и воду, не требуя ее подготовки по электропроводности. Существенно и то, что выход из строя одного ТЭНа обычно не влечет за собой остановки всего котла. К плюсам можно отнести возможность использования их для горячего водоснабжения по одноконтурной схеме и работы на перегретой воде. При этом ее температура ограничивается только давлением, на которое рассчитан корпус котлов. К их недостаткам относится то, что ТЭНы имеют ограниченный ресурс и могут перегореть, поэтому следует обращать внимание на возможность (и трудоемкость) его замены. Отложение на нем накипи значительно ухудшает охлаждение и приводит к преждевременному выходу из строя. Поэтому необходимы меры для снижения жесткости воды, причем идеальна – ее дистилляция. В случае включения котла без воды вероятен выход ТЭНов из строя. 

ТЭНовые электрокотлы могут быть одно- и двухконтурными. Обычно ввиду малой массы и габаритов они имеют настенное исполнение, но есть и напольные модели, более мощные. Так, модельный ряд E-Tech P компании ACV (Бельгия) включает напольные котлы мощностью 57,6–259,2 кВт. Они оборудованы электронной системой циклового управления, постоянно адаптирующей мощность к реальным потребностям с помощью 4-ступенчатой модуляции. Обычно котел управляется внешним контактом (комнатным термостатом). Мощность можно ограничивать 25, 50 или 75 % от максимальной. 

Компания Jaspi (Финляндия), выпускающая широкий ассортимент электрокотлов мощностью от 31 до 1800 кВт, специально для коттеджей и объектов, где требуется горячая бытовая вода, производит полностью автоматизированные напольные модели со встроенным змеевиком контура ГВС. Их системы регулирования являются 7-, 15- или 30-ступенчатыми. Заказывая котел, потребитель может скомпоновать аппарат с мощностью, кратной 7 или 10 кВт. 

Настенные котлы Amptec компании Baxi (Великобритания) мощностью 4–12 кВт компактны (объем котла 1,6 л), имеют небольшую массу. Их долгий срок службы обеспечивается применением современных полупроводниковых коммутирующих устройств и ТЭНов, выполненных из меди.

     

 

Нагрев теплоносителя в котле электродного типа происходит за счет выделения тепла при прохождении электрического тока через проводник (в данном случае теплоноситель) напрямую, без «посредника» (например, ТЭНа). Электролиза жидкой среды при этом не происходит, так как катод и анод постоянно меняются местами с частотой 50 Гц (стандартная частота электросети). Такой котел, представляющий собой емкость с размещенными в ней электродами, функционирует как проточный электронагреватель.

Отсутствие теплоносителя в емкости во включенном состоянии (сухой ход) не может привести к выходу оборудования из строя, а отложение накипи на электродах котла лишь снижает его мощность, не приводя к их разрушению, – это безусловное достоинство электродных котлов. Но теплоноситель в такой конструкции – также и элемент электрической сети, поэтому существуют ограничения для его химического состава (например, непригодны обычные антифризы), а при использовании воды необходима ее подготовка с учетом требований к электропроводности. Кроме того, такие котлы нельзя применять для ГВС по одноконтурной системе. 

То, что электрическое сопротивление теплоносителя и мощность аппаратов изменяются с ростом температуры нагрева, производителями электродных котлов трактуется как их достоинство (саморегулирование), а конкурентами – как недостаток.

Электродные котлы обычно компактнее ТЭНовых. Например, котел «Галан Гейзер-15» (ЗАО «Фирма «Галан», Москва) мощностью 15 кВт имеет размеры (длина x диаметр) 410x130 мм, а массу 5,3 кг.  Напряжение питание аппарата – 3x380 В, максимальный ток по каждой фазе – 22,7 А. Котлы относятся к приборам 1-го класса защиты от поражения электрическим током. 

Производитель запрещает эксплуатацию этих котлов без устройств автоматического управления или с автоматикой, не рекомендованной им. 

Отопительная система может быть заправлена либо разработанным компанией антифризом, либо водой, параметры которой должны соответствовать указанным в паспорте котла. В последнем случае, в процессе эксплуатации иногда потребуется корректировка удельного сопротивления жидкости. 

Такие котлы нельзя применять в отопительных системах типа «теплый пол» в связи с тем, что недостаточно высокая температура теплоносителя не позволяет электродному аппарату выйти на нормативные значения мощности (о зависимости этих параметров написано выше).

Производитель утверждает также, что поскольку рабочая камера котлов имеет небольшой объем, а теплоноситель быстро нагревается, возникающее давление (при максимальной мощности – до 2 бар) позволяет отказаться от использования циркуляционного насоса. 

В котлах «Галакс» (производитель – «Галан») используются пленочные нагреватели, изготовленные по технологии трафаретной печати, применявшейся в электронной промышленности. По эффективности, простоте монтажа, ремонта, стоимости отопления 1 м2 помещения, материалоемкости на кВт мощности котла и т.п. пленочные аппараты аналогичны электродным, но имеют ряд преимуществ, в частности, не требуют подготовки воды и работают на любых теплоносителях, предназначенных для отопительных систем. Отсутствие теплового барьера между нагревательным слоем и основанием из нержавеющей стали позволяет оптимизировать эксплуатационные характеристики (управляемость, КПД, скорость разогрева теплоносителя) при одновременном снижении номинальной потребляемой мощности на 15–25 %. В этих котлах тепловыделяющий элемент, равномерно распределенный по всей поверхности цилиндрического нагревателя, не контактирует с теплоносителем, не создает ему гидравлического сопротивления. Пленочный нагреватель обеспечивает высокий КПД, котел имеет малую тепловую инерционность, его мощность легко регулировать, в том числе – плавно. 

 В котле «Сапфир» фирмы «РусНИТ» (Рязань) применен нагревательный элемент ПЭНМ, выполненный в виде медной трубы, на которую нанесен изоляционный слой, а на него – спиралевидный резистивный из вольфрама. Электрический ток нагревает его, медную трубу (проточную емкость) и теплоноситель в ней. Применение ПЭНМ позволяет значительно упростить конструкцию и уменьшить габариты электрокотлов. В них предусмотрено плавное регулирование температуры теплоносителя от 35 до 85 °С в пределах каждой ступени мощности (33, 66, 100 %)

Реализуется в электрокотлах и нагрев, основанный на электромагнитной индукции. При этом установка имеет конструкцию, схожую с трансформатором, который состоит из двух контуров. Первичный – магнитная система, вторичный – теплообменное устройство или ТВЭЛ (тепловыделяющий элемент). Под воздействием переменного магнитного поля в ТВЭЛ индуцируются токи, вызывающие его нагрев, передающийся теплоносителю. Среди достоинств индукционных котлов – отсутствие нагревательных элементов, что исключает возможность выхода из строя самого котла и разъемных соединений в его конструкции, снижение образования накипи, электробезопасность, возможность изготовления моделей с широкими диапазонами температуры и давления, работа практически с любыми теплоносителями.

Недостатки индукционных котлов: более высокая стоимость по сравнению с ТЭНовыми и электродными (в бытовом сегменте в среднем в два–три раза соответственно), большие размеры и масса (в три – восемь раз), трудность в организации плавной регулировки мощности. 

В индукционных котлах промышленных серий используется высокочастотный преобразователь, существенно удорожающий оборудование. Но для применения в бытовом секторе разработаны конструкции без него. Например, отечественные индукционные котлы SAV. Модель мощностью 15 кВт питается от трехфазной сети напряжением 380 В (50 Гц), имеет высоту 1100 и диаметр 108 мм, массу 45 кг.