Электродные котлы для отопления


Как показала практика, отопление жилых и промышленных объектов с помощью обычной централизованной системы отопления не всегда является эффективным и практичным. Именно эта причина побуждает искать альтернативные источники тепла, которые были бы конкурентоспособными и экономичными.

Одним из ярких примеров такого оборудования являются электродные котлы отопления, которые позволяют быстро и качественно прогревать отапливаемое здание. На чем основан принцип их работы? Какие преимущества и недостатки они имеют? Как увеличить их экономичность? Рассмотрим эти вопросы подробнее.

Принцип работы электродных котлов отопления

Электродные котлы для отопленияДанный тип котлов используют исключительно в системах отопления закрытого типа. Высокой скорости нагрева и КПД удается достигнуть, благодаря уникальной системе ионизации теплоносителя.

Суть этого способа нагрева заключается в прямой передаче энергии, которая находится в электрическом токе, молекулам воды. В результате этого, удается достичь определенных показателей, которые значительно влияют на скорость прогрева теплоносителя. А именно:


  • Скорость нагрева воды. Воздействие электрического тока нагревает теплоноситель практически моментально. Это свойство в значительной степени влияет на скорость нагрева помещения. В то время пока, к примеру, газовый котел еще разогревает жидкость в системе отопления, электродный уже отапливает помещение.
  • Выход на номинальную мощность. Несложные расчеты показывают, что для того, чтобы прогреть систему отопления, часто расходуется большое количество топлива с наименьшей теплоотдачей. В этом отношении электродный отопительный котел отличается от аналогичного оборудования. Высокая скорость нагрева теплоносителя обеспечивает выход узла на номинальную мощность очень быстро.

Электродные котлы для отопленияПеллетные котлы разновидность твердотопливных отопительных котлов, быстро набирающая популярность благодаря своей дешевизне и эффективности.

Как правильно рассчитывать мощность газового котла, читайте здесь.

Еще одной особенностью электродного оборудования является его защита от перегрева, которая часто отсутствует в системах, работающих на других видах топлива.

Преимущества устройств


Электродные котлы для отопленияВсе отопительное оборудование имеет свои положительные и отрицательные стороны. Поэтому, при выборе наиболее подходящей модели электродного котла, стоит обращать внимание, как на плюсы, так и на минусы. Итак, основные преимущества:

    • Экономичность. Стоимость котлов ниже, чем у аналогичных отопительных приборов. Во время работы достигается достаточно высокий уровень теплоотдачи, КПД составляет не менее 96-98%. При установке дополнительного оборудования и использования специального теплоносителя можно добиться экономии расхода электроэнергии около 40%.
    • Компактность. Котел весит очень мало, что существенно отличает его от газового оборудования, вес которого может достигать 50-60 кг и больше. Промышленный электродный агрегат имеет вес около 6 кг.
    • Возможность увеличения мощности. Если номинальной производительности прибора не хватает для нагрева помещения, можно использовать несколько нагревательных узлов, подключая их в общую сеть. Максимальная мощность, в таком случае, составит 150 кВт. Блок управления электродным котлом одновременно будет управлять и контролировать работу всех отдельных узлов.

Электродные котлы для отопленияЦелью испытаний водогрейных котлов является определение фактических эксплуатационных, теплотехнических и экологических показателей.

Обратите внимание!
  • Безопасность. Использование электродных котлов намного безопасней, чем эксплуатация газового или оборудования, работающего на твердом топливе.

Еще одним весомым преимуществом является то, что данное оборудование можно использовать практически для любых систем отопления промышленных и бытовых объектов, а также складов и других помещений.

Устройство и принцип работы

В основе такого способа нагрева теплоносителя лежит процесс хаотичного перемещения ионов воды под воздействием переменного электрического тока. Любой подобный котёл состоит из массивного электрода, на который подаётся напряжение, а в качестве второго электрода с нулевой фазой выступает металлический корпус нагревателя. Дальнейший процесс напоминает электролиз, только ионы движутся не от катода к аноду, а хаотично перемещаются в разные стороны с частотой 50 Гц.

Электролит обладает плохой проводимостью и большим сопротивлением, чем сталь или алюминий, поэтому при прохождении через него электрического тока происходит выделение тепловой энергии. Мощность устройства рассчитывают по формуле: P=U*I, где U – подаваемое напряжение (В), а I – сила тока (А).

Преимущество такой схемы перед ТЭНом заключается в отсутствии промежуточной теплоизоляционной прослойки между нагревательным элементом и теплоносителем, что обеспечивает максимально возможный КПД. Фактически вся подаваемая электроэнергия преобразуется в тепловую.


Это важно! Концентрация соли в электролите влияет на сопротивление жидкости и определяет максимально возможный протекаемый ток. Информация об этом содержится в справочниках или инструкции по эксплуатации заводского котла.

Плюсы и минусы

Несмотря на то, что такие котлы появились относительно недавно, информации по их использованию достаточно. Кроме простоты конструкции, ионные котлы обладают и другими плюсами:

  • КПД достигает рекордных 99%, другие системы имеют меньший коэффициент в силу особенностей своего устройства;
  • Экономичнее других нагревательных устройств на 15–20% при аналогичной выделяемой мощности;
  • Не зависит от перепадов напряжения, будет греть даже при сильном его падении, но с меньшей эффективностью;
  • Не боятся утечки жидкости, при включении «на сухую» перегрева не произойдёт из-за невозможности процесса нагрева без электролита;
  • Бесшумность работы;
  • Компактные размеры устройства.

К сожалению, недостатки у ионных котлов тоже есть:

  • Система отопления склонна к накоплению статического электричества и поражению электрическим током, поэтому качественное заземление обязательно;
  • Теплоноситель должен иметь определённые показатели сопротивления, простая вода из крана не подходит;
  • Необходимость установки электронного блока управления и термодатчиков для контроля за постоянной температурой;
  • Потребление электроэнергии и стоимость 1 ккал выше, чем у твердотопливных или газовых котлов;
  • Потребуется использовать специальные радиаторы отопления.

Как рассчитать мощность

Целесообразность установки отопительного котла того или иного типа определяется условиями его эксплуатации и площадью помещения. На основании этих данных рассчитывают минимальную мощность и стоимость эксплуатации за отопительный сезон или целый год.

Обратите внимание!

Формула мощности: W=We*S (кВт);

  • W – это оптимальная мощность нагревательной установки;
  • We – удельная мощность для единицы площади, зависит от региона (южные районы порядка 0,05–0,07, северные и центральные – до 0,2);
  • S – общая площадь (м2);

Могут вводиться дополнительные поправочные коэффициенты для разных типов зданий и кровли:

  • крыша без теплоизоляции – 0,25;
  • нет наружного стенового утеплителя – 0,35;
  • сквозняки или мощная вентиляция – 0,15.

Эти и другие поправки содержатся в справочной литературе, а также соответствующих ГОСТах.

Это важно! Получив необходимое значение мощности котла, сравните его с максимально возможной нагрузкой на электрическую сеть в доме. Гаражные и садовые кооперативы имеют слабые сети и не способны питать мощные нагревательные приборы.

Схема подключения к отопительной сети

Для нормальной эксплуатации потребуется установка циркуляционного насоса, расширительного бака, специального фильтра и блока автоматики. Чаще всего используются 3 типовых схемы включения электрокотла в отопительный контур.

Стандартная или последовательная

Самая распространённая принципиальная схема, в которой теплоноситель подаётся сверху вниз при помощи насоса. Позволяет подключать большое количество радиаторов отопления.


Параллельная схема

Хорошо подойдёт небольшим помещениям с 1–2 секциями батарей. Циркуляция жидкости в таком контуре возможна самотёком за счёт конвекции. Также может быть подключён второй котёл или центральное отопление.

Подключение тёплого пола

В домах с центральным или газовым отоплением электродные котлы малой мощности используют для обогрева пола. Такой пол дольше сохраняет тепло и делает микроклимат в помещении мягче, чем при использовании инфракрасных обогревателей.

Нагрев воды в системе горячего водоснабжения предполагает применение специальных 2-х контурных котлов, которые могут быть также подключены к общей отопительной системе.

Перед началом работ на чертеже необходимо указать количество контуров, места расположения радиаторов отопления и общее количество труб, места установки насосов и фильтров. Предусмотреть краны для слива воды и заправки жидкости в контур.

История появления ионных котлов

Первые ионные котлы отопления проточной модификации стали устанавливать на военных объектах для обогрева подводных лодок и кораблях ВМФ СССР. Технология была рассекречена в 90-х годах, после распада СССР.

Развитием этой конструкции котлов занималась российская фирма ЗАО «ГАЛАН». В 1994 году вышел первый серийный выпуск ионных котлов ГАЛАН.

За 20 лет модель успешно развивалась, менялись конструктивные характеристики и применяемые материалы. Создание автоматики «Крос», дало возможность устройству работать с водой любого качества, что существенно увеличило область использования ионных котлов.


Электродные котлы для отопления

«Крос» настраивается при первоначальном пуске, и далее стабильно работает, автоматически подстраиваясь под реальное качество теплоносителя, чем обеспечивает высокий КПД бытовых отопительных котлов.

В процессе работы не требуется ручное управления, поэтому на панели нет элементов регулировки, только индикаторы технического состояния.

Котел хорошо интегрируется с внешними климатическими блоками регулирования, с возможностью работать в системе «Умный дом» и DSM управления.

Достоинства и недостатки

В технической литературе достаточно много противоречивой информации о работе ионных котлов. Тем не менее, достигнутые технологические параметры работы такой системы нагрева говорят о существенных преимуществах его по сравнению с аналогичными отопительными устройствами функционирующих на электроэнергии:

  1. Самый высокий уровень эффективности КПД 90-98 %, выше чем у обычных ТЭновых конструкций.

  2. Высокая скорость выхода ионных котлов отопления на рабочую мощность.
  3. Малые габариты и вес, что упрощает обвязку ионного котла.
  4. Нет необходимости обустройства дымовентиляционной системы в. обогреваемом помещении.
  5. Отсутствует перегрев и утечки теплоносителя.
  6. Перепады напряжения в сети, незначительно снижают мощность ионных котлов отопления, но при этом не останавливают процесс нагрева теплоносителя.
  7. Можно размещать в отопительный контур с традиционным котлоагрегатом, работающим на любом топливе в качестве дополнительного источника отопления в ночное время или в часы максимума нагрузки.
  8. Допускается каскадная установка нескольких ионных агрегатов со ступенчатой регулировкой мощности обогрева.
  9. При правильной утилизации отработанного теплоносителя, ионные котлов — абсолютно не представляют угрозу окружающей среды.
  10. Имеют низкую стоимость по сравнению с традиционными агрегатами.

Недостатки ионных котлоагрегатов:

  1. Специфические параметры по качеству греющей среды.
  2. Не все приборы отопления могут работать в паре с ионными электродными котлами. Специалисты рекомендуют использовать биметаллические либо алюминиевые батареи. Причем последние не должны содержать окислов, которые могут изменить химсостав электролита и внести разбалансировку в работу всей системы.
  3. Высокое требование к электрозаземлению.
  4. Ограничение по предельной температуре — до 70 С.
  5. Электроды довольно скоро покрываются накипью и требуют периодической замены.
  6. Недопустимо работать в контуре нагрева ГВС.

Устройство и технические характеристики

Электродные котлы для отопления

Данный способ мгновенного нагрева теплоносителя, не является какой-то современной разработкой он существует несколько десятков лет, поэтому сегодня модели выпускаются несколькими компаниями. Конструкции в основном, похожи и различаются только малозначительными деталями.

Электродные котлы для отопления

Это обычно — вертикально установленный цилиндр, с широкой нижней частью, где размещается электрокоммутационный блок. В конструкции расположены два патрубка для подающего и обратного теплоносителя.

Внутри устройства устанавливаются электроды. При работе в линии 220 В — один электрод по центру, а в линии 360 В — три изолированных электрода из специализированных сплавов, закрепленные защищенными полиамидными гайками.

Кроме того в конструкции расположены:

  • управляющий блок;
  • контроллер блока управления;
  • защита от напряжения низкого качества;
  • клеммы питания и заземления;
  • резиновые прокладки для изоляции
  • изоляционные.

Усредненные характеристики бытового ионного котлоагрегата:

  • диаметр электродного котла – до 300-350 мм;
  • длина – примерно 600 мм;
  • вес одной установки от 10 до 12 кг;
  • тепловая мощность от 2.0 до 55.0 кВт.

Непременной составляющей ионного котлоагрегата считается специальный теплоноситель, который в обязательном порядке должен отвечать условиям, обозначенным технической инструкцией завода-изготовителя.

Как подобрать ионный котел

Выбирают требуемый агрегат по мощности из условия, что 1 кВт тепловой мощности достаточно для нагрева площади 10 м2. К расчету нужно добавить еще приблизительно 20% для учета тепловых потерь объекта.

Электродные котлы для отопления

Кроме того перед выбором нужно уточнить какую функцию он будет нести в схеме теплоснабжения, как основной источник тепла или вспомогательный для поддержания температуры в ночное время или в период предельно низких температурах наружного воздуха.

Также потребуется учитывать режим электрической нагрузки 220В или 380 В, и возможность внутридомовой электрической сети несли нагрузку по такому котлу. Для выбора конкретной модели потребуется учитывать схему отопления, так, если в доме есть система «теплый пол» мощность котла выбирается на 30% больше.

Лучшие производители

Благодаря своим преимуществам ионные котлы остаются весьма востребованными источниками теплоснабжения на российском рынке.

Их выпускают ряд отечественных заводов, также имеются модели западных производителей.

Общий обзор самых востребованных брендов:

  1. «Галан», котлоагрегат московской фирмы. Фирма производит несколько базовых моделей в сети 220 В: » Очаг», » Турбо» и » Гейзер», а сети 380 В — » Вулкан». К устройствам потребуется купить основной блок управления » Навигатор», защитный автомат «ABB», терморегулятор «BeeRT», управляющий производительностью циркуляционного электронасоса.
  2. Электродные ионные котлы Берил, российского производителя, выпускаются в 2-х типоразмерах для сети 220/380 В и соответственно мощностью 9/33 кВт. Имеет верхнюю установку блока включения к электросети, что упрощает монтаж и техобслуживание. К нему необходимо дополнительно приобрести блок ЦСУ «Евро», который позволяет выполнять ступенчатое управление мощностью подогрева теплоносителя, через каждые 200 Вт.
  3. Котлы электродные марки ЭОУ отечественного производителя, с диапазоном мощности от 2 до 120 кВт, в сети 220/380 В.
  4. «Форсаж» украинского производителя, оборудованы специальным защитным кожухом, повышающим безопасную эксплуатацию, имеющий дизайнерский внешний вид. Представлена 5-ю модификациями для сети 220 В, мощностью от 3.0 до 20 кВт, которые комплектуются блоком управления ЭЦРТ.
  5. STAFOR, латвийского производителя, соответствует требованиям ЕС. Конструкция обладает рядом инновационных решений, в том числе — использует «клетку Фарадея» с распределением предохранительного и рабочего нуля. С ним совместно возможно купить фирменный теплоноситель о и специализированную присадку STATERM POWER, позволяющую вовремя вносить поправки в химсостав электролита для регулирования эффективности работы котла.

В последнее десятилетие прошлого века в Украине возникла экстренная рыночная потребность решения проблем автономного отопления и горячего водоснабжения. На этой волне многих разработчиков и производителей соблазнил простой принцип электродного нагрева воды.

МАСТЕР-КЛАСС
elektrodnyy-kotelВ последнее десятилетие прошлого века в Украине возникла экстренная рыночная потребность решения проблем автономного отопления и горячего водоснабжения. На этой волне многих разработчиков и производителей соблазнил простой принцип электродного нагрева воды.

Подробно описывать сам принцип нагрева нет смысла.

Следует только напомнить: если погрузить два электрода вводу и приложить к ним переменное напряжение, произойдет прямой нагрев воды; переменное напряжение исключает классическое явление электролиза, так как анод и катод меняются местами с частотой сети, и в данном случае наблюдается только процесс износа (растворения) рабочих электродов.

Данный принцип нагрева благодаря оригинальному конструкторскому решению был применен в проточных нагревателях воды.. На сегодняшний день украинские и российские производители предлагают на рынке несколько вариантов конструкций электродных нагревателей. В частности, украинским ОАО «Прожектор» выпускается  ассортимент электродных котлов одно и трехфазного исполнения мощностью от 3 до 16 кВт

Зарубежные нагреватели данного типа на украинском рынке представлены только в узкоспециализированной области для таких технологических процессов, как стерилизация жидкостей в пищевой промышленности.

Практика показала, что определяющими факторами долговечности и качества электродных котлов являются:

  • правильно выбранные плотности рабочих токов через электроды;

  • надежность пускорегулирующей аппаратуры;

  • точность и качество температурных датчиков;

  • оптимальность конструкции котла или проточного нагревателя, обеспечивающего простоту монтажа и обслуживания.

Достоинства электродных нагревателей

Среди качеств электродных водонагревателей, обуславливающих успех их применения, надо выделить следующие:

  • очень высокая надежность, так как нагрев воды происходит при непосредственном протекании тока через воду, и вопрос о «перегорании» нагревательного элемента не стоит в принципе;

  • отсутствие проблемы «сухого хода», т.е. попадания воздуха в зону нагрева;

  • «мягкая» пусковая характеристика при первичном включении, которая обусловлена тем, что вода плавно, по мере ее нагрева, меняет свою электропроводность в 4­5 раз;

  • очень высокая компактность (такой показатель как  «мощность­ габариты» недостижим для нагревателей других типов);

  • уникальная возможность работы от «нулевого» давления воды, т.е. от перелива;

  • относительно невысокие затраты на изготовление, предопределяющие более низкие цены, чем на нагреватели других типов аналогичной мощности.

Недостатки

К недостаткам можно отнести:

  • износ (растворение) электродов;

  • влияние солевого состава воды на разброс номинальной мощности;

  • невозможность применения в качестве теплоносителя незамерзающих жидкостей;

  • изоляцию рабочих электродов солевыми отложениями при неправильном подборе теплоносителя.

При правильной конструкции блока нагрева износ рабочих электродов происходит достаточно медленно, и необходимость их замены возникает не чаще одного раза в 3­4 се-зона. Как правило, требует замены центральный электрод, так как он изнашивается больше. Сама замена обходится значительно дешевле, чем замена ТЭНа в нагревателях иного типа.

Особенности подключение к электросети

Электродные нагреватели отнесены ГОСТом к промышленному оборудованию.

Принцип нагрева обуславливает прямой контакт рабочих электродов с носителем тока ­ водой, которая одновременно служит теплоносителем системы отопления. Этот фактор образует некоторую утечку электрического тока через рабочую среду и смоченную поверхность изоляторов.

Практическая величина утечки определена конструкцией изоляторов и лежит в пределах 20­40 мА. На это следует обратить особое внимание при подключении нагревателей к электрической сети, где уже установлено устройства защитного отключения (УЗО), которое обычно регистрируют утечку тока в пределах 30­40 мА.

Учитывая это, нагреватели данного типа необходимо подключать через отдельный автоматический выключатель, минуя УЗО.

Все нагреватели данного типа оснащены достаточно простыми и эффективными средствами по обеспечению безопасности. Предусмотрены:

  • полное отключение «нулевого» и «фазного» проводов через электромагнитный пускатель;

  • релейная или электронная защита от обрыва «нулевого» провода;

  • заземление (условие, обязательное и для всех других типов водонагревателей).

Работа с циркуляционным насосом

kotelНагреватели данного типа, (равно как и ТЭНовые)  в системах отопления обязательно требуют применения циркуляционного насоса .

Опыт применения электродных нагревателей без насоса в системах с гравитационной циркуляцией выявил проблему усиленного солеотложения на рабочих электродах. В подобных системах нагреватель начинает работать в режиме «чайника», который берет на себя также функцию теплового насоса. Каждый толчок подогретой воды в систему сопровождается локальным закипанием и солеотложением в зоне нагрева.

Повышенное солеобразование может быть также следствием несовершенной системы ограничения рабочей температуры в зоне нагрева. Малый зазор между рабочими электродами обуславливает очень динамичное изменение температуры, а при повышении ее свыше 90° С происходит активный процесс солеотложения.

Точный контроль температуры в зоне нагрева и правильная поправка на инерционность позволяют избавиться от этого явления.

Расчеты и выбор насоса для системы отопления с электродным нагревателем производятся по типовым методикам и правилам. Однако следует обязательно учитывать то, что применение насоса с избыточной скоростью циркуляции может привести к эффекту «мертвой петли», когда нагреватель и система в целом не могут выйти на заданный температурный режим.

Если насос выбран «с запасом», то, как следствие, скорость циркуляции воды будет высокой. Теплоноситель при низкой начальной температуре имеет высокое омическое сопротивление. При запуске системы вода, на большой скорости проходя через рабочее пространство электродов, не успевает значительно прирастить рабочую температуру и снизить собственное омическое сопротивление, а, поступая в систему на радиаторы, опять теряет полученное приращение температуры. При таких условиях система отопления не может выйти на заданный тепловой режим.

Практика показала необходимость применения насоса с оптимальными показателями производительности, а запуск системы отопления следует производить при низких начальных скоростях циркуляции.

Водоподготовка

Производители указывают номинальную мощность электродных нагревателей, исходя из условия применения в качестве теплоносителя водопроводной воды с удельным сопротивлением 9,75 Ом/м, при температуре 70 ºС (ГОСТ 2874). Водопроводная вода указанного стандарта наиболее удобна в применении и не требует затрат по водоподготовке.

Однако бывают случаи нарушения этого стандарта за счет повышения концентрации растворенных солей при подкачке в водопроводную сеть значительной доли артезианской воды, которая обладает свойством повышенного солеобразования.

В таких случаях в качестве теплоносителя можно использовать химически чистую дистиллированную воду, дождевую или талую воду с добавлением очень малых доз триполифосфата натрия (порядка 0,5 г/л).

Непригоден для применения технологический дистиллят, получаемый на ТЭЦ. За счет собственных  специфических примесей он образует поверхностное химическое насыщение металла, что в свою очередь вызывает газообразование, от которого в дальнейшем можно избавиться только полной заменой электродов.

Чистка электродов производится раз в сезон, с применением растворов соляной кислоты при значении рН=1.


Использованные источники

  1. kotlotech.ru/elektricheskie-kotly-elektrodnye-kotly/
  2. kotel.guru/kotly/elektrodnyiy-kotyol-svoimi-rukami.html
  3. kotle.ru/elektrokotly/ionnyj-kotel-otopleniya
  4. el-tic.com.ua/opyt-primeneniya-elektrodnykh-kotlov.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.