Двухконтурный электрокотел для отопления дома

В многоэтажных индивидуальных жилых домах, а также загородных особняках, которые рассчитаны на круглогодичное проживание, целесообразна установка отопительных агрегатов, которые одновременно обеспечивали бы и прогрев помещений, и подачу горячей воды ко всем точкам водопотребления. В таких ситуациях наиболее приемлемое решение — установка котлов с двумя рабочими контурами. Они могут работать на газе и электроэнергии. Но газовые магистрали далеко не всегда имеются неподалёку от места строительства. Среди других ограничений — невозможность установки дымохода или запрет со стороны региональной газовой инспекции. А вот электрические двухконтурные котлы для отопления и водоснабжения выручат в любом случае.

Эксплуатационные преимущества электрических котлов

Электрические нагревательные устройства могут быть установлены в небольших и средних по площади квартирах или домах для производства горячей воды как для системы отопления, так и для бытового её потребления. Любой электрокотёл для отопления дома характеризуется следующими достоинствами:

1. Компактностью и малыми размерами, вследствие чего их допускается монтировать практически в любых, подходящих для этого местах.
2. Продукты сгорания при действии энергоносителя отсутствуют, поэтому не нужен дымоход.
3. Качество электроэнергии всегда постоянно, поэтому КПД электрического котла стабилен (он, кстати, выше, чем у газовых котлов, на 6…12 %).
4. Управляющие приборы автоматики, которые регулируют режимы работы данного оборудования для отопления и водоснабжения, более надёжны и долговечны.
5. Бесшумностью работы (особенно при установке в квартире) из-за отсутствия внутри котла подвижных элементов,
6. Повышенной экологичностью, поскольку для выработки электроэнергии могут быть применены альтернативные возобновляемые источники — солнечная энергия, энергия ветра и прочее.

Электрические котлы для отопления частного дома имеют и ряд эксплуатационных преимуществ перед газовыми:

• Потребителю они обойдутся дешевле, поскольку не требуют таких узлов как газовые клапаны, реле давления воздуха, вентиляторы, системы дымоулавливания, горелки и так далее,
• Не нуждаются в ежегодном регламентном обслуживании,
• Не требуют сертификата газовой безопасности, который должен каждый год подтверждаться/обновляться,
• Нет необходимости в перепланировке чердачных помещений, которая связывается с монтажом труб и обустройством дымоходных каналов,
• Более универсальны по месту установки (газовые котлы, например, допускается монтировать только на внешних стенах),
• Уменьшаются расходы на мероприятия по технике безопасности (установка детекторов угарного газа, конденсатных труб).

Повышение рентабельности действия электрического котла для отопления помещений обычно связывают с одновременной установкой в доме многотарифных счётчиков.

Классификация электрокотлов

Электрические агрегаты, предназначенные для отопления дома, различаются по следующим параметрам:

1. По способу установки. Выпускаются электрические котлы настенного и напольного исполнения.
2. По схеме подключения. При рабочем напряжении 220 В она может быть одно- и трёхфазной. Однофазное подключение рекомендуется для котлов с выходной мощностью 5…15 кВт, оборудование большей мощности потребует трёхфазного подключения.
3. По месту установки. Устройства, имеющие небольшие габаритные размеры, чаще устанавливают в подходящих для этого местах дома, например, на кухне или под лестницей. Электрические отопительные котлы большой мощности лучше монтировать в сухих подвалах с постоянной относительной влажностью или даже на специально подготовленных чердаках помещений.
4. По количеству рабочих контуров. При круглогодичном использовании безусловно целесообразным считается установка электрических двухконтурных котлов для отопления. При этом один контур (условно называемый внешним) используется для отопления помещений в холодную пору года, а второй — внутренний — для подогрева воды. Одноконтурная схема оправдывает себя только при установке в дачных домиках, проживание в которых ограничивается отпускным сезоном.

В дальнейшем все вопросы будут рассматриваться относительно электрокотла (настенного или напольного) двухконтурного.

Относительное размещение элементов двухконтурного электрического котла: 1 — магистраль подачи холодной воды, 2 — поток воды, направляемый в резервуар для хранения, 3 — поток горячей воды,  4 — насос или контроллер режимов работы, 5 — электронагреватель, 6 — отопительный двухконтурный электрокотёл, 7 — подача горячей воды в места её потребления (ванна, стиральная машина и так далее).

Приведенная схема предусматривает наличие подготовленного чердачного или подвального помещения, и рассчитана на жилище, имеющее 2 или 3 этажа. Иногда для этих целей используют мансарду.

Как выбрать мощность отопительного котла

Поскольку производителями предлагается большой выбор соответствующих агрегатов разной мощности, то, учитывая относительно высокую стоимость электроэнергии, необходимо тщательно подобрать типоразмер отопительного оборудования.

Известно, что потребляемая мощность электрического котла мощностью 1 кВт, работающего при полной нагрузке в течение 1 часа, составляет около 700 кВт (учитываются потери на нагрев деталей установки). Таким образом, потребляемая тепловая мощность электрокотла с баком вместимостью до 1000 литров, работающего при полной нагрузке в течение 1 часа, составит 700 градусов. Однако полной такая нагрузка на агрегат никогда не бывает: интеллектуальная автоматика оборудования всегда регулирует мощность, требующуюся для целей отопления или подогрева воды. При этом учитывается площадь помещений и разность температур (для внешнего контура) и желаемая температура воды — для внутреннего. Исходя из этого, фактически потребная мощность составляет всего 33…50 % от теоретически необходимой.

Снижение энергопотребления обеспечивается следующими факторами:

1. Надёжной тепловой изоляцией помещения, где установлен агрегат для отопления дома.
2. Ещё на стадии планировки помещений, предназначенных для обогрева, учитывается их высота, конфигурация сантехнических устройств и других потребителей, тепловая эффективность радиаторов, наличие термостатов и так далее, это позволяет заметно снизить непроизводительные потери мощности.
3. Расположением котла.  Оптимальная расстановка трубопроводов позволяет уменьшать величину гидравлических сопротивлений и снизить рассеивание тепла в обогреваемых помещениях.

Точная площадь нагрева в основном зависит от значения теплоёмкости здания U, которая представляет собой величину суммарных тепловых потерь через строительный материал в результате непрерывно протекающих процессов теплопроводности, конвекции и излучения. Это значение выражается как скорость в ваттах, при которой тепло передается через 1 м² поверхности строительного материала при разнице температур 1 ºC между внутренней и внешней средой.

На практике используют следующие эмпирические соотношения между площадью обогрева F и номинальной мощностью котла N (ими можно пользоваться, если U = 0.3, а высота помещений Н = 2.7 м):

Устройство и принцип действия двухконтурного электрического котла

Агрегат стандартной комплектации представлен на рисунке:

1 — теплообменник, 2 — нагревательный элемент, 3 — автоматический деаэрирующий клапан, 4 — управляющий термостат, 5 — насос, 6 — контактор, 7 — предохранительный клапан, 8 — контрольный дисплей.

Двухконтурные отопительные котлы, рассчитанные для обогрева помещений, развивают температуру на выходе до 80 °С, при давлении воды от 0.5 до 3.0 бар. Последовательность управления агрегатом такова:

1. Включается подача электрического питания.
2. Запускается насос.
3. При помощи управляющих клапанов устанавливается необходимое давление воды в магистрали (конкретные значения указываются в мануале от производителя).
4. Открывается деаэрирующий клапан.
5. При нормальном токе теплоносителя во всех элементах отопительной схемы через термостат запускается нагреватель.
6. На дисплее программируется температура воды в нагревательных контурах (поскольку условия теплообмена в помещения различные, то желательно на каждом из радиаторов иметь свой термостат).
7. При необходимости с помощью контактора корректируются параметры тока в цепи управления.

В случае одновременного подогрева воды дополнительно включается цепь нагревателя, после чего гидрораспределитель начинает подачу холодной воды во внутренний контур нагрева, а терморегулятор устанавливает температуру теплоносителя на выходе посредством предварительно запрограммированного реле.

Безопасность работы котла обеспечивается следующими мерами предосторожности:

• Возможностью сброса избыточной воды через внешний бак или калорифер с использованием трёхходового клапана,
• Наличием антиблокировочной функции насоса, которая каждые 24 часа (установки можно изменять) производит очистку вращающихся деталей. Возможное засорение частицами накипи особенно вероятно при простое котла,
• Блок управления котлом включает также систему защиты от замерзания,
• Имеется возможность контролировать максимальный ток, который потребляется с целью предотвращения перегрузки платы потребителя в здании. Эта система автоматически снижает мощность, подводимую к электрическому котлу, чтобы главный предохранитель не перегорел,
• Наличие функция плавного пуска обеспечивает постепенный нагрев системы отопления, которая, таким образом, защищается от резкого повышения температуры в трубопроводах и/или радиаторах (например, из-за расширения труб),
• Автоматической балансировкой нагрузки на нагревательных элементах. Микропроцессорный контроллер измеряет время работы отдельных нагревательных элементов и включает их в работу таким образом, чтобы обеспечить термически сбалансированную нагрузку котла.

Каждый котел проходит испытания на герметичность водяного контура. В ходе таких испытаний настраиваются все рабочие функции регулирующих и предохранительных компонентов.

Последовательность подключения двухконтурного отопительного электрического котла приведена на рисунке:

Функции органов управления агрегатом

Обычный набор функций органов управления двухконтурными котлами мощностью от 7.5 до 45 кВт включает в себя такие опции:

1. Плавное регулирование мощности котла с малыми ступенями (по 2.5 кВт) для электрических котлов до 30 кВт и по 5 кВт для электрических котлов от 30 кВт до 45 кВт. Ток на одну фазу не может быть выше 12 А.
2. Возможность подключения котлов к термостату или контроллеру OpenTherm +, например, с помощью гнездового контроллера. Это предоставляет возможность дистанционного управления по SMS-сообщениям, которые передаются при помощи смартфона.
3. Компенсированный погодный контроль, когда мощность агрегата можно изменять в зависимости от температуры в помещении или температуры наружного воздуха.
4. Контроль значений максимального потребляемого тока, которое ведётся независимо от возможностей автоматического выключателя, установленного в доме.

Дальнейшим развитием контрольно-управляющих функций двухконтурных котлов становится модульность их подключения, когда в конфигурацию интеллектуального каскадного котла может быть включено до 32 однотипных устройств. Это позволяет оптимизировать суммарную мощность нагрузки, когда условия теплообмена внутри помещений существенно различаются между собой. Схема такого подключения для настенного модуля представлена на рисунке. Успешность модульного подключения гарантируется, если все двухконтурные котлы имеют в своём составе наружный расширительный бак, заполнение которого производится в зависимости от объёма теплоносителя, находящегося в системе, а также от его температуры.

При грамотной эксплуатации рассмотренное оборудование обеспечивает полноценный комфорт любому жилищу.

Видео по теме