В отопительных системах жилых домов и квартир распространены системы на электродных котлах. По характеристикам это оборудование эффективнее стандартных ТЭНовых и быстрее прогревает теплоноситель, при этом стоимость его невелика. А энтузиасты могут собрать недорогой электродный котел своими руками.
Устройство
Конструктивно электродный котел является цельнометаллической трубой с полиамидным изолирующим напылением. На корпусе находятся клеммы питания и ввод-вывод теплоносителя (воды или иной жидкости). С одного конца цилиндра в котел вставляются электроды, а другая имеет вывод в систему отопления.
На картинке:
- 1 — труба подачи горячего теплоносителя во внешнюю систему,
- 2 — корпус из стали,
- 3 — слой электроизолирующего материала,
- 4 — нагревающийся под действием тока теплоноситель,
- 5 — электродный блок,
- 6 — труба ввода холодной жидкости для последующего нагрева,
- 7 — изоляция и уплотнитель,
- 8 — вход питания.
В состав также обычно входит электронный блок управления. На рынке представлены образцы готовых блоков автоматики для заводских котлов, можно их адаптировать и к самодельному «водогрею».
Название «электродные» эти котлы получили именно благодаря двум расположенным внутри электродам — аноду и катоду. «Минус» заводится на катод, а «плюс» — на анод. Когда на электроды подается ток, теплонесущая среда нагревается и поступает во внешние системы. Электрический заряд проходит непосредственно через жидкость, благодаря чему она быстро становится горячей.
В промышленных котлах обычно используют следующую схему устройства:
- цилиндрический корпус с круглым электродом внутри,
- на этот электрод подключается «ноль»,
- вторым контактом служит сам корпус — на него заводится фаза.
Корпус при такой схеме непременно заземляют, для чего размещают на нем контакт «земли». В самодельных образцах тоже придерживаются такой методики изготовления электродных котлов.
Средние параметры заводских изделий:
- длина трубы — до 60 сантиметров, диаметр — до 32 сантиметров,
- мощность — от 2 до 50 кВт. Самые мощные отапливают помещения до 1500 кв. м.,
- используемый ток — трех- или однофазный. На последнем работают сравнительно маломощные приборы домашнего назначения, а трехфазный ток питает производительные высокомощные котлы в коммерческих зданиях, цехах и промышленных объектах,
- идеальная температура рабочей жидкости — 75 градусов. На этом уровне устанавливается оптимальное энергопотребление. При более высокой температуре котел потребляет слишком много тока, а при низкой — падает, поскольку по мере охлаждения снижается и теплопроводность носителя.
Котлы разделяются по способу подачи воды или иной жидкости:
- открытые — движение рабочего тела осуществляется естественным путем: она выходит из теплогенератора, передает тепло среде и возвращается обратно,
- закрытые — снабжены расширительным насосом и баком. Насос обеспечивает циркуляцию, а бак служит для начального прогрева теплоносителя.
Интересно: современные промышленные котлы не просто имеют продвинутую контрольную автоматику, но и нередко снабжаются системами удаленного управления и модулями связи GSM. Такой прибор можно контролировать через приложение, находясь в любой точке мира с доступом в интернет.
Принцип работы
Многим знакома схема простейшего кипятильника — два присоединенных к проводам лезвия безопасной бритвы. Такой сооруженный из подручных материалов «нагреватель» опасен, но все же способен быстро вскипятить, например, кружку воды. Он использует явление электролиза: вода содержит различные вещества и соли металлов, и, если на погруженные в воду контакты подать ток, заряженные частицы начнут движение от одного контакта к другому. В домовых электросетях РФ частота тока 50 Герц, следовательно, ионы станут менять направление 50 раз в секунду. Это и вызывает нагрев. Этот же принцип эксплуатирует и электродный котел для отопления.
На скорость достижения рабочей температуры влияет состав воды: чем больше в ней солей, тем ниже сопротивление и быстрее движение заряженных частиц. А закон Ома гласит, что при постоянном напряжении снижение сопротивления вызывает рост силы тока. Проводящие свойства воды хуже таковых у используемых в электротехнике металлов (алюминий, медь), поэтому с увеличением силы тока она активно нагревается. Благодаря этому КПД электродных котлов весьма велик: они преобразовывают в тепло значительную часть подаваемой на них энергии.
Мощность котла вычисляется по формуле P=UI, где P — мощность в ваттах, U — сетевое напряжение (220 В в однофазных сетях и 380 — в трехфазных), I — сила тока в амперах.
Плюсы и минусы ионных котлов
Важное преимущество электродного обогревателя — устойчивость к падениям напряжения. Ионизация будет выполняться даже при просадке до 180 В. Это весьма важно в местах с нестабильным электроснабжением.
Еще один плюс — компактность. Электродные котлы могут быть очень маленькими, пригодными даже для небольших жилищ.
Третье достоинство — безопасность. Она исходит из принципа работы: если вдруг вода/другой теплоноситель внезапно пропадут из системы, электродный электрический котел отопления просто перестанет работать, чего нельзя сказать о твердотопливных или газовых вариантах. Аварийные ситуации исключены — что исключает и внедрение в схему дорогостоящей контрольно-измерительной автоматики.
Кроме того, электродное оборудование лишено стандартной проблемы устройств на основе ТЭН — накипи. Благодаря этому у них большие сроки эксплуатации. И работает оно практически бесшумно, чего нельзя сказать, например, об индукционных вариантах.
Среди прочих преимуществ:
- возможность удаленного управления устройством, если такой функционал предусмотрен и поддерживается,
- скорость работы. Благодаря минимальной тепловой инерции вода очень быстро нагревается,
- простота монтажа,
- ионный котел не нуждается в отдельном помещении,
- на его основе можно сделать полноценную эффективную систему горячего водоснабжения в доме или квартире,
- экологическая чистота — комплекс не производит выхлопов, не выделяет продуктов сгорания и не сжигает какое-либо топливо,
- на установку не нужны специальные допуски или разрешения,
- высокий КПД — до 98 %.
Но есть и некоторые минусы. Среди них:
- специфические требования к качеству рабочего тела. В чистой воде без примесей ионизация невозможна. Поэтому в систему заливается разбавленная солью или содой дистиллированная вода, которую приходится покупать или готовить самостоятельно. Добавку примешивают к воде в количестве примерно 6–8 мг на 100 литров,
- не исключены утечки тока на металлические части системы отопления – например, радиаторы. Это обусловлено принципом работы, ведь ток протекает непосредственно по теплоносителю. При неграмотном монтаже прибор представляет большую опасность, поэтому устанавливающий такое оборудование обязан неукоснительно соблюдать правила заземления и обеспечивать защиту от возникновения опасных дифференциальных токов утечки. Устройство защитного отключения в цепи само по себе не обеспечит достаточную надежность и безопасность из-за большой протяженности отопительной трассы,
- хотя на электродах не образуется накипь, со временем они уменьшаются в размерах, поскольку происходит постоянное «выбивание» из них частиц. Поэтому элементы нуждаются в периодической замене. Сервисный промежуток свой у каждого котла, но в среднем он составляет около пяти лет,
- необходимость постоянного электропитания. В регионах с дорогим электричеством это может стать неудобным или неприемлемым,
- при незамкнутом контуре необходимо использовать емкости и трубы со специальным антикоррозионным покрытием для защиты от кислорода воздуха.
Экономичность
Ионный котел имеет малую инерционность и во время запуска, и при поддержании заданной температуры. Нет промежуточных носителей — поступающее электричество сразу передается на жидкость. Процесс начинается мгновенно, в то время как классическому ТЭНу требуется до нескольких минут на достижение рабочей температуры. То же самое и с выключением: после прерывания подачи тока нагревание прекращается, энергия не расходуется вхолостую. Благодаря этому устройство значительно менее энергозатратно в сравнении с ТЭНовым котлом: отзывы приводят цифру до 30 % меньше потребления электроэнергии.
Важно: для достижения такого результата нужна специализированная контрольная автоматика.
Но со временем мощность способна снижаться. Это происходит по причинам:
- износа электродов,
- неправильного состава приготовленной смеси для заливки в контур,
- деградацией компонентов контролирующего электронного блока, и так далее.
Практика показывает, что примерно через 2.5–3 года работы эффективность обогревательной системы начинает падать. Обычно это связано с износом электродов или сбоями в управляющей автоматике, но иногда скорректировать мощность удается изменением состава теплонесущей смеси.
Котел своими руками
Если есть желание собрать обогревательный контур самостоятельно, можно сделать электродный котел из доступных в рознице компонентов, не покупая готовый. Ниже представлена простая схема такого устройства:
Здесь:
- 1 — бесшовная труба из железа диаметром 57 мм, снабженная резьбой изнутри,
- 2 — слой термостойкой краски,
- 3 — подающие и выводящие теплоноситель 32-мм патрубки со внешней резьбой,
- 4 — металлические заглушки,
- 5 — внутренний электрод, диаметр — 25 мм,
- 6 — клеммы с резьбой типа М6 для «нуля» и «земли»,
- 8 — резиновые заглушки.
Мощность собранного по данному чертежу котла составит около 4 кВт.
Эта схема не требует серьезных сварочных работ. Но при наличии оборудования и навыков вместо резьбовых заглушек можно приварить металлические круги. Более сложные чертежи предлагают вывести теплоноситель вверх заменой заглушки на патрубок.
Внутренний электрод должен быть изолирован от корпуса. Это делается, например, готовыми фторопластовыми или самодельными стеклотекстолитовыми втулками.
Важно: нельзя делать котел из разных металлов. Это приведет к созданию гальванической пары, и один из электродов станет интенсивно покрываться накипью, что быстро снизит эффективность устройства.
Перед началом сборки следует спроектировать, какой станет будущая система — одноконтурной или двухконтурной. Последняя обеспечит не только теплом, но и горячей водой.
Как собрать
Когда подобраны необходимые инструменты и материалы, можно приступать к сборке. Общая инструкция:
- разметить и сделать отрезы труб для патрубков и корпуса. В трубах болгаркой делаются сферические выемки под цилиндрический корпус,
- в самом корпусе в точках прилегания патрубков следует просверлить отверстия,
- нарезать необходимые резьбы с помощью специальных плашек и метчиков. При их отсутствии работы выполнит любая токарная мастерская,
- выточить/купить втулку, заглушки и внутренний электрод. В этом также могут помочь профессиональные токари,
- приварить к корпусу патрубки и клеммы,
- смонтировать электрод, закрепив его в заглушке и установив в котел. Затянуть заглушки,
- окрасить готовый прибор термостойкой эмалью (при желании). Краска должна выдерживать до 120 градусов.
Важно: пайка бытовым паяльником или паяльной лампой не подходит! Она не даст необходимой прочности, и собранный таким способом котел будет крайне ненадежен. Соединение металлических частей выполняется исключительно сваркой.
Когда сборка завершена, сварные швы проверяют на проницаемость. Сделать это простым наполнением емкости водой не получится, поскольку в работающем котле жидкость находится под давлением до 2–3 бар. Для проверки:
- швы очищаются от шлаков,
- на них наносится мыльная пена,
- внутри корпуса с помощью компрессора создается высокое давление.
Если есть непроваренные места, на них появятся мыльные пузырьки. Такие швы повторно провариваются.
При прохождении теста котел можно размещать на месте и подключать к системе отопления. Примерная схема подсоединения:
Здесь:
- 1 — сама установка,
- 2 — группа безопасности с предохранительным клапаном, манометром и воздухосбросом,
- 3 — кран,
- 4 — отопительные приборы,
- 5 — бачок расширения,
- 6 — кран слива,
- 7 — фильтр,
- 8 — циркуляционный насос.
Данная схема — не единственная. Можно внедрять электродный котел:
- параллельно прочим обогревательным приборам,
- вместе с модулями автоматической регулировки и контроля,
- в одно- и трехфазные сети.
Запуск нагревателя
Когда сборка и монтаж завершены, самодельный электродный котел следует включить и вывести на рабочий режим. Для этого подсоединяются все патрубки, подключаются провода, и система заполняется водой. После этого она готова к настройке.
Вывод на заданную мощность обеспечивается корректировкой состава жидкости. Часто в качестве таковой берут обычную водопроводную воду, но это нежелательно: в ней содержатся приводящие к накипи на электродах вредные примеси. Поэтому лучше заполнять емкость дистиллированной водой.
Кроме нее понадобятся:
- амперметр или токовые клещи,
- пачка соды,
- емкость для размешивания,
- шприц.
Электродный котел на 4 кВт требует силу тока 18 ампер. Следует:
- подсоединить к проводам питания амперметр,
- включить аппарат и дать ему нагреть воду,
- сделать в заготовленной емкости раствор соды в соотношении 1:10.
После включения амперметр станет показывать меньше целевых 18 А. Чтобы добиться нужных характеристик, в теплоноситель полностью прогретого котла следует небольшими порциями заливать содовый раствор. При достижении 16–17 А доливку прекращают, чтобы не создать избыточную концентрацию.
Внимание: избыток соды/соли приведет к разрыву пластиковых труб или выбросу пара!
Правила установки электродных котлов
В монтаже следует придерживаться некоторых важных правил:
- если используется фабричный образец, строго соблюдайте инструкцию производителя по созданию теплоносителя,
- перед заливкой промойте систему. Это уберет снижающие мощность загрязнения,
- не используйте котел без заземления. Для него берется 4-мм медный кабель сопротивлением до 4 Ом. Провод соединяется с «нулевой» клеммой,
- каждый киловатт мощности требует 8 литров теплоносителя, исходя из чего подбирается и объем цилиндра,
- в верхней точке отопительной системы разместите клапан (а также обратный предохранительный) для выпуска избыточного давления и манометр,
- обязательно установите расширительный бачок. Он должен стоять перед запирающими вентилями котла,
- оборудование размещается только вертикально,
- радиаторы желательно использовать алюминиевые или биметаллические, чугун не рекомендуется,
- допускается последовательная установка нескольких электродных котлов,
- если система открытая, батареи должны иметь полимерный слой на внутренней поверхности. Это защитит их от атмосферного воздуха и неизбежной коррозии. Закрытые такого недостатка лишены.
Индукционные котлы
Существует еще одна разновидность подогревателей — индукционные. В них также отсутствуют ТЭНы, но вместо погруженных в воду электродов нагрев выполняют образующиеся при подаче тока на катушку с медным сердечником вихревые токи. Но такие приборы дороги, сложны в обслуживании и эксплуатации. И ремонт вышедшей из строя катушки потребует серьезных затрат.
Заключение
Электродный котел — очень простое устройство, которое легко собрать даже в домашних условиях из подручных материалов и доступных в рознице компонентов. Из специальных навыков для этого нужна лишь сварка (и сварочный аппарат), но эти работы можно доверить специалистам. В остальном создание отопительной системы своими руками не должно составить никаких сложностей, главное — соблюдать инструкцию, следовать технологии и технике безопасности.
В продаже также присутствует множество образцов электродных котлов от разных производителей, способных удовлетворить любым нуждам и обогреть помещения от комнаты до крупного цеха. Они подойдут и небольшой квартире, и загородному дому, и крупному предприятию — главное, подобрать оптимальный по мощности котел. Считается, что на помещение в 20 кв. м и высотой потолков до 3 м достаточно сорокалитрового комплекса мощностью на 1 кВт. Зимой на его работу в комнате указанных размеров при среднем уйдет 8 кВт при среднем времени активности 8 часов в сутки.