Тэновые электрические котлы: описание, принцип работы

Для отопления частных жилых домов используется электрическое оборудование, подключаемое к бытовой или промышленной сети переменного тока. Детальный анализ принципа работы и технических параметров позволяет выяснить, какой котел лучше – ТЭНовый или электродный. От корректности выбора нагревательного прибора зависит надежность работы контура отопления, смонтированного в здании.

Устройство тэновых электрокотлов

Работа ТЭН котлов основана на прохождении теплоносителя через ёмкость с установленными трубчатыми нагревательными элементами. Благодаря высокому сопротивлению спирали внутри трубки, при прохождении по спирали тока выделяется повышенное количество тепловой энергии. Она и переходит в разогрев проходящего через ТЭНы теплоносителя.

Автоматика ТЭН котлов позволяет управлять их работой, контролем температуры и автоматическим включением и отключением.

Принцип работы

Нагревательные устройства для систем отопления, подключаемые к электрической сети, подразделяются на 2 категории по принципу действия:

• с трубчатым электрическим нагревателем (ТЭН);
• с электродным блоком.

ТЭНовый котел

В стандартном оборудовании для повышения температуры жидкости используется нагревательный элемент.

Узел представляет собой медную трубку, в которой установлена спираль. Для повышения эффективности работы и ускорения прогрева в конструкцию электрокотла вводятся несколько элементов. На внешней части нагревательного блока находятся контакты для подключения фазового и нулевого проводов.

Прогрев спирали происходит за счет прохождения тока в соответствии с законом Джоуля-Ленца.

Преимущества оборудования:

1. Отсутствие контакта деталей, находящихся под напряжением, с рабочей жидкостью. Конструкция отличается высокой электробезопасностью, отсутствие токов утечки позволяет ввести в цепь питания защитный блок УЗО.
2. Мощность оборудования постоянна, параметр не зависит от температуры и химического состава жидкости. Мощность меняется только в результате колебаний напряжения в сети.
3. Конструкция нагревателя допускает плавное или ступенчатое изменение мощности, что устраняет резкий скачок напряжения в сети в момент включения или отключения оборудования.
4. Поломка ТЭНа не приводит к остановке установки, поскольку в конструкции предусмотрены дополнительные нагреватели.
5. Допускается эксплуатация оборудования при повышенной температуре жидкости. Степень перегрева определяется механической прочностью металлического резервуара и отходящих от нагревателя трубопроводов.

Электродное оборудование

В электродном оборудовании через рабочую жидкость пропускается электрический ток, в конструкции котлов предусмотрены металлические электроды, к которым подведена фаза. К корпусу установки подключается нулевой провод.

Нагрев теплоносителя осуществляется в рабочей камере за счет прохождения электрического тока, жидкость циркулирует под воздействием насоса или естественным путем. В качестве рабочего вещества используются незамерзающие жидкости на основе пропиленгликоля или этиленгликоля с добавлением ингибиторов коррозии.

Преимущества оборудования:

1. В конструкции отсутствуют элементы, способные выйти из строя. Оседание накипи на поверхности бака или электродов приводит к снижению эффективности работы котла, но не срока его службы.
2. При отсутствии рабочей жидкости установка не перегревается, поскольку ток не проходит через воздушный зазор между электродами.
3. Электродные нагреватели отличаются уменьшенными габаритами и низкой стоимостью (разница со стандартными изделиями возрастает по мере увеличения мощности установок).

Недостатки ТЭН котлов

Косвенный нагрев теплоносителя в баке ТЭН котла, значительно увеличивает время её прогревания. На разогрев такого котла требуется более 10-15 минут.

Это субъективный недостаток, который великолепно компенсируется безопасностью и чистой работой ТЭН котлов.

Однако, из-за косвенного нагрева, 10-15% выделяемого ТЭНами тепла теряется еще на стадии прогрева. Это отрицательно влияет на эффективность подобных котлов.

Слабым местом ТЭН котла являются сами тэны. Находясь постоянно в агрессивной среде, они ржавеют, подвергаются корозии и отложению солей. Простой металлический тэн потребует замены через 5-6 лет.

Сравнение КПД

КПД электродного котла и устройств с нагревателем ТЭН одинаков, параметр находится в пределах 95-98%. Но для нагрева жидкости в оборудовании с электродами до необходимой температуры требуется 1-2 минуты, что в 3-5 раз быстрее, чем в стандартных установках.

Ускоренный прогрев обеспечивается тепловым воздействием на весь объем рабочей жидкости, помещенной в камеру котла. В изделиях с ТЭН повышается температура части жидкости, контактирующей с поверхностью металлического нагревательного элемента (до 10% от объема жидкости в рабочей камере).

Вода циркулирует по контуру отопления, обогревая помещение. Температура жидкости снижается, поэтому котлу с ТЭН для прогрева до заданной температуры необходимо прокачать воду в 5-6 раз больше, чем установке с электродами.

При одинаковой мощности затраты электроэнергии у установок отличаются в несколько раз. При этом изделие с ТЭН работает с момента запуска на номинальном режиме, а оборудование с электродами набирает мощность по мере прогрева жидкости в контуре отопления.

Типы ТЭН нагревателей

Однако, кроме металлических трубчатых тэнов, есть более дорогие и долговечные аналоги. На сегодня в продаже можно найти электрические котлы со следующими типами тэнов:

• Сплав металла с мельхиором и нихромом;
• ТЭНы из керамики;
• ТЭНы из композитных материалов.

Самый дорогой ТЭН керамический, имеет самый долгий срок эксплуатации.

Что проще в использовании

Эксплуатация стандартного котла не требует подготовки жидкости или установки средств защиты от поражения электрическим током. Для включения оборудования необходимо нажать на кнопку или перевести рычаг пакетного выключателя.

Установка автоматически прогреет жидкость до заданной температуры, в конструкции котла предусматривается отдельный контур для подготовки горячей воды, которая подается через смесители в ванну или раковину.

При использовании электродных установок требуется снижение электропроводности антифриза. Поскольку электричество проходит через рабочую жидкость, то повышается риск поражения током. Защита при помощи устройств УЗО невозможна, поскольку прибор будет постоянно срабатывать, фиксируя ток утечки.

При пуске холодной установки подводимой мощности может не хватить для начала прогрева помещения. Для компенсации недостатка необходимо повышение температуры жидкости (например, при помощи трубчатого нагревателя) или увеличение электропроводности.

Наращивание проводимости при низких температурах приводит к чрезмерному росту параметра после прогрева раствора. В результате возрастает нагрузка на цепи питания и электронный блок управления. Дополнительной проблемой становится вероятность пробоя зазора между электродами, заполненного жидкостью.

В результате короткого замыкания происходит скачок тока в сети, который выводит из строя подключенное оборудование. Для организации горячего водоснабжения требуется установка второго контура, изолированного от деталей, находящихся под напряжением.

Пример ТЭН котла

Посмотрим пример популярного производителя ТЭН котлов завод Теплотех, котлы марки ЭВП (электро-водо-подогреватели).

Котел ЭВП-18М,380Вольт

Данный котел имеет мощность 18 кВт, чего достаточно для обогрева дома площадью 160 метров. Стоит котел 7800-7900 рублей. Высокая мощность котла обеспечивает возможность трехфазного питания. Однако это осложняет его подключение в загородных домах частных лиц.

• Данный котел имеет большой объем нагревательной колбы, что позволяет без возможного перегрева равномерно прогреть теплоноситель системы.
• В котле предусмотрено ступенчатое переключение мощностей. Управляется переключение тремя клавишами с контрольной индикаций включенной мощности.
• За температурой теплоносителя следит датчик температур.
• Есть возможность подключить датчик температур в комнатах и ограничить температуру прогрева помещений.

Термостат котла регулирует температуру теплоносителя в диапазоне от 0 до 85°С.

©Obotoplenii.ru

Еще статьи

• Схема отопления дома площадью до 100 метров
• Стеклянные обогреватели
• Плинтусное отопление: описание, применение
• Обогрев дома электрическим котлом
• Электрический котел отопления (электрокотел): устройство, подключение к электропитанию

Какие сложности в обслуживании возникают

В процессе эксплуатации оборудования с термическими элементами из строя выходит резервуар или нагревательный узел. Но поскольку в конструкции котла предусмотрено несколько ТЭНов, то нагрев воды продолжится. Владелец информируется о возникшей неприятности с помощью контрольных светодиодов. На части установок используется дисплей, на котором выводится код ошибки.

При нагреве водопроводной воды на поверхности нагревателя и бака образуется слой накипи, которая ухудшает теплообмен. Перегрев спирали приводит к сокращению срока службы, поэтому требуется периодическая промывка котла специальным раствором.

Для снижения негативного эффекта перед нагревательным блоком устанавливаются устройства, позволяющие снизить жесткость жидкости. Альтернативным решением является заправка системы отопления дистиллированной водой, которая непрерывно циркулирует в контуре.

При вытекании жидкости из резервуара питание нагревательного элемента автоматически прерывается. Но при отказе системы защиты происходит перегрев ТЭНа с возникновением опасности возгорания установки или электропроводки. При установке оборудования следует продублировать защиту от возникновения аварийных ситуаций и установить дополнительные предохранители.

Стабильность работы электродного оборудования зависит от качества теплоносителя, который в процессе эксплуатации деградирует и теряет свои характеристики. Прохождение электрического тока способствует разложению антифриза, образующиеся газы скапливаются в резервуаре.

При работе помпы в контуре отопления формируются воздушные пробки, негативно влияющие на работоспособность радиаторов. Производители электродных нагревательных установок рекомендуют проводить замену жидкости в контурах (срок службы зависит от химического состава раствора).

Производители

В итоге, ТЭНовый электрокотёл является функциональным устройством, качественно выполняющим свои задачи.

Подведение итогов

Электродные установки обладают повышенной надежностью и безопасностью в случае прекращения подачи жидкости, но оборудование требует подготовки специального раствора. При работе устройства возникают блуждающие токи, которые разрушают металлические детали конструкции.

Производством оборудования занимаются мелкие компании, при этом электродные котлы не обеспечивают экономии электроэнергии. Поэтому рекомендуется использовать в домах стандартные нагревательные устройства с ТЭН, выпущенные крупными компаниями.

Достоинства и недостатки

ТЭНовые электрические котлы характеризуются множеством достоинств:

1. Мощность не переменчива и температура теплоносителя никак на нее не воздействует.
2. ТЭНы никак не связаны с теплоносителем. Поэтому такой котёл является более безопасным, в нем нет утечки токов, есть возможность устанавливать УЗО.
3. Мощность можно легко регулировать, а это значит, что при включении и выключении котла практически не будет скачков напряжения.
4. Функционировать котлы могут на тосоле, антифризе, воде. Не требуется специально специально подготавливать воду по электропроводности.
5. Если случится поломка одного трубчатого электронагревателя, то котел продолжит функционировать.
6. Могут функционировать на перегретой воде.
7. Для того, чтобы проводить обслуживание ТЭНовых котлов, не нужны специальные знания.

Внешний вид электрических котлов — эстетичен, к тому же они имеют небольшие размеры. Разнообразие моделей позволит выбрать агрегат на любой вкус.

Недостатки ТЭНовых электрокотлов:

1. Нагревательный элемент имеет ограниченные сроки эксплуатации и может перегореть, поэтому выбирая котел, обязательно уточняйте, можно ли заменять ТЭНы.
2. Образование различных отложений на ТЭНах ухудшает их охлаждение, что приводит к досрочной поломке, следовательно, лучше подстраховаться и принять меры по снижению жесткости воды, залитой в систему.

Ни в коем случае нельзя допускать работу устройства без воды (сухой ход), т.к. это обязательно приведет к выходу из строя ТЭНов и может возникнуть пожароопасная ситуация. Лучше всего установить датчик протока воды.

Делаем тэновый котел своими руками

Материалы

Чтобы сделать ТЭНовый котел своими руками, потребуется приобрести:

• Листовую сталь – около 2мм толщиной
• Стальную трубу – тут вариантов много, толщина ее зависит от диаметров, используемых в доме труб отопления. Длинна трубы составляет около полуметра
• Переходники – для того, чтобы соединить ГВС или систему отопления с котлом

• ТЭНы – обычно используют две штуки. Один меньшей мощности и обязательно с терморегулятором.

Инструменты

Из инструментов понадобятся:

• Сварочный аппарат
• Угловая шлифовальная машина (болгарка)
• Мультиметр
• Шлифовальная машина

Инструкция по изготовлению котла

1. Из заранее подготовленных труб нарезаем два патрубка – диаметром 40-50 миллиметров.
2. Трубка большого диаметра будет служить непосредственно баком. На противоположных ее концах, сбоку, рядом с ее краями, необходимо вырезать по одному отверстию, а края аккуратно обработать УШМ, удалив заусенцы и неровности.

   
   Самодельный тэновый котел

3. Подготовленные патрубки привариваем к вырезанным отверстиям. К ним впоследствии будет подключен контур системы отопления.
4. Из листа стали вырезаем два круга, диаметром чуть больше внешнего диаметра бака-трубы.
5. Привариваем первый круг к верхнему торцу трубы, а второй — к нижней. Предварительно, в первом круге вырезаем отверстие и привариваем в него гайку.
   Ее размер должен соответствовать гайке ТЭНа с терморегулятором. После этого, ровно обрезаем болгаркой края кругов и тщательно шлифуем.
6. В днище делаем два отверстия, шлифуем и устанавливаем в них ТЭН.
7. Подключаем прибор к системе отопления через патрубки.
8. Монтируем второй ТЭН (у которого меньшая мощность), вкрутив его в гайку в верхнем торце котла.
9. Конструкция готова. Теперь осталось заполнить систему теплоносителем, подключить котел к электрической сети и ждать выхода на рабочую мощность.

После того, как нагреется система, нужно померить мультиметром температуру теплоносителя. Хорошо, если она будет около 70 градусов, не больше.

Мультиметр с функцией замера температуры

При необходимости, проведите регулировку, с помощью терморегулятора. Электрическую часть работы лучше поручить специалисту.

Но в любом случае, в электрическом щитке обязательно должны присутствовать:

• Автомат
• Пускатель магнитного типа
• Кнопки для управления котлом
• Реле и тумблер
• Предохранители
• Термодатчики

И конечно, электро котел необходимо обязательно заземлить. Подойдет металлический штырь, например, арматура и приваренный к нему железный болт. Эту конструкцию размещают под домом (или в другом удобном месте) и подключают к ней заземляющий провод, идущий от котла.

Уход за котлом и мелкий ремонт

За котлом, как и любым прибором, необходим уход и систематическая очистка. Периодически, при постоянном использовании, желательно один раз в год, вынимать ТЭН и очищать от образовавшейся накипи, как сам нагревательный элемент, так и бак изнутри.

Чтобы избежать частых ремонтов, рекомендуется использовать в системе отопления очищенную воду. Это достигается применением фильтров для воды. Регулярно следует проверять внешне прибор, на предмет наличия протекания.

При выходе из строя элемента нагревания – его следует заменить. Понять, что ТЭН испорчен легко, достаточно прозвонить ТЭН мультиметром. Испорченный нагревательный элемент крайне не рекомендуется использовать или пытаться починить самостоятельно.

Видео о выборе электрического котла: