Нагрев воды переменным током

Энергосберегающие технологии остаются приоритетными во всех направлениях. Наибольшую эффективность они показывают в области отопления. Такой подход связан с постоянным удорожанием стоимости топлива. Производители оборудования предлагают различные варианты исполнения отопительных устройств. Одними из них являются анодные котлы отопления.

Конструкционные особенности

Для того, чтобы понимать о чем идет речь, напомним о студенческом и/или армейском прошлом многих тех, кто сейчас читает эту статью. Речь идет о способе кипячения воды, для чего кто-то использовал кипятильник, а кто-то – простейшую кустарную конструкцию. Это два лезвия, закрепленные на небольшом удалении друг от друга и соединенные сетевым проводом на 220В. При помещении в воду этого «кипятильника» буквально в течение 2-3 секунд происходил нагрев и начиналось бурное кипячение. Вот именно по такому принципу и работает анодный котел отопления.

Обращаем внимание, что проведение опытов с нагревом воды, опасно для жизни и здоровья. С одной стороны, может произойти короткое замыкание, с другой – человек рискует получить электротравму (удар током).

Удобство использования таких аппаратов заключается в том, что допускается параллельный монтаж электродных котлов отопления в уже действующую отопительную систему, которая работает, например, с газовым котлом. Теплоноситель в обоих случаях остается один и тот же. Но компании-изготовители выпускают не совсем стандартные нагреватели, в которых вода одновременно используется в виде и теплоносителя, и нагревательного элемента.

Основными элементами модуля являются:

• стальная трубка;
• входные/выходные патрубки;
• клемма для присоединения проводки;
• нагревательные электроды;
• качественная изоляция.

Катодные котлы отопления снаружи имеют мощный стальной корпус. Стенки изготовлены из листового металла толщиной до 4 мм. Внутри бытовой конструкции располагаются несколько электродов до 20 мм. Они изготовлены из тугоплавкого сплава, имеющего длительный срок эксплуатации.

Современные электродные ионные котлы не имеют материал-посредник между анодом и катодом. Нагрев от обеих клемм происходит непосредственно самого теплоносителя, воды. Соответственно «перегорать» внутри полости практически нечему. Появляющуюся после длительной эксплуатации накипь на трубках в электрических электродных котлах счищают обычной наждачной бумагой.

Чем отличаются электродные и ТЭНовые котлы

Индивидуальные характеристики, которыми наделены электродные котлы для отопления позволяют их отличать от ТЭНовых аппаратов:

• в ТЭНах на начальной стадии запуска проводится разогрев рабочих трубок, а электродные котлы, своими руками сделанные или купленные в специализированном магазине, начинают прогревать воду сразу же после старта, что сокращает инертность;
• ионные котлы отопления отзывы имеют положительные, так как обладают экономичность на 20-0% больше, чем аппараты с ТЭНами;
• благодаря переменному току с частотой в 50 Гц электроды перемещаются между клеммами и создают хаотичное движение, способствующее нагреву, такая особенность снижает стартовый ток для электродного котла отопления, уменьшая нагрузку на электросеть

Отличие электродных котлов и тэновых

• электродный котёл своими руками сделанный или произведенный на заводе имеет меньшие габаритные параметры, чем остальные бытовые аналоги.

Такие особенности обеспечивают значительное распространение данной системы отопления.

В чем плюсы использования

Полностью отказываться от газа владельцам жилья не обязательно, если в помещении уже установлена разводка из радиаторов и магистралей. Часто такие ионные котлы отопления выполняют дублирующую роль в готовых системах. Хотя, если стоимость газа будет расти быстрее, то их можно применять в качестве основного источника обогрева.

К их позитивным свойствам относятся:

• высокая степень надежности;
• температура контролируется в автоматическом режиме;
• реальный КПД доходит до 99%;
• монтаж дополнительного оборудования может не проводиться;
• запуск и эксплуатация в системах, предназначенных для работы на газе;
• повышенная экономичность.

Электрический электродный котел работает исключительно от переменного тока. Переход на постоянное напряжение не допускается.

Благодаря вмонтированной автоматике выставленная оптимальная температура удерживается в течение заданного времени. Повысить экономичное использование можно, запрограммировав систему на понижение температуры в будни, когда дома нет никого, и повышение вечером, а также в выходные.

Электродные котлы по отзывам обладают хорошей системой аварийного отключения. Если выявится возможная утечка теплоносителя, произойдет автоматическое отключение прибора. Также в этих нагревательных приборах не возникает короткое замыкание.

Теплоноситель для такого оборудования можно приобрести непосредственно у производителя, который обеспечит надлежащий качественный состав.

В чем минусы использования

Кроме плюсов, каждая система имеет свои минусы. Ионные электродные котлы имеют такие недостатки:

• повышенные требования к электролитическому качеству воды;
• необходимо проводить обязательное заземление прибора, чтобы снизить возможные риски работы с электроприбором;
• желательно выдерживать температуру воды в системе не выше 70-75 0 С, чтобы понизить расход электроэнергии;
• катод и анод нуждаются в периодической чистке от накипи, чтобы обеспечить большую эффективность для процесса ионизации;
• система нуждается в обязательной циркуляции теплоносителя, поэтому в нее нужно монтировать водяной насос.

Перепады напряжения для самого котла не страшны, но они необходимы для сопутствующей автоматики. Избежать ущерба от нестабильной сети поможет ИБП или, как минимум, сетевой фильтр.

Правила безопасной эксплуатации

Оптимальной для эксплуатации является температура воды на уровне 50-75ºС. Эта информация указывается в паспорте прибора. В закрытых и открытых системах должны применяться расширительные бачки.

Выход из котла до расширительного бачка в открытой системе не должен иметь никакой запорной арматуры.

Монтаж в систему электродного котла своими руками должен сопровождаться установкой в самой верхней точке системы автоматического воздушного клапана, манометра для замера рабочего давления и взрывного предохранительного клапана.

Возможен вариант установки в контур отопления как дополнительного источника обогрева, но в этом случае необходимо привести в надлежащее состояние качество и вид теплоносителя.

Далеко не все радиаторы могут работать с ионными котлами, и единицам подходит качество теплоносителя. С очень большими оговорками можно использовать чугунные радиаторы.

При монтаже полтора метра труб подачи в котел должны быть изготовлены из неоцинкованного металла. После этого участка разрешено использование металлопластика.

Обязательным является заземление по нормам ПУЭ. Кабель должен быть с сечением 4-6 мм. Минимальное электрическое сопротивление его обязано быть не выше 4 Ом.

По возможности перед монтажом всю систему магистралей и потребителей необходимо промыть чистой водой. Допускается применение специальных химических средств, помогающих прочистить магистрали.

После того, как теплоноситель отработан, его необходимо правильно утилизировать. Не допускается сливать его в канализацию, водоемы или в грунт.

При расчетах ориентируются на такой параметр: 8 литров теплоносителя должны соответствовать 1 кВт. Для работы в режиме 10 л на 1 кВт прибор окажется включенным практически постоянно, что может негативно отразиться на его эксплуатационных свойствах.

Сделаем краткий обзор наиболее популярных моделей электродных котлов для отопления, которые уже оценили потребители, выявили их сильные и слабые стороны. В выборе такого оборудования название торговой марки само по себе мало что значит. Только в работе можно понять, насколько котел справляется с поставленной задачей, как часто ломается, какие есть проблемы в эксплуатации. Цель этого рейтинга – назвать лучшие российские и европейские бренды.

Лучшие российские электродные котлы отопления

Большой плюс отечественной техники в том, что она прекрасно приспособлена к условиям эксплуатации в реалиях – с перепадами напряжения, нестабильным током и пр. При этом по цене, стоимости обслуживания, неприхотливости и надежности она даст фору большинству конкурентов.

«Галан» Вулкан 36

Компания «Галан» одной из первых начала разработку такого семейства обогревательных приборов, используя наработки военно-космической отрасли и запатентованные инженерные решения. За четверть века даже первая линейка приборов не вышла из строя и продолжает функционировать.

«Галан» Вулкан 36

Мощность модели 36 кВт, подходит только для трехфазной сети. Максимальная сила тока на три фазы 27,3 А. Управление механическое, устанавливают котел только на пол.

Данная модель «Вулкан» 36 обладает многими преимуществами, выделим основные из них:

• простота в обслуживании и эксплуатации.
• безопасность и надежность – при возникновении короткого замыкания электрического тока, перегреве токоподводящих проводов, превышении заданной температуры, утечке теплоносителя котел отключается.
• объем теплоносителя 600 литров, объем отапливаемого помещения – 1700 куб.м.
• доступная стоимость – средняя цена составляет 11000 руб.

«Галан» Гейзер 15

Безопасный и производительный одноконтурный электродный котел, которому часто отдают предпочтение владельцы загородной недвижимости. Мощность оборудования 15 кВт, подходит только для трехфазной сети. Максимальная сила тока на три фазы 22,7 А. Управление механическое, устанавливают котел только на пол. В качестве дополнительной опции предусмотрена возможность подключения внешнего управления.

«Галан» Гейзер 15

Его покупают благодаря таким преимуществам:

• простота и удобство эксплуатации – разобраться с устройством сможет и новичок.
• небольшая масса конструкции и компактные размеры – всего 5,3 кг.
• большая площадь обогрева – до 180 кв.м.
• электронное автоматическое регулирование – наличие блока управления, позволяющего сформировать интервал по нагреву теплоносителя.
• возможность подключаться к комнатному индикатору температуры.
• цена прибора в среднем составит 7800-8000 руб.

РусНИТ 208М

Производитель ООО «Завод РусНИТ», г.Рязань. Может использоваться в качестве основного или резервного источника тепла в доме или бытовых помещениях площадью до 80 кв.м. Мощность 8000 Вт.

• трехступенчатая регулировка мощности – 30%, 60% или 100%;
• теплообменник и нагревательный элемент выполнены из нержавеющей стали;
• в качестве теплоносителя в системе может использоваться антифриз или дистиллированная вода;
• наличие термовыключателя, исключающего нагрев теплоносителя выше 90°С;
• можно подключать к циркуляционному насосу;
• гарантия от производителя – 2 года.

Среди минусов отметим ручной выбор мощности, сложности при подключении, требующие определенных навыков.

Стоимость агрегата – от 15000 рублей.

Лучшие европейские электродные котлы отопления

Так сложилось, что европейские бренды заслуживают у нас больше доверия. Объективно, некоторые модели действительно на порядок лучше отечественных, но отсутствие адаптации к нашим условиям выводит их из строя очень быстро, а ремонтировать не всегда выгодно.

Buderus Logamax E213-10

Модель от известного немецкого бренда, которая традиционно отличается безупречным исполнением, высоким качеством, надежностью и долговечностью. Мощность 9,9 кВт, рекомендован для подключения к трехфазной сети при максимальной силе тока на три фазы 15 А. Установка настенная. В комплектацию входит циркуляционный насос и расширительный бак.

Buderus Logamax E213-10

Выделим основные плюсы этого прибора:

• небольшой вес и компактные размеры.
• несложный монтаж – в комплекте имеются кронштейны.
• стальной корпус с отличной теплоизоляцией.
• КПД 99%.
• В комплект входит 7-литровый расширительный бак, циркуляционный насос, предохранительный клапан, датчик контроля давления, блокировочный датчик, защищающий корпус от перегревания.

Минус — Buderus Logamax E213-10, как и вся немецкая техника, рассчитана на стабильное напряжение в электросети. Поэтому для долговечной работы прибора необходимо позаботится о покупке стабилизатора.

Стоимость агрегата будет в среднем стоить 38000 рублей.

Protherm Скат 24 KR 13

Один из лучших электродных котлов чешского бренда, мощность которого составляет 24 кВт. Одноконтурная модель для настенного размещения отличается функциональностью, безопасностью в эксплуатации и долговечностью. Можно подключать к системе «теплый пол», бойлеру для нагрева горячей воды. В комплектацию входит 4 нагревательных ТЭНа, циркуляционный насос и 7-литровый расширительный бак.

Protherm Скат 24 KR 13

Выделим еще несколько плюсов агрегата:

• электронное управление с индикацией включения, дисплеем и термометром;
• 4 ступени мощности;
• Возможность регулирования температуры в интервале 30-85°С;
• система безопасности от перегрева;
• высокий КПД – 99%;
• функция мягкого старта;
• наличие предохранительного клапана и воздухоотводчика.

Из минусов стоит отметить – слишком шумная работа котла и необходимость в подключении через стабилизатор напряжения.

Стоимость – от 43000 рублей.

Эван Warmos QX-18

Один из лучших электродных котлов отечественного производства, который некоторые пользователи называют мини-котельной – один прибор содержит в себе нагревательные элементы, мембранный бак, циркуляционный насос.

Эван Warmos QX-18

Отметим сильные стороны прибора:

• ЖК-дисплее в нижней части корпуса;
• удобная панель управления, которая скрыта за специальной дверкой;
• работой управляет микропроцессор, но можно перевести котел и на ручное управление;
• подходит для обогрева жилых и промышленных объектов;
• бесшумная работа;
• индикация аварийного состояния;
• датчик давления и уровня теплоносителя.

Как и любой другой прибор, Эван Warmos QX-18 имеет и недостатки – тяжелый вес, большие габариты, частые выходы из строя конденсатора, обязательное подключение через стабилизатор напряжения.

Стоимость прибора – от 49000 рублей.

Kospel EKCO. L2 12

Электродный котел польского производства мощностью 12 кВт, способный обогреть помещение размеров в 120 кв.м. Устройство отличается стильным исполнением, компактными размерами. Подходит только для трехфазной сети с максимальной силой тока на три фазы 20 А. В комплектацию входит циркуляционный насос. Допустимая температура теплоносителя 20-85°С, максимальное давление 3 Бар.

Kospel EKCO. L2 12

Отметим плюсы модели:

1. Электронная микропроцессорная система управления прибором.
2. Небольшой вес – 18 кг.
3. Качественная система защиты — от перегрева, предохранительный клапан, воздухоотводчик.
4. Система самодиагностики – при любых сбоях в работе на дисплее появляется код ошибки, расшифровать который можно по инструкции.
5. Доступная стоимость – от 39000 рублей.

Минусы – отсутствие расширительного бака в комплекте.

Гарантия от производителя составляет 1 год.

ВИДЕО: Реально ли сэкономить на электродном котле

Статьи по электроремонту и электромонтажу

Электродный метод нагрева используют для нагрева проводников II рода : воды, молока, фруктовых и ягодных соков, земли, бетона и т.д. Электродный нагрев обширно всераспространен в электродных водонагревателях, водогрейных и паровых котлах, также в процессах пастеризации и стерилизации водянистых и мокроватых сред, термический обработки кормов.

Материал помещают меж электродами и нагревают электронным током, протекающим по материалу от 1-го электрода к другому. Электродный нагрев считается прямым нагревом — тут материал служит средой, в какой электронная энергия преобразуется в термическую.

Электродный нагрев — более обычный и экономный метод нагрева материалов, не просит особых источников питания либо нагревателей из дорогостоящих сплавов.

Электроды подводят ток к нагреваемой среде и сами током фактически не греются. Электроды изготавливают из недифицитных материалов, в большинстве случаев из металлов, да и могут быть и неметаллическими (графитовыми, угольными), Во избежание электролиза для электродного нагрева употребляют только переменный ток.

Проводимость мокроватых материалов обуславливается содержанием воды, потому в предстоящем электродный нагрев будем рассматривать, приемущественно, к нагреву воды, но приводимые зависимости применимы и к нагреву других мокроватых сред.

Нагрев в электролите

В машиностроении и ремонтном производстве используют нагрев в электролите . Железное изделие (деталь) помещают в электролитическую ванну (5 — 10 %-ный раствор Na ₂ CO ₃ и др.) и подсоединяют к отрицательному полюсу источника неизменного тока. В итоге электролиза на катоде выделяется водород, а на аноде — кислород. Слой пузырьков водорода, покрывающий деталь, представляет для тока высочайшее сопротивление. В нем выделяется основная толика теплоты, нагревающая деталь. На аноде , имеющем еще огромную поверхность, плотность тока мала. При определенных критериях деталь греется электронными разрядами, возникающими в водородном слое. Газовый слой сразу служит термоизоляцией, предотвращающей остывание детали электролитом.

Преимущество нагрева в электролите — значимая плотность энергии (до 1 кВт / см2), обеспечивающая высшую скорость нагрева. Но это достигается завышенным расходом энергии.

Электронное сопротивление проводников II рода

Проводники II рода именуют электролитами . К ним относятся водные смеси кислот, щелочей, солей, также разные водянистые и влагосодержащие материалы (молоко, мокроватые корма, почва).

Дистиллированная вода имеет удельное электронное сопротивление порядка 10 4 ом х м и фактически не проводит электронный ток, а химически незапятнанная вода является неплохим диэлектриком. «Рядовая» вода содержит в растворенном виде соли и другие хим соединения, молекулы которых диссоциируют в воде на ионы, сообщая ей ионную (электролитическую проводимость). Удельное электронное сопротивление воды находится в зависимости от концентрации солей и приближенно может быть определено по эмпирической формуле

p ₂₀ = 8 х 10 / С,

где p ₂₀ — удельное сопротивление воды при 20 0 С, Ом х м, С — суммарная концентрация солей, мг/г

Атмосферная вода содержит растворенных солей менее 50 мг/л, воды рек — 500 — 600 мг/л, подземные воды — от 100 мг/л до нескольких граммов на литр. Более распространенные значения у дельного электронного сопротивления p ₂₀ для воды находятся в спектре 10 — 30 Ом х м.

Электронное сопротивление проводников II рода значительно находится в зависимости от температуры. С ее возрастанием возрастает степень диссоциации молекул солей на ионы и их подвижность, вследствие чего проводимость увеличивается, а сопротивление понижается. Для хоть какой температуры t до начала приметного парообразования удельная электронная проводимость воды, Ом х м -1 , определяется линейной зависимостью

yt = y20 [1 + a (t-20)] ,

где y20 — удельная проводимость воды при температуре 20 o C , а — температурный коэффициент проводимости, равный 0,025 — 0,035 o C -1 .

В технических расчетах обычно пользуются не проводимостью, а удельным сопротивлением

pt = 1/ yt = p20 / [1 + a (t-20)] (1)

и его облегченной зависимостью p (t) , принимая a = 0,025 o C -1 .

Тогда удельное сопротивление воды определяют по формуле

pt = 40 p20 / (t +20)

В спектре температур 20 — 100 о С удельное сопротивление воды растет в 3 — 5 раз, во столько же раз меняется мощность, потребляемая из сети. Это один из существенных недочетов электродного нагрева, приводящий к завышению сечения питающих проводов и усложняющий расчет установок электродного нагрева.

Удельное сопротивление воды подчиняется зависимости (1) только до пришествия приметного парообразования, интенсивность которого находится в зависимости от давления и плотности тока в электродах. Пар не является проводником тока, и потому при парообразовании удельное сопротивление воды растет. В расчетах это учитывается коэффициентом b , зависящим от давления и плотности тока:

pc м = p в b = p в a e k J

где pc м — удельное сопротивление консистенции вода — пар, p в — удельное сопротивление воды без приметного парообразования, a — неизменная, равная для воды 0,925, k — величина, зависящая от давления в котле (можно принять k = 1 , 5 ), J — плотность тока на электродах, А/см2.

При обычном давлении воздействие парообразования сказывается при температуре выше 75 о С. Для паровых котлов коэффициент b добивается значения 1,5.

Электродные системы и их характеристики

Электродная система — совокупа электродов, спецефическим образом связанных меж собой и питающей сетью, созданных для подвода тока к нагреваемой среде.

Параметрами электродных систем являются : число фаз, форма, размеры, число и материал электродов, расстояние меж ним, электронная схема соединения («звезда», «треугольник», смешанное соединение и т. п.).

При расчете электродных систем определяют их геометрические характеристики, обеспечивающие выделение в нагреваемой среде данной мощности и исключающих возможность ненормальных режимов.

Мощность трехфазной электродной системы при соединении звездой:

P = U₂ л / R ф = 3 U ф / R ф

Мощность трехфазной электродной системы при соединении треугольником:

При данном напряжении U л питания мощность электродной системы P определяется сопротивлением фазы R ф, которое представляет собой сопротивление тела нагрева, заключенного меж электродами, образующими фазу. Конфигурация и размеры тела зависят от формы, размеров и расстояния меж электродами. Для простейшей электродной системы с плоскими электродами шириной каждого b , высотой h и расстоянием меж ними:

R ф = pl / S = pl / (bh)

где, l , b , h — геометрические характеристики плоскопараллельной системы.

Для сложных систем зависимость R ф от геометрических характеристик не представляется выразить настолько просто. В общем случае ее можно представить в виде R ф = с х ρ , где с — коэффициент, определяемый геометрическими параметрами электродной системы (его можно найти по справочникам).

Размеры электродов, обеспечивающие нужное значение R ф, могут быть рассчитаны, если понятно аналитического описание электронного поля меж электродами, также зависимость p от определяющих ее причин (температура, давление и др.).

Геометрический коэффициент электродной системы находят как k = R ф h / ρ

Мощность хоть какой трехфазной электродной системы можно представить в виде P = 3U 2 h /( ρ k)

Не считая этого, принципиально обеспечить надежность электродной системы, исключение порчи продукта и электронного пробоя меж электродами. Эти условия производятся ограничением напряженности поля в межэлектродном пространстве, плотности тока на электродах и правильным выбором материала электродов.

Допустимую напряженность электронного поля в межэлектродном пространстве ограничивают требованием недопущения электронного пробоя меж электродами и нарушения работы установок. Допустимую напряженность E доп поля выбирают по электронной прочности Епр поля выбирают по электронной прочности Епр материала с учетом коэффициента припаса: Едоп = Епр / (1,5 … 2)

Величина Едоп определяет расстояние меж электродами:

l = U / Едоп = U / (J доп ρ т),

где J доп — допустимая плотность тока на электродах, ρ т — удельное сопротивление воды при рабочей температуре.

По опыту проектирования и эксплуатации электродных водонагревателей значение Едоп принимают в границах (125 … 250) х 102 Вт/м, малое значение соответствует удельному сопротивлению воды при температуре 20 о С наименее 20 Ом х м, наибольшее — удельному сопротивлению воды при температуре 20 о С более 100 Ом х м.

Допустимую плотность тока ограничивают из-за способности загрязнения нагреваемой среды вредными продуктами электролиза на электродах и разложения воды на водород и кислород, которые в консистенции образуют гремучий газ.

Допустимую плотность тока определяют по формуле:

J доп = Едоп / ρ т,

где ρ т — удельное сопротивление воды при конечной температуре.

Наибольшая плотность тока:

Jmax = k н I т / S ,

где, k н = 1,1 … 1,4 — коэффициент, учитывающий неравномерность плотности тока по поверхности электрода, I т — сила рабочего тока, стекающего с электрода при конечной температуре, S — площадь активной поверхности электрода.

Во всех случаях должно быть соблюдено условие:

Материалы для электродов должны быть электрохимически нейтральны (инертны) относительно нагреваемой среды. Неприемлимо делать электроды из алюминия либо покрытой цинком стали. Наилучшими материалами для электродов служат титан, нержавеющие стали, электротехнический графит, графитизированные стали. При нагреве воды для технологических нужд употребляют обыденную (черную) углеродистую сталь. Для питья такая вода неприменима.

Регулирование мощности электродной системы может быть при изменении значений U и R . В большинстве случаев при регулировании мощности электродных систем прибегают к изменению рабочей высоты электродов (площади активной поверхности электродов) методом введения меж электродами диэлектрических экранов либо конфигурацией геометрического коэффициент электродной системы (определяется по справочникам зависимо от схем электродных систем).

В этой статье: электродный котел — детище оборонных предприятий; как работает ионный котел; можно ли нагреть воду без источника тепла; понижаем омическое сопротивление — добавляем в воду соль; плюсы и минусы ионных котлов; устройство электродного котла; как правильно установить электродный котел; какие отопительные приборы можно использовать в контуре с ионным котлом, а какие — нет; производители и цены; в завершении — нюансы установки ионных котлов.

Сколько способов отопления дома при помощи электроэнергии вам известно? Чаще всего приходит на ум котел с водяным тэном — обладая высоким сопротивлением, нихромовая нить внутри такого тэна нагревается, передавая тепло наполнителю трубки, затем металлической оболочке и, наконец, воде. Почему бы не упростить задачу и не нагревать теплоноситель, минуя посредника, ведь можно же сделать это с помощью примитивных электродов из двух бритвенных лезвий, присоединив к ним провода и подключив к электропитанию? Именно из этой логики исходили создатели первых моделей ионных (электродных) котлов, изначально разработанных для нужд ВМФ СССР.

История и принцип работы ионного (электродного) котла

Данный тип отопительных котлов был создан в середине прошлого века предприятиями оборонного комплекса для нужд подводного флота СССР, в частности — для отопления отсеков подлодок с дизельными двигателями. Электродный котел полностью соответствовал условиям заказа подводников — имел крайне малые для обычных отопительных котлов размеры, не нуждался в вытяжке, не создавал шумов при работе, эффективно нагревал теплоноситель, в роли которого более всего подходила обычная морская вода.

К 90-м годам заказы для оборонки резко сократились в объемах, вместе с этим были сведены к нулю потребности военного флота в ионных котлах. Первая «гражданская» версия электродного котла была создана инженерами А.П. Ильиным и Д.Н. Кунковым, получившими соответствующий патент на свое изобретение в 1995 году.

Принцип работы ионного котла основан на прямом взаимодействии теплоносителя, занимающего пространство между анодом и катодом, с электрическим током. Прохождение электрического тока через теплоноситель вызывает хаотичное движение положительных и отрицательных ионов: первые движутся к отрицательно заряженному электроду; вторые — к заряженному положительно. Постоянное перемещение ионов в сопротивляющейся этому движению среде вызывает быстрый нагрев теплоносителя, чему особенно способствует перемена ролей у электродов — каждую секунду их полярность меняется 50 раз, т.е. каждый из электродов в течение одной секунды 25 раз будет анодом и 25 — катодом, поскольку они подключены к источнику переменного тока частотой 50 Гц. Следует отметить, что именно столь частая смена заряда у электродов не позволяет воде разложиться на кислород и водород — для электролиза необходим постоянный электроток. С возрастанием температуры в котле повышается давление, вызывающее циркуляцию теплоносителя по отопительному контуру.

Таким образом, электроды, установленные в емкости ионного котла, напрямую не участвуют в нагреве воды и не нагреваются сами — за повышение температуры воды отвечают положительно и отрицательно заряженные ионы, расщепленные под воздействием электротока из молекул воды.

Важным условием эффективной работы ионного котла является наличие омического сопротивления воды на уровне не более 3000 Ом при 15°С, для чего этот теплоноситель должен содержать определенное количество солей — изначально электродные котлы создавались под морскую воду. То есть, если залить в отопительную систему дистиллированную воду и попытаться нагреть ее при помощи ионного котла — никакого нагрева не будет, поскольку в такой воде соли полностью отсутствуют, а значит, не возникнет электрической цепи между электродами.

Характеристики ионных (электродных) котлов

Обладая присущими электрическим котлам положительными характеристиками, данный тип котлов имеет и ряд собственных. Отмечу все плюсы:

• высокий КПД, близкий к 100% (впрочем, любой электронагреватель имеет КПД не ниже 96%);
• крайне малые размеры при высокой мощности, по сравнению с любыми другими котлами;
• не требуется дымоход;
• способен самостоятельно поднять давление в контуре отопления;
• в отличие от котлов с тэнами, полностью отсутствует опасность аварии при недостаточном уровне теплоносителя в емкости котла — недостаток теплоносителя приведет лишь к прекращению работы котла, поскольку не будет электрической цепи между электродами;
• крайне малая инертность позволяет эффективно управлять температурными режимами во время работы котла при помощи автоматики, в результате достигается наименее энергозатратная работа отопительной системы — температура в обогреваемых помещениях всегда будет на том уровне, который задан автоматическому контроллеру;
• перепады напряжения в электросети не наносят вреда ионному котлу — меняется лишь его мощность, работа не прекращается;
• допускается установка в качестве дополнительного источника тепловой энергии, установка нескольких ионных котлов одновременно;
• полностью отсутствует негативное воздействие на окружающую экологическую обстановку.

Минусы электродного котла:

• потребляет только переменный ток, при постоянном токе произойдет электролиз воды;
• высокие требования к электролитическим характеристикам теплоносителя, при их изменении качество работы (выработка тепла) резко снижается. Необходим контроль за электрической проводимостью теплоносителя;
• требует обязательного заземления (впрочем, как и любой нагревательный прибор с водяным тэном). При этом риски поражения электротоком в случае пробоя изоляции выше, чем у тэновых водонагревателей;
• температура нагрева теплоносителя не должна превышать 75°С, иначе энергопотребление котла серьезно возрастет;
• образование накипи на электродах снижает мощность котла, поскольку препятствует ионизации теплоносителя;
• высокие требования к качественным характеристикам отопительных приборов;
• потребность в оснащении отопительной системы циркуляционным насосом;
• износ электродов, вызванный переменным напряжением тока, требующим их периодической замены;
• в завоздушенном отопительном контуре, содержащем теплоноситель-электролит, многократно ускорятся коррозийные процессы;
• в одноконтурной системе использование нагретой воды для бытовых нужд недопустимо;
• пусконаладочные работы требуют привлечения специалистов — самостоятельно понизить омическое сопротивление воды с повышением ее проводимости до оптимального уровня, практически невозможно;
• электропроводность теплоносителя в процессе эксплуатации изменяется, необходимо ее контролировать, а значит, обладать соответствующими знаниями и оборудованием.

Устройство и установка электродного котла

Он имеет довольно простую конструкцию, в которой особое внимание уделено защите от утечки электрического тока: цельнотянутая стальная труба в качестве корпуса, поверх ее покрывает электроизоляционный слой полиамида; патрубки ввода и вывода теплоносителя; клеммы подачи питания на корпус и заземления; электрод из особого сплава (трехфазные котлы оснащены тремя электродами), изолированный полиамидными гайками; дополнительная изоляция резиновыми прокладками в местах разъемов.

Внешне бытовой ионный котел имеет цилиндрическую форму, его диаметр обычно не превышает 320 мм, длина — 600 мм, а вес — 12 кг. Наименьшая мощность — 2 кВт (для отопления помещений порядка 80 м 3 ), максимальная — 50 кВт (отопление помещений около 1600 м 3 ). Однофазные котлы имеют мощность от 2 до 6 кВт, трехфазные — от 9 до 50 кВт. Энергопотребление котла достигает номинального уровня (заявленной производителем мощности в киловаттах) при достижении температуры внутри него на уровне 75°С — при меньших температурах энергопотребление ниже, поскольку в более холодном теплоносителе проводимость тока ниже. Следует отметить, что температура в 75°С является оптимальной для ионных котлов, поскольку при развитии более высокой температуры энергопотребление котлов превысит заявленное в техпаспорте.

В комплекте с электродным котлом идет система автоматического управления (контроллер), включающая в себя электронный терморегулятор, автоматическую защиту от скачков напряжения в электросети и блок пускателя. Некоторые модели контроллеров допускают как непосредственное управление, так и удаленное, по gsm-каналам. Именно контроллер обеспечивает заявляемую производителями ионных котлов экономию электроэнергии — в отличие от нагрева воды при помощи тэнов, электродный нагрев позволяет в более короткий срок изменять температуру теплоносителя, т.к. имеет малую инертность.

В открытой отопительной системе с естественной циркуляцией теплоносителя, последний движется вверх по трубам из-за температурного расширения и давления в ионном котле, поступает в радиаторы и остывает, затем возвращается по трубопроводу обратки в котел, где нагревается и повторяет цикл вновь. Закрытая система отопления дополнительно оснащается расширительным баком-экспанзоматом и циркуляционным насосом, необходимым на начальном этапе прогрева теплоносителя.

При установке электродного котла обязательным требованием является комплектация отопительного контура в наиболее верхней его точке группой безопасности — автоматическим воздухоотводчиком, манометром, подрывным (обратно-предохранительным) клапаном. В системах открытого типа регулирующая или запорная арматура должна быть установлена только после расширительного бачка, т.е. участок трубопровода между выходом из котла и до расширительного бачка не должен содержать какой-либо запорной арматуры! В системах закрытого типа запорная арматура устанавливается на отрезке трубопровода после расширительного бачка и до ввода в котел. Если же сразу после выхода из котла установлена группа безопасности, то запорную арматуру можно устанавливать до экспанзомата — расширительный бачок в этом случае нужно установить на участке обратки.

Ионные котлы любой модели устанавливаются в отопительную систему строго вертикально, с собственным креплением к стене. Первые 1200 мм обвязки на подаче теплоносителя в котел выполняются из металлической не оцинкованной трубы, далее допускается использование металлопластиковых труб.

Надежное заземление ионного котла обязательно, поскольку в случае утечки токов эту проблему с помощью УЗО не решить. Заземляющий медный провод должен иметь сечение от 4 до 6 мм, его сопротивление не должно быть более 4 Ом — подключение проводника выполняется к нулевой клемме, расположенной в нижней части корпуса котла. Заземление должно соответствовать требованиям ПУЭ.

В идеальном варианте предполагается установка электродного котла в новую отопительную систему, предварительно промытую чистой водой. При врезке котла в существующий контур необходима его тщательная промывка водой с добавленными в нее спецсредствами — их перечень и пропорции описаны в техническом паспорте на котел, каждый производитель настаивает на использовании определенных ингибиторов. При не соблюдении данного условия отложения солей (накипь) помешают точной настройке омического сопротивления теплоносителя.

Выбирая отопительные радиаторы для системы с ионным котлом, обратите пристальное внимание на их потребление теплоносителя в литрах — нужно выяснить, сколько литров потребляет один радиатор, затем вычислить общий литраж, исходя из необходимого количества радиаторов. Следует отметить, что особо вместительные отопительные приборы не подойдут, т.к. такая отопительная система будет потреблять свыше 10 л теплоносителя на киловатт установленной мощности котла, что вынудит его работать безостановочно, а это не выгодно с позиции затрат электроэнергии. В идеале общий литраж отопительной системы должен составлять порядка 8 л на киловатт мощности.

По материалу изготовления для отопительных систем с электродным котлом наиболее подходят биметаллические и алюминиевые радиаторы. При выборе алюминиевых отопительных приборов важным критерием является происхождение алюминия — первичный ли он (т.е. получен из природных материалов — бокситов, алунитов, нефелинов и т.д.) или же вторичный, переплавленный из вторсырья. Проблема в том, что более дешевые радиаторы из вторичного алюминия выполнены из сплава с большим содержанием примесей, повышающих омическое сопротивление теплоносителя.

В открытые системы отопления правильным будет устанавливать отопительные приборы из алюминия с внутренним полимерным покрытием, снижающим коррозию, в закрытых системах такие радиаторы не понадобятся — коррозионные процессы активизируются при наличии воздуха в объеме теплоносителя, т.е. содержание солей в нем не является причиной коррозии.

Чугунные радиаторы для отопительных систем с нагревом теплоносителя от электродного котла подходят менее всего, поскольку сильно загрязнены изнутри и грязевые частицы повлияют на проводимость тока. Кроме того, чугунные радиаторы потребляют значительный объем теплоносителя, что может превысить установочную мощность данной модели ионного котла — потребуются его более мощные модели. Производители электродных котлов допускают использование чугунных радиаторов при соблюдении следующих условий: они произведены по евростандарту (т.е. в Турции или Чехословакии); на обратке, перед вводом в котел, в трубопроводе установлены отстойники-грязевики (уловители шлама) и фильтры грубой очистки.

Ионный котел — цены и производители

В России и странах СНГ представлены электродные котлы следующих производителей — российская ЗАО «Фирма «Галан» (одноименный брэнд), латвийская ООО «Stafor EKO» (одноименный брэнд) и украинская СПД-ФО Гончаренко О.А. (брэнд «ЭОУ» (энергосберегающая отопительная установка)).

Стоимость электродного котла зависит от его мощности — котел мощностью в 2 кВт в среднем обойдется покупателю в 3000 руб. Следует учитывать, что комплект необходимой автоматики реализуется, как правило, отдельно — его стоимость составит порядка 6500 руб., т.е. вдвое дороже самого котла.

Срок гарантии на электродный котел, в зависимости от производителя, составляет от года до 2-х лет. Средний срок службы таких котлов — около 10 лет, при условии соблюдения эксплуатационных требований к теплоносителю и своевременной замены электродов (примерно каждые 2–4 года).

В завершении

Создавая отопительную систему, основанную на нагреве теплоносителя от электродного котла, необходимо соблюсти следующие нюансы:

• потребление электроэнергии котлом значительно выше в случае установки в ранее используемый контур отопления. Лучше устанавливать ионный котел в контур, созданный специально под него;
• при использовании в качестве теплоносителя антифриза, следует особое внимание уделить разъемным соединениям, поскольку его текучесть выше, чем у воды;
• все трубы, образующие отопительный контур, стоит обернуть слоем теплоизоляции — эта мера облегчит задачу котла по выходу на оптимальный рабочий режим;
• если группы отопительных радиаторов находятся на разных уровнях (этажах) здания, то более эффективным, хотя и менее выгодным экономически, будет установка независимых ионных котлов необходимой мощности на каждую группу.

Ионные (электродные) котлы не подходят для систем отопления вроде «теплый пол» или «теплый плинтус», поскольку температура циркулирующего в них теплоносителя не должна превышать 45°С — котел не сможет выйти на необходимую рабочую температуру.