Электрический котел для отопления и горячего водоснабжения: в погоне за экономией

На фото — электрическая котельная с основным и резервным котлами

Будет ли электрический котел для отопления и водоснабжения выгоднее, чем центральное отопление и централизованная подача ГВС? Что представляют собой так называемые экономичные электрокотлы?

Можно ли уменьшить затраты на приготовление горячей воды и отопление при использовании нагревательного электрооборудования? Сегодня мы постараемся ответить на эти вопросы.

Устройство ТЭНового электрокотла

Как устроены ТЭНовые (то есть использующие для нагрева воды ТЭНы — трубчатые электрические нагреватели) электрические котлы отопления и горячего водоснабжения?

Устройство ТЭНового котла

• Собственно ТЭН представляет собой нагревательную спираль в керамическом изоляторе, помещенная в трубку из коррозионно-стойкого металла;
• Котел комплектуется несколькими ТЭНами и термостатом, ступенчато регулирующим их мощность в зависимости от текущей температуры теплоносителя и ГВС;
• Теплообмен между ТЭНами и водой проходит в теплоизолированных емкостях с минимальным рассеиванием тепла.

Обратите внимание: абсолютное большинство продающихся в настоящее время электрокотлов — ТЭНовые.  Они недороги, конструктивно просты и исключительно ремонтопригодны. Как правило, ремонт сводится к замене дефектного ТЭНа и занимает не более 15-30 минут.

Замена ТЭНа в отопительном котле

Немного физики

Теперь мы позволим себе переключиться с устройства отопительного электрооборудования на… основы школьного курса физики. Конкретно — на закон сохранения энергии, сформулированный больше двух с половиной веков назад. Согласно классической формулировке, энергия не берется ниоткуда и не исчезает в никуда, а лишь переходит из одного состояния в другое.

А теперь давайте посмотрим, что происходит с электроэнергией в электрическом котле и вообще в любом нагревательном приборе.

Она может трансформироваться в следующие виды энергии:

1. Тепловую, избыток которой передается теплоносителю и далее воздуху в отапливаемом помещении;
2. Энергию электромагнитного излучения: благодаря конфигурации нагревательной спирали в ТЭНе она способна наводить в близко расположенных проводниках паразитные токи.

Заметьте: электрические котлы отопления и водоснабжения даже при обилии проводящих цепей вблизи их расположения теряют за счет эффекта электромагнитной индукции доли процента мощности. Мало того: с учетом ненулевого сопротивления проводников и эта энергия превращается в конечном счете в нагрев проводов — в тепло, остающееся в отапливаемом доме.

Для тех, кто забыл школьный курс физики

Механической работы (то есть перемещения обладающего массой объекта в противоположном вектору гравитации направлении) ТЭН не совершает. Ах да, циркуляционный насос… не обольщайтесь: все потраченное им электричество в конечном счете тоже преобразуется в нагрев труб из-за трения о них движущегося теплоносителя.

Итого: ТЭНовый электрокотел для отопления и водоснабжения практически полностью преобразует всю израсходованную электроэнергию в тепло. Его тепловую мощность можно считать равной номинальной электрической мощности.

Но позвольте, почему же производители всегда указывают для нагревательного оборудования КПД, близкий к 100%, но не равный им?

Все очень просто: электрокотлы отопления и горячего водоснабжения рассеивают часть тепла в окружающем пространстве, не отдавая его теплоносителю или воде в системе ГВС. Теплоизоляция баков теплообменников и корпуса не обладает абсолютной эффективностью. Но говорить о потерях мощности здесь все же некорректно: рассеивающееся тепло тоже расходуется на обогрев дома.

Если котел стоит в отапливаемом помещении, вся потребляемая им энергия расходуется на обогрев

Сравнение источников тепла

Какие источники тепла может использовать система отопления и водоснабжения для коттеджей для нагрева воды?

Вот список популярных решений:

• Газ (магистральный, в газгольдерах и в баллонах);
• Дрова;
• Уголь;
• Пеллеты (гранулированные опилки);

Пеллеты — дешевое топливо, производящееся их отходов деревообработки

• Дизельное топливо;
• Электроэнергия.

Экономичность

С точки зрения экономичности (то есть минимальной стоимости киловатт-часа тепла) на настоящий момент (середину 2017 года) они располагаются в следующем порядке:

Тарифы на электроэнергию. Конец 2016 года, Севастополь

Обратите внимание: цены приблизительные и могут заметно меняться в зависимости от региона страны. Скажем, в Севастополе тонна пеллет обходится в 15000 рублей, а в Подмосковье — в 7-8 тысяч.

Удобство

Однако на экономичности  список критериев оценки отопительного оборудования не заканчивается. Котел должен быть не только экономичным, но и максимально автономным, то есть по возможности не требующим внимания владельца и поддерживающим заданную температуру в доме самостоятельно.

Вот как выглядит наша табель о рангах при сравнении по этому параметру:

Изображение	Вид отопительного оборудования
Электрокотел: время работы в автономном режиме ничем не ограничено	Электрический котел горячего водоснабжения и отопления — безусловный лидер. Он работает без внимания со стороны владельца неограниченно долго, не требует отвода продуктов сгорания и, как правило, совместим с внешними термостатами, системами управления по Wi-Fi и GSM.
Современный газовый прибор с электронным розжигом и принудительной тягой	Газовые котлы уступают электрическим лишь тем, что требуют монтажа вблизи вентканала (при наличии атмосферной горелки) или на общей с улицей стене (турбированные, с коаксиальным дымоходом).
Напольный дизельный котел	Дизельное отопительное оборудование работает автономно до тех пор, пока не закончится запас топлива. Однако в их недостатки можно записать шумную горелку и необходимость хранения нескольких сотен, а то и тысяч литров солярки.
Пеллетный котел с автоматической подачей топлива	Пеллетные и автоматические угольные котлы обеспечивают автономность до недели. Время автономной работы оборудования ограничено размером топливного бункера.
Растопка требуется твердотопливному котлу каждые несколько часов	Классические твердотопливные котлы требуют растопки каждые несколько часов. Рекорд автономности принадлежит котлам верхнего горения и равен всего лишь 31 часу.

Вывод: газовые котлы совмещают минимальные эксплуатационные расходы с удобством пользования. Электрическое отопительное оборудование сделает обогрев дома и приготовление ГВС куда более дорогим, зато обеспечит владельцу максимальный комфорт.

Газовое отопление сочетает дешевизну и удобство использования

Электроотопление против ЦО

Что выгоднее — электрокотел или центральное отопление?

Вначале — вводные данные на примере города Челябинска:

• Стоимость отопления одного квадратного метра жилой площади в январе-апреле 2017 года составила 44 (с округлением) рубля в месяц;
• Киловатт-час электроэнергии по одноставочному тарифу обходится потребителю примерно в 3 рубля;
• На обогрев одного квадратного метра жилья при средней высоте потолков 2,5 метра и качественном внешнем утеплении дому нужно около 100 ватт тепла.

Дальше — простая арифметика:

1. Часовой расход электричества на обогрев одного квадрата жилой площади составит 0,1 кВт·ч, суточный — 24 х 0,1 = 2,4 кВт·ч, месячный — 2,4 х 30 = 72 кВт·ч;
2. Затраты на электроотопление в месяц составят 72 х 3 = 216 рублей на квадратный метр, или почти впятеро больше, чем на центральном отоплении.

Вывод: переход с центрального на электрическое отопление крайне невыгоден.

Электрокотел — невыгодная замена центральному отоплению

Электрический бойлер против централизованной подачи ГВС

Теперь давайте сравним с точки зрения расходов электрический котел для горячего водоснабжения с централизованной подачей ГВС. Начнем опять-таки со статистических данных для все того же Челябинска.

• Кубометр горячей воды стоит 56 рублей;
• ХВС вместе с водоотведением обходится в 34 рубля;
• Для нагрева кубометра воды на 50 градусов (с типичных для магистрали ХВС зимой +10°С до предусмотренных СНиПами +60°С) требуется 58 киловатт-часов тепла.

Как несложно подсчитать, расходы на нагрев куба холодной воды составят 58 х 3 = 174 рубля. Вместе со стоимостью самой воды расходы составят 174 + 34 = 208 рублей.

Вывод: отказываться от услуг централизованной подачи горячей воды для перехода на электрический котел для водоснабжения определенно не стоит.

Электрический водонагреватель полезен лишь в отсутствие централизованной подачи ГВС

Экономичные котлы

В продаже можно встретить две разновидности электрокотлов, которые позиционируются производителями и продавцами как экономичные:

Изображение	Описание
Один из вариантов исполнения индукционного котла	Индукционный: помещенный в диэлектрическую оболочку сердечник нагревается вихревыми токами, наведенными внешней обмоткой.
Принцип работы электродного котла	Электродный: вода нагревается при протекании через нее тока между двумя электродами.

Подробнее о котлах в видео:

Ключевые особенности обоих котлов прямо вытекают из их устройства:

• Преимущество индукционного котла — крайняя отказоустойчивость и способность неограниченно долго работать без обслуживания. В нем нет изнашивающихся или деградирующих при работе узлов;
• Достоинства электродного котла — максимальная мощность при минимальных размерах и абсолютная безопасность. При разгерметизации контура и осушении электродов нагрев воды прекратится не благодаря срабатыванию систем безопасности котла, а просто в силу физического принципа его работы.

Электродный «Галан Очаг» мощностью 3 кВт (слева внизу)

Потенциальному покупателю полезно знать две особенности электродных котлов:

• Они работают только с водой, причем лишь с определенным минеральным составом;
• Электроды постепенно растворяются и нуждаются в периодической замене.

Могут ли эти электрокотлы для водоснабжения и отопления оказаться экономичнее ТЭНовых?

Нет. Это классические приборы прямого нагрева: электроэнергия практически полностью преобразуется в них в тепло. Дополнительных источников тепловой энергии у них нет и быть не может. Закон сохранения энергии конкретно для этих двух приборов никто не отменял.

Мало того: обмотка индукционного котла будет греться при прохождении больших токов и рассеивать в окружающем пространстве больше тепла, чем ТЭНы в теплоизолированном теплообменнике.

Текущие через обмотку токи разогревают ее до сравнительно высокой температуры

Вывод: так называемые экономичные электрокотлы существуют только в воображении продавцов и маркетологов.

Реальная экономия

Можно ли сократить расходы на электроотопление и приготовление ГВС с помощью электричества?

Да. Ключевые слова — «ночной тариф».

Мощность генерации в энергосистеме страны и отдельных регионов в течение суток меняется незначительно, а вот энергопотребление ночью падает в разы. Аккумулировать большое количество электроэнергии при нынешнем технологическом уровне невозможно.

Чтобы дать потребителю стимул пользоваться приборами с большим потреблением электричества ночью, в период низких нагрузок, энергетические компании вводят раздельную тарификацию:

• Днем киловатт-час стоит дороже;
• Ночью стоимость электроэнергии снижается в 1,5-3 раза.

Для учета расхода электроэнергии нужен двухтарифный счетчик

Но позвольте, разве электрокотел для горячего водоснабжения и отопления можно использовать только по ночам?

Можно, если дополнить контур теплоаккумулятором и бойлером косвенного нагрева. Теплоаккумулятором называется бак для воды объемом 300-3000 литров с внешней теплоизоляцией и несколькими выводами для подключения контуров водоснабжения и отопления.

При объеме 3 кубометра он способен запасти без малого 200 киловатт-часов тепла, чего достаточно для отопления дома площадью около 100 квадратов в течение суток. Ночью работающий на полную мощность котел греет воду в баке, а днем накопленная энергия используется для поддержания температуры отопительных приборов.

Теплоаккумуляторы, или буферные емкости

Бойлер косвенного нагрева позволяет использовать теплоту теплоносителя из системы отопления для нагрева ГВС. Летом, когда отопление выключено, теплоноситель циркулирует между ним и котлом или теплоаккумулятором.

Напольный бойлер косвенного нагрева

Подключение

Как своими руками подключить электрокотел к системам отопления и водоснабжения?

Вот несколько возможных схем:

Так подключаются электрокотлы двухконтурные отопление — горячее водоснабжение. Два вывода используются для присоединения розливов отопления, два — для подключения к подпитке от ХВС и розливу горячей воды

Благодаря бойлеру косвенного нагрева вы можете использовать одноконтурный электрокотел для водоснабжения

У монтажа современных электрокотлов для нужд отопления есть пара тонкостей:

• Настенные ТЭНовые котлы обычно комплектуются группой безопасности, циркуляционным насосом и расширительным баком, размещенными в корпусе прибора. Такая комплектация превращает котел в полноценную котельную: он подключается непосредственно к розливу отопления;

Полный комплект обвязки находится внутри корпуса котла

• Компактные котлы (индукционные и электродные) поставляются без дополнительной комплектации. Их обвязка должна включать:

Изображение	Описание
Мембранный расширительный бак	Расширительный бак. Он вмещает избыточный объем теплоносителя при его тепловом расширении, препятствуя росту давления в замкнутом контуре. Объем бачка обычно берется равным 1/10 от объема теплоносителя в контуре.
Клапан обычно настраивается на срабатывание при давлении в 3 атмосферы	Предохранительный клапан, сбрасывающий избыточное количество теплоносителя при опасном росте давления.
Манометр должен иметь разметку шкалы как минимум до 4-6 атмосфер	Манометр для контроля давления.
Автоматический воздухоотводчик	Автоматический воздушник, отводящий препятствующий циркуляции воздух.
Циркуляционный насос для отопления	Циркуляционный насос, обеспечивающий движение теплоносителя.

Где монтируются элементы обвязки:

1. Группа безопасности (воздушник, предохранительный клапан и манометр) — на выходе котла. Инструкция связана с тем, что именно там при остановке циркуляции в контуре быстрее всего растет давление;
2. Расширительный бак — в любой точке контура на удалении от циркуляционного насоса;
3. Насос — на обратке перед котлом, там, где температура теплоносителя минимальна. Чем ниже температура, тем дольше прослужат резиновые уплотнители и пластиковые детали прибора.

Циркуляционный насос установлен на обратке перед электродным котлом

Заключение

Надеемся, что нам удалось развеять некоторые связанные с электрическими котлами заблуждения. Узнать больше о том, как работают и как монтируются котлы отопления — горячего водоснабжения, вам позволит видео в этой статье. Успехов!