Устройство ионных котлов отопления: принцип работы, схемы, видео-отзывы

Можно ли экономно отопить жилище электричеством? Многие, не задумываясь, ответят, что нет, вспомнив самый распространенный обогревательный прибор на ТЭНах – это не верно. Старые военные технологии, еще недавно недоступные рядовым гражданам – реальность.

Устройство на одну и две фазыРечь об ионном котле — альтернативном источнике тепла. Разработанная еще в середине прошлого века военная технология теперь доступна всем.

История появления и принцип работы

А началось все во времена СССР. Государство, окруженное со всех сторон потенциальными военными противниками, содержало многочисленный военно-морской флот. Для жизнеобеспечения дизельных субмарин предприятиями ОК СССР были разработаны автономные системы обогрева.

Такая система обогрева экипажа подводных лодок должна была отвечать таким требованиям, как: простота, надежность, независимость от вытяжки, отсутствие движущих частей и шумов при работе, достаточная мощность в условиях суровых условий Северного Ледовитого Океана, заменяемый и доступный теплоноситель.

Задача была выполнена успешно и эффективно использовалась вплоть до развала социалистического государства. В 90-х годах оборонные предприятия страны оказались не у дел. Настали сложные времена. Чтобы выжить потребителям была представлена гражданская версия электродного обогревателя. Получили патент на это изобретение инженеры Кунков Д.Н. и Ильин А.П.

Отличие от ТЭНа

Принцип работы был элементарен — использовалось внутреннее сопротивление теплоносителя: вместо металлического нагревательного элемента — соленая вода. Под воздействием электрического тока молекулы теплоносителя, сталкиваясь друг с другом, нагреваются, электрическая энергия преобразовывается в тепловую. Для стабильной работы необходим переменный ток 50-60 Гц (амплитуда колебаний), иначе он начинает работать, как аккумулятор.

Затем был разработан простой прибор, с одним электродом. К нему подключили фазу, а к металлическому корпусу – ноль. В ёмкости находится теплоноситель. Для безопасности корпус заземлён.

Получается следующее: ток с амплитудой 50 Гц проходит через соленую воду, которая за незначительное время нагревается, из-за разности температур и создаваемого установкой давления теплоноситель циркулирует по замкнутой тепловой системе — все просто.

Схема системы отопления под ионный котел

Включение ионного нагревательного элемента должен производить специальный монтажный электротехнический персонал с группой допуска, поскольку это вызвано требованиями электробезопасности оборудования.

Для проведения пусконаладочных работ можно используют схему, представленную заводом-изготовителем.

Общая схема подключения ионного котла

Для монтажа потребуется:

1. Ионный котлоагрегат.
2. Шаровой запорный вентиль, для возможности закрытия теплоносителя в аварийной ситуации или смены греющей среды в системе.
3. Центробежный электрический насос для циркуляции теплоносителя в тепловой сети.
4. Фильтр для очистки теплоносителя от взвешенных веществ.
5. Дренажный вентиль для слива воды из системы, устанавливается на нижней точке обратного трубопровода.
6. Расширительный бак, для защиты от разрывов сети при температурном расширении теплоносителя.
7. Блок управления и защиты.
8. Воздухозаборник.

Для нормального функционирования ионного котла отопления, необходима вода строго определенного состава. Если котел будет устанавливаться в уже существующую тепловую сеть, перед первым запуском потребуется заменить теплоноситель и добавить особенный ингибитор. Сама вода обязана быть дистиллированной.

Нужно ли заземлять такие котлы

Производственные нормы эксплуатации ионного котлоагрегата требуют в обязательном порядке устанавливать систему заземление, соответствующей ПУЭ, по той причине, что в случае утечки токов данную систему с использованием УЗО защитить не возможно.

Заземляющий медный проводник обязан обладать диаметром от 4.0 до 6.0 мм, а сопротивление системы не может превышать 4 Ом. Подсоединение электропроводки производится к «0» клемме, размещенной в низшей части конструкции котла.

Заземляются все доступные электропроводящие детали котлоагрегата и тепловой сети, этим можно продлить срок службы источника отопления. Коррозионный износ заземляющей системы не может превышать 50 %.

Конструкцию системы заземления запрещено окрашивать и закрывать диэлектрическими покрытиями. Оборудованная согласно требованиям ПУЭ система обогрева является надежным и эффективным источником тепловой энергии.

Характеристики: преимущества и недостатки

Конструкция проста и элементарна, однако имеет ряд уникальных свойств:

• небольшие габариты установки, при значительной мощности оборудования;
• самостоятельно создает давление в системе, что даёт возможность его использовать без нагнетательных насосов;
• полностью антиаварийная система — перегрев не возможен, стабильность работы не зависит от уровня теплоносителя;
• удобство регулирования температуры — автоматика сделает все сама: температурные датчики сработают, когда это нужно;
• перепады напряжения в сети питания не влияют на работоспособность и безопасность системы – она будет меньше или больше вырабатывать энергии;
• высочайший КПД – максимальный из всех существующих отопительных приборов;
• отсутствие негативных для жизни и здоровья излучений;
• легко встроить в отопление, как дополнительный или резервный источник.

Может выглядеть так
Чтобы быть объективными, рассмотрим минусы:

• работает только от переменного тока, поскольку постоянный вызывает электролиз;
• требуется следить за состоянием электролита (соленой воды) — дистиллированная не допустима, поскольку это универсальный проводник, а для работы требуется конкретное сопротивление;
• при отсутствии заземления эксплуатировать установку запрещено — опасно для жизни;
• любое сопротивление (резистор) по мере увеличения температуры снижает свое номинальное значение, а как следствие при нагреве до 75 °С котел значительно теряет мощность, однако сила тока возрастает;
• требует периодической очистки рабочих элементов, поскольку начинают происходить потери из-за накипи на электроде(ах);
• раз в 2-3 года требуется замена электрода(ов);
• при разветвленной отопительной сети необходим нагнетательный насос;
• недостаточный уровень воды в системе отопления критичен, поскольку вода с примесями солей разъедает металл;
• сложность физиологической настройки сопротивления воды — без специалиста это выполнить очень сложно;
• для обслуживания контура требуются особые знания, навыки, специальное оборудование.

«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.

Устройство и технические характеристики

Рассмотренный принцип работы электрокотла дает первое представление о конструкции. Хоть этому оборудованию уже около ста лет, принципиальная схема не изменилась. И внешне, с момента постановки на обогрев частных жилых домов, осталось прежним. Только некоторые производители внесли незначительные изменения в компоновку деталей.

Характеристики одно- и двухфазного котла

Внешне – это цилиндр размерами 30-50 мм в диаметре с утолщением у основания, в котором располагается коммутационный блок. Немного выше него вварен патрубок на ½ или ¾ дюйма, для ввода в аппарат теплоносителя – контурная «обратка». Сверху основного цилиндра впаян патрубок входа в тепловой контур, иногда он сбоку, рядом с «обраткой».

Внутри цилиндрического корпуса, не соприкасаясь с его стенками, расположен электрод. Он один, если прибор работает от электросети напряжением 220 В, или три, если это промышленный образец, которому требуется трехфазное подключение 380 В. Эти отличия указывают на разную мощность. Эффективность зависит от количества потребляемой энергии. Прибор с трёхфазным подключением отапливает площадь около 1000 квадратных метров.

Электроды закреплены в нижней утолщенной части корпуса (коммутирующем блоке), он разборный, с надежной электрической изоляцией от пробоев током. Обычно – это полиамид.

Схема устройства

Общие размеры котла в зависимости от мощности несколько отличаются, но составляют около 30 см в длину и 4 см в ширину, массой 15 кг, мощность варьируется от 2 до 50 кВт. Энергопотребление однофазных не превышает 6 кВт, трехфазных 50 кВт. Рабочая температура 75 °С – при ней прибор функционирует эффективно.

Каждая установка дополнительно оснащена электромеханическим управлением — эти блоки отличаются, как по размерам, так и по функциям.

Электромеханические блоки нужны для управления электродным котлом. Также установлены термические датчики: на входе и выходе контура. Они обрабатывают снимаемые показатели, высчитывают разницу температур и управляют питанием прибора (вкл., выкл.). Кроме основных опций, у дорогих вариаций есть более «навороченные» функции, например, определение величин гистерезиса и т.п.

Чем нужно руководствоваться

На вопрос, как выбрать котел отопления, очень часто отвечают, что основной критерий – это доступность того или иного топлива. В данном контексте выделим несколько видов котлов.

Газовые котлы

Газовые котлы являются самыми распространенными видами отопительного оборудования. Это обусловлено тем, что топливо для таких котлов стоит не очень дорого, оно доступно для широкого круга потребителей. Какие бывают котлы отопления на газу? Они отличаются друг от друга в зависимости от того, какой тип горелки – атмосферная или надувная. В первом случае отработанный газ идет через дымоход, а во втором – все продукты сгорания уходят через специальную трубу при помощи вентилятора. Конечно, второй вариант исполнения будет немного дороже, однако именно он не будет требовать отвода дыма.

Настенный газовый котел

Что касается способа размещения котлов, то выбор котла отопления предполагает наличие напольных и настенных моделей. Какой котел отопления лучше в данном случае – ответа нет. Ведь все будет зависеть от того, какие цели вы преследуете. Если, кроме отопления, вам нужно будет проводить горячую воду, то можно поставить настенные современные котлы отопления. Так вам не нужно будет ставить еще и бойлер для нагрева воды, а это – экономия финансов. Также в случае с настенными моделями можно выводить продукты сгорания прямо на улицу. А небольшие размеры таких приборов позволят идеально вписать их в интерьер.

Недостаток настенных моделей – это их зависимость от электрической энергии.

Электрические котлы

Далее рассмотрим электрические котлы отопления. Если в вашей местности нет газа, проходящего магистралью, электрический котел сможет вас спасти. Такие разновидности котлов отопления – небольшие по размерам, поэтому они могут использоваться в небольших домах, а также в коттеджах от 100 кв.м площадью. Все продукты горения будут безвредными с экологической точки зрения. А монтаж такого котла не потребует специальных умений. Стоит отметить, что электрические котлы не очень распространены. Ведь топливо дорогое, а цены на него растут и растут. Если вы спрашиваете, какие котлы для отопления лучше с точки зрения экономии, то это – не вариант в данном случае. Очень часто электрические котлы служат в качестве запасных приборов для отопления.

Котлы на твердом топливе

Теперь пришло время рассмотреть, какие есть котлы отопления на твердом топливе. Такие котлы считаются наиболее древними, такая система используется для отопления помещений уже давным-давно. И причина этому простая – топливо для таких устройств доступно, в его качестве могут быть дрова, кокс, торф, уголь и т.д. Единственный недостаток – это то, что такие котлы не способны работать в автономном режиме.

Газогенераторный твердотопливный котел

Модификация таких котлов – это газогенераторные приборы. Отличается такой котел тем, что можно управлять процессом горения, а производительность регулируют в пределах 30-100 процентов. Когда вы думаете, как подобрать котел отопления, следует знать, что топливо, которое используют такие котлы, – это дрова, влажность их не должна быть меньше 30%. Газогенераторные котлы зависят от подачи электрической энергии. Но они имеют и преимущества в сравнении с твердотопливными. У них высокий КПД, который в два раза выше твердотопливных приборов. А с точки зрения загрязнения окружающей среды они экологичные, так как продукты горения не попадут в дымоотвод, а будут служить для того чтобы образовывался газ.

Рейтинг котлов отопления показывает, что одноконтурные газогенераторные котлы нельзя применять для подогревания воды. А если рассматривать автоматизацию, то она велика. Часто можно найти программаторы на таких приборах – они регулируют температуру носителя тепла и подают сигналы, если есть аварийная опасность.

Газогенераторные котлы в частном доме – это дорогостоящее удовольствие. Ведь стоимость котла отопления высокая.

Жидкотопливные котлы

Теперь рассмотрим котлы на жидком топливе. В качестве рабочего ресурса такие приборы используют дизельное топливо. Для эксплуатации таких котлов нужны будут дополнительные комплектующие – емкости для топлива и помещение специально для котла. Если вы думаете, какой котел выбрать для отопления, то отметим, что жидкотопливные котлы имеют очень дорогую горелку, которая порой может стоить как газовый котел с атмосферной горелкой. Но такой прибор имеет разные ступени мощности, именно поэтому с экономической точки зрения его использовать выгодно.

Кроме солярки, жидкотопливные котлы могут применять также и газ. Для этого служат сменные горелки или специальные горелки, которые способны работать на двух типах топлива.

Жидкотопливный котел

Простая конструкция своими руками

Из общего описания котла понятно, что его механическая составляющая элементарна и не так сложна, большее замешательство, связано с электромеханическим управлением. Но все по порядку.

Чтобы собрать этот чудо-прибор понадобятся инструменты и материалы:

• отрезок трубы 1½-2 дюйма, длиной 30-50 см.;
• два небольших ½ дюймовых отрезка трубы для патрубков;
• медные провода сечением не менее 3 мм²;
• электрод (стальной стержень) диаметром 1-1,5 см.;
• металлический тройник;
• муфта;
• сварочный аппарат, если элементы будут привариваться;
• метчик и лерка для нарезания резьбы;
• резиновые прокладки, фум лента.

Из трубы своими руками
Приступая к работе повторите три простых требования к сооружаемой самодельной системе:

1. Фаза на электрод, ноль – на корпус.
2. Без заземления включать установку запрещено.
3. Подключать только через автомат (около 40 А), поскольку по мере нагревания сила тока увеличивается.

Порядок сборки котла следующий:

• подготовленный ранее отрезок трубы длинной 30-50 см будет служить корпусом;
• корпус не должен содержать дефектов, сколов, края следует тщательно зачистить;
• с одного края корпуса помещается электрод, с другого – муфта для подключения к тепловому контуру.

Для установки электродного стержня нужен стальной тройник, через него подключается обратка.

• Электрод подсоединяется через прокладку, которая изолирует от электричества и герметизирует корпус котла.

Для изолирующего слоя используют пластик высокого качества с термоустойчивым свойством.

• К трубе-корпусу, сварочным аппаратом, приваривается два болта для крепления клемм заземления и нуля.

Можно приварить один болт. Он будет совмещать нулевой выход и заземление.

• Готовый ионный котёл нужно покрасить, для сохранения металла от коррозии и для уменьшения риска пробоя током.

После сборки и покраски котла, можно приступить к его врезке в систему.

Вывод

Электродный котел – хорошее решение для дач и загородных домиков. Его установка не требует разрешительных документов или отдельного помещения, а эксплуатация – повышенных требований к технике безопасности. Такое устройство можно сделать самостоятельно, но насколько это целесообразно – решать вам. Хотя водонагреватель имеет очень высокий КПД, все же его использование обходится намного дороже, чем эксплуатация газового аналога. Стоит отметить также требовательность ионного котла к теплоносителю и системе отопления. Если не выполнять обязательные требования, то устройство будет работать неэффективно и прослужит намного меньше заявленного срока.

Особенности монтажа

Для монтажа энергосберегающего котла необходимо установить предохранительный клапан, манометр и автоматический воздухоотвод. Горизонтальное положение оборудования недопустимо, устанавливать только вертикально, без смещений.

Врезка в тепловой контур производится так, чтобы нулевая клемма была снизу. Провода, подключаемые к котлу должны быть сечением не менее 4 мм². Подключать только через автоматы, по всем правилам ПУЭ.

Для установки в новую магистраль, обрабатывают ингибиторами только бывший в эксплуатации котёл. Следуйте рекомендациям по использованию чистящих средств. Игнорирование этого пункта повлечёт появление трудностей при установке омических показателей жидкости в системе.

Для отопления важен выбор радиаторов. Чугунные образцы не допустимы, поскольку они склонны к повышенному образованию накипи и другим загрязнениям. Радиаторные батареи лучше подбирать небольшие, из легких материалов (алюминий), с таким расчетом, чтобы 1 кВт энергии приходился на 8 литров.

Параллельное подключение – усиление мощности

При выборе батарей предпочтительно остановиться на алюминиевых конструкциях первичного типа, поскольку в них значительно меньше примесей – это будет снижать общее сопротивление.

Как подобрать ионный котел

Выбирают требуемый агрегат по мощности из условия, что 1 кВт тепловой мощности достаточно для нагрева площади 10 м2. К расчету нужно добавить еще приблизительно 20% для учета тепловых потерь объекта.

Кроме того перед выбором нужно уточнить какую функцию он будет нести в схеме теплоснабжения, как основной источник тепла или вспомогательный для поддержания температуры в ночное время или в период предельно низких температурах наружного воздуха.

Также потребуется учитывать режим электрической нагрузки 220В или 380 В, и возможность внутридомовой электрической сети несли нагрузку по такому котлу. Для выбора конкретной модели потребуется учитывать схему отопления, так, если в доме есть система «теплый пол» мощность котла выбирается на 30% больше.

Производители и средняя стоимость

На рынке большое разнообразие электрических котлов. Их них популярны отопительные приборы, изготовленные фирмами:

• ЗАО «Галан» – Россия;
• ООО «Stafor_eko» – Латвия;
• ООО «ЭОУ» – Украина.

Котлы и сопутствующее оборудование (электромеханика) к ним, продаются отдельно. Цена бытовых изделий для электросетей 220 В, мощностью от 2 до 6 Вт определяется суммой около 4-6 тыс. рублей. Автоматика же стоит примерно столько же – 6-7 тыс рублей.

При покупке обратите внимание на гарантийный и сервисный срок. Обычно он не превышает 3 года, исходя из этого, можно быть уверенным, что котел прослужит никак не меньше этого времени. Однако, если проводить техническое обслуживание оборудования, и один раз в два года менять электроды и прокладки, можно увеличить срок службы до 10-12 лет.