Как правильно выбрать отопительный котел?

Для людей, намеревающихся построить собственный частный дом, обычно наиболее остро стоит проблема проектирования и монтажа инженерных сетей, ведь подключение к централизованным коммуникациям обходится весьма недешево. К ним относится, в частности, система отопления, выбор типа которой зависит в первую очередь от особенностей климата региона проживания. А поскольку в системе теплоснабжения центральным элементом является котел (своего рода сердце этой системы), то вопрос можно свести к тому, как выбрать котел, не ошибившись во всех самых важных параметрах. Ведь от правильности данного выбора будет зависеть комфорт всей последующей жизни семьи в новом доме.

Общая схема подключения газового котла для водоснабжения.

К слову, информация, как правильно выбирать отопительные приборы данного типа, может пригодиться и жителям многоквартирных домов, ведь отопительный сезон в России начинается и заканчивается в установленное чиновниками на базе среднестатистических данных время, а природные условия не всегда соответствуют этому графику.

Классификация котлов по типу топлива

Котлы отопления можно систематизировать по многим признакам. Однако ведущим из них для большинства потребителей, впервые озаботившихся проблемой, как выбрать котел, является классификация по типу используемого оборудованием топлива. Этот момент имеет огромное значение, поскольку от того, какое топливо необходимо будет закупать человеку, решившему использовать автономное отопление, зависят, прежде всего, его расходы. В прямой зависимости от вида котла находится и его мощность, т.е. то количество полезного тепла, которое способно вырабатывать оборудование, потребляя определенный вид топлива. Итак, по типу топлива котлы делятся на:

Схема установки газового котла.

• газовые – функционирующие на природном газе;
• электродные – работающие на основе метода ионизации;
• твердотопливные – “питающиеся” каменным углем, коксом, дровами, пеллетами;
• жидкотопливные – заправляемые в основном дизельным топливом;
• электрические – использующие в работе электроэнергию.

Последние заслуживают особого внимания, поскольку используют экологически чистый источник энергии, не загрязняющий окружающую среду вредными отработанными продуктами.

Кроме того, отопительные котлы могут использоваться в системах прямого, смешанного и аккумулированного нагрева и совместно с накопительными баками. Электрический котел (или электрокотел, как его часто называют) также успешно применяется в качестве резервного источника тепла и для подогрева воды в баках.

Из других его плюсов – широкий диапазон мощностей оборудования (от 2 кВт до свыше 60 кВт), высокий КПД, экономичность, полная автоматизация, безопасность при соблюдении правил эксплуатации, бесшумность, простота использования, долгий срок службы, демократичная цена. При этом нельзя не упомянуть о некоторых недостатках электрических котлов: высокой стоимости электроэнергии и полной зависимости от нее. Тем не менее они широко используются для отопления квартир, коттеджей, дач, объектов торговли, общепита и организации досуга, офисных помещений и даже производственных предприятий.

Критерии выбора электрического отопительного котла

Схема монтажа газового настенного котла.

Если потребителем принято решение в пользу электрической системы отопления, перед ним сразу же встает второй важный вопрос: а как выбрать электрический котел? Выбор данного оборудования строится на анализе нескольких критериев:

• мощности электрокотла;
• взаимозависимости напряжения, силы тока и площади сечения кабеля;
• наличия теплоаккумулирующей емкости в комплектации оборудования;
• компаний, производящих электрические котлы.

Основополагающий критерий

Мощность электрокотла зависит от параметров ТЭНов (трубчатых электронагревателей), которые располагаются внутри теплообменника и служат для нагрева поступающей в него воды. Передача тепла в необходимые помещения осуществляется посредством перегона нагретой воды циркуляционным насосом по трубам системы отопления.

Мощность электрических котлов, как и всех агрегатов отопления, приводится в киловаттах. Когда идет речь об электрокотлах, указанная на них мощность подразумевает суммарную мощность их ТЭНов. Один электрический котел может быть оснащен как 1-м, так и 2-мя и даже 3-мя нагревательными элементами. Мощность электрокотлов, как уже говорилось ранее, может находиться в диапазоне 2-60 кВт.

Расчет мощности электрокотла

Схема твердотопливного котла в разрезе.

Потребителю нужно выбрать такую мощность котла, чтобы ее в полной мере хватило на восполнение теплопотерь всех помещений, а также на обеспечение дома горячей водой. Определение мощности, которую должен иметь выбираемый электрический котел, осуществляется с учетом множества различных факторов. Этот процесс включает так называемый теплотехнический расчет, направленный на определение оптимальных значений мощности для эффективной реализации функции отопления, и расчет тепловой мощности для реализации функции производства горячей воды.

Теплотехнический расчет для системы отопления производится с учетом общей площади всех обогреваемых помещений в доме, а также качества строения, его теплоизоляции. При этом немаловажное значение имеет теплопроводность материалов, из которых построен дом. Кроме того, большую роль в повышении теплопотерь здания играют двери и окна (особенно это актуально при больших оконных проемах и панорамных остеклениях).

Чтобы произвести максимально правильный расчет мощности, нужно отталкиваться от площади отапливаемых помещений. Верно рассчитав их площадь, можно далее воспользоваться следующей формулой: W = S x Wуд / 10 м², включающей W – мощность необходимого котла (кВт), S – суммарную площадь жилого помещения (м²), Wуд – удельную мощность котла на 10 м², устанавливаемую отдельно для каждого региона (к примеру, Wуд для холодных районов составляет 1,2-2, для средней полосы -1-1,2, для южных регионов – 0,7-0,9). Таким образом, для отопления помещения площадью 130 м² в средней полосе понадобится электрический котел мощностью 120 х 1 / 10 = 12 кВт.

Определение тепловой мощности котла для обеспечения ГВС

Общая схема монтажа отопительного котла.

Вторым значением, подлежащим расчету, является необходимая тепловая мощность, которой должен обладать электрический котел для обеспечения дома горячим водоснабжением. Ее рассчитывают исходя из необходимого объема водонагревателя, который, в свою очередь, определяется с учетом количества точек водоразбора и постоянных жильцов, что вкупе формирует общую потребность в теплой воде.

При этом целесообразно воспользоваться формулой: Vв = V х (Т – Т’) / (Т” – Т’), включающей Vв – необходимый объем водонагревателя, V – нужное количество теплой воды, Т – требуемую температуру нагретой воды, Т’ – температуру воды, с которой смешивается поступающая из нагревателя горячая вода, Т” – температуру нагретой воды в нагревателе. К примеру, нужно обеспечить горячей водой 4 человек с потребностью в 70 л на 1 человека. Расчет требуемой емкости водонагревателя будет следующим: 280 х (40 – 10) / (60 – 10) = 170 л.

Схема устройства одноконтурного и двухконтурного котла.

Далее следует применить формулу для расчета времени нагрева воды, которое зависит от рассчитанных ранее показателей мощности электрокотла отопления и объема водонагревателя. Она выглядит так: Т = m х CB х (t2 – t1) / P – и включает T – время нагрева воды (с), m – массу воды в бойлере (кг), CB – удельную теплоемкость воды – 4,2 кДж, t2 – температуру, до которой должна быть нагрета жидкость (°С), t1 – начальную температуру воды в бойлере (°С), Р – мощность электрокотла (кВт). Таким образом, время нагрева воды электрическим котлов мощностью 12 кВт водонагревателя объемом 170 л составит: 170 х 4,2 х (60 -10) / 12 = 50 мин.

В случае частого использования теплой воды, в целях предотвращения остывания воздуха в помещениях, целесообразно увеличить мощность приобретаемого электрокотла на 25%. Используя данный упрощенный расчет потребности здании в тепле, объема водонагревателя и времени нагрева воды, можно без труда выбрать котел необходимой мощности для отопления дома определенной площади.

О напряжении, силе тока, площади сечения кабеля

Схема подключения газового котла с бойлером косвенного нагрева.

Электрический ток, проходящий через любые проводники или среды, обладает 2 основными характеристиками: напряжением и силой тока. Конечно, у тока гораздо больше параметров, но вышеуказанные имеют наиболее важное практическое значение, поэтому в расчете чаще всего учитываются именно они.

Что касается напряжения, нужно отметить, что в зависимости от мощности прибора отопления в здании должна быть смонтирована либо однофазная электросеть с напряжением 200 вольт, либо 3-фазная с напряжением 380 V. Использование однофазной электросети предусматривает схема электрокотлов до 12 кВт, а электрические котлы мощностью свыше 12 кВт можно устанавливать лишь при наличии 3-фазной электросети. Относительно силы тока нелишним будет напомнить, что она характеризуется количеством заряда (или пропорциональным количеством электронов), прошедшим через поперечное сечение какого-либо проводника за определенное время. Единицей измерения силы тока служит ампер (А).

Интеграция электрокотла в схему отопления.

Под сечением проводника (провода) понимается площадь его поперечного сечения. Если жила имеет много проводков, то ее сечением будет являться сумма сечений всех проводков в данной жиле. Площадь сечения кабеля нужно выбрать исходя из нагрузок, которые планируются на данный кабель. Чем больше бытовых и иных электроприборов в доме планируются к одновременному включению, тем большее сечение кабеля потребуется.

В помощь потребителям существуют специальные таблицы, показывающие взаимозависимость мощности котла, силы тока и необходимого сечения кабеля. Одна из них приведена ниже. Из данной таблицы следует, что котлу отопления мощностью 4 кВт соответствует сила тока в 7 А и кабель с площадью сечения в 5(4)х2,5 мм², а прибору мощностью 60 кВт – сила тока в 88 А, а сечение кабеля 5(4)х25 мм².

Нужна ли теплоаккумулирующая емкость?

Схема устройства котла на твердом топливе.

Специалисты рекомендуют использовать электрический котел совместно с теплоаккумулирующей емкостью, размещаемой в качестве посредника между котлом и периферией системы отопления. Принцип действия аккумулятора заключается в том, что в ходе работы котла часть его энергии выделяется для нагревания дополнительного объема воды, находящейся в большой емкости.

На примере теплоаккумулирующей емкости Drazice NADO можно изучить особенности данного оборудования. Накопительная емкость отличается хорошей теплоизоляцией с очень малыми теплопотерями. После прекращения работы электрокотла и начала процесса остывания помещения датчик температуры воздуха (либо, как вариант, температуры теплоносителя в системе отопления) посылает сигнал для включения циркуляционного насоса, подающего горячую воду из бака аккумулятора в отопительную систему.

Когда температура воздуха (воды) повышается до необходимого значения, датчик снова выключает насос. Температура воды в емкости постепенно снижается, однако вследствие ее хорошей теплоизоляции продолжительное время остается достаточно высокой. Таким образом, электрический котел не включается, пока температура теплоносителя в баке остается выше, чем в системе отопления.

Однако здесь важно соблюдение следующего правила: объем буферной емкости должен составлять не менее 25 л на 1 кВт мощности электрокотла. Соответственно, чем мощнее выбирается котел, тем большим по объему должен быть буфер. И чем компактнее система отопления при неизменной мощности электрокотла, тем больший объем буфера требуется (ведь система отопления способна поглотить меньше тепла, следовательно, его избыток возрастает).

Плюсы теплоаккумулирующей емкости

Принципиальная схема котла на ТЭНах.

Функционирование электрокотла с теплоаккумулятором имеет свою особенность: основное время его работы – ночное, соответственно, расходуемая электроэнергия оплачивается по льготному ночному тарифу. Это обеспечивает жильцам дома существенное снижение расходов на электроэнергию. Кроме того, аккумулирование емкостью избыточного тепла, производимого прибором отопления, позволяет электрокотлу работать в экономном режиме.

В зависимости от объема теплоаккумулирующей емкости, величины теплопотерь помещения, запрограммированной температуры воздуха внутри помещения, температуры воздуха за его пределами, такая емкость может обеспечить комфортный микроклимат в доме на временной период от нескольких часов до 2 суток при нефункционирующем котле отопления. При отсутствии в доме жильцов работу термостата (датчика) можно настроить на обеспечение минимальной температуры обогрева, и тогда саккумулированной тепловой энергии хватит на гораздо больший период времени.

Схема пеллетного твердотопливного котла.

Еще одним преимуществом использования аккумулятора является защита системы отопления от перегрева электрокотла, поскольку поглощается весь перегретый теплоноситель, смешивающийся с большим количеством теплой воды. Кроме того, использование теплоаккумулирующей емкости позволяет комбинировать в одной отопительной системе различные котлы (твердотопливный, газовый, электрический).

Наконец, теплоаккумулирующие емкости позволяют осуществлять нагрев или предварительный подогрев воды для бытовых нужд в специальном резервуаре объемом 50-100 л, размещенном внутри буферной емкости. Данный резервуар полностью окружен горячим теплоносителем, что обеспечивает быструю передачу тепла к питьевой воде.

Недостатки бака-аккумулятора

Устройство и принцип работы электродного электрического котла.

При использовании последней указанной выше функции возникает опасность размножения в питьевой воде болезнетворных бактерий – легионелл, что требует применения дополнительных технических средств защиты. Альтернативным вариантом выступает использование теплообменника из пищевой нержавеющей стали, который функционирует по принципу проточного водонагревателя, что снижает риск размножения микроорганизмов. Это не вызывает падения производительности. Благодаря значительной площади нагрева и запасу тепла в аккумуляторе поток холодной воды может быть мгновенно нагрет до необходимой температуры.

К минусам можно отнести и высокую стоимость емкости, которая окупается только в регионах с относительно низкими тарифами на электроэнергию, и значительный объем бака. Чаще всего в частных домах используются буферные емкости объемом от 300 до 2000 л, а это требует наличия дополнительной площади в доме для оборудования специально отведенного под емкость помещения.

Производители электрокотлов

Рынок электрокотлов отопления представлен продукцией множества производящих компаний с широким модельным рядом и ценовым диапазоном. Особым авторитетом пользуются такие производители, как Bosch (ФРГ), Protherm (Словакия), Dakon (Чехия), Kospel (Польша). При этом по качеству котлов немецкую и чешскую марки можно смело поставить на первое место в мире.

Особенности электрокотлов Bosch и Dakon

Данное отопительное оборудование применяется в закрытых системах отопления, имеющих принудительную циркуляцию теплоносителя. Оно может использоваться совместно c теплоаккумулирующей емкостью, с бойлером косвенного нагрева. Котлы Bosch и Dakon имеют широкий диапазон мощностей. Модели с мощность 2-18 кВт идеально подходят для частного дома или квартиры. Приборы, обладающие мощностью 22-60 кВт, могут применяться в каскадных (больших) отопительных системах с монтажом нескольких котлов в связке.

Котлы указанных брендов имеют ступенчатую регулировку мощности. При этом управление первой ступенью осуществляется комнатным регулятором или терморегулятором котла. Вторую и третью ступени можно при необходимости включать вручную, причем последняя может работать независимо от предыдущей. Электрические нагревательные элементы в приборах располагаются только в нижней части теплообменника, что позволяет исключить их перегрев в случае проникновения воздуха в теплообменник из системы отопления.

Электрокотлы торговых марок Protherm и Kospel

Электрические котлы Protherm выпускаются в серии СКАТ. Это одноконтурные приборы, оборудованные стальным баком со встроенными электронагревательными элементами, расширительным баком и интегрированным гидравлическим блоком, в который содержит циркуляционный насос, воздухоотделитель, датчик давления, предохранительный клапан.

В конструкцию электрокотла Protherm СКАТ входит и система автоматического регулирования, обеспечивающая ступенчатое подключение электронагревателей (модуляцию мощности) и защищающая котел от перегрева. Подключение оборудования серии СКАТ к сетям электропитания обычно производится по 3-фазной схеме, однако существуют модификации, предназначенные и для подключения к сети в 220 В.

Настенные одноконтурные электрокотлы Protherm СКАТ выпускаются в 8 модификациях: от 6 до 28 кВт в зависимости от генерируемой мощности нагрева. Оборудование может использоваться как индивидуально, так и путем включения в каскад или совмещения с дополнительным бойлерным оборудованием.

Котлы отопления Kospel выпускаются в нескольких базовых моделях, которые могут функционировать с различными теплоносителями, иметь ручное или автоматическое управление, руководить работой циркуляционного насоса. Популярные модели этой марки состоят из котла со встроенными термоэлектрическими нагревателями, циркуляционного насоса, электронной системы управления, в т.ч. работой насоса.

Данной электронной системой попеременным образом подключаются термоэлектрические нагреватели в режиме неполной нагрузки, в автоматическом режиме подбирается соответствующая мощность нагрева. Система управления оснащена встроенным микропроцессором и работает автоматически, контролируя температуру теплоносителя, управляя режимами его нагрева и работой циркуляционного насоса.

В целях обеспечения безопасности работы электрокотлы Kospel оснащаются измерительными датчиками (манометром, датчиком протока), а термоэлектрические нагреватели имеют подключение к источнику напряжения через бесконтактную систему коммутации с применением твердотельных управляемых полупроводников – симисторов. Подключение термоэлектрических нагревателей управляется способом широтно-импульсной модуляции. Такой режим управления позволяет повысить точность регулирования процесса нагрева воды и, соответственно, уменьшить потери энергии. Кроме того, электрические котлы Kospel отличаются современным красивым дизайном и компактными размерами, что дает возможность устанавливать их в помещениях относительно небольшой площади.