Общие аспекты электрического отопления
Введение
В наших широтах вопрос отопления настолько важен в течение большей части года, что выработано множество самых разных подходов к решению проблемы отопления дома. Выбор систем отопления по принципу работы и видам используемого топлива весьма широк (печное, водяное, воздушное; на твердом, жидком или газовом топливе и т.д.). Поэтому, в зависимости от ваших целей и наличия условий для подключения, вы можете выбрать оптимальный вариант по соотношению стоимости монтажа и эксплуатации. На сегодняшний день электрическое отопление - самое удобное по многим параметрам. Оно подходит для помещений любого назначения – не только жилых, но и офисных, торговых, производственных, складских и т.д.
Электрическое отопление
Электрическое отопление – это вид отопления, при котором обогрев помещений и поддержание в них заданной температуры обеспечиваются электрическими отопительными приборами, преобразующими электрическую энергию в тепловую. Наиболее распространены отопительные приборы, нагревательным элементом которых служит проводник с большим электрическим сопротивлением: открытый, непосредственно соприкасающийся с нагреваемым воздухом (например, в электрокаминах и рефлекторах), или закрытый, помещенный внутри электронагревателя обычно трубчатого типа и передающий тепло на поверхность отопительного прибора (радиатора) через циркулирующий в нём теплоноситель (например, жидкое масло). Приборы с закрытым нагревательным элементом исключают возможность ожогов и пригорания пыли.
В современном строительстве находят применение отопительные приборы, в которых электрический ток нагревает теплоаккумулирующий материал; последний, в свою очередь, отдаёт тепло отапливаемому помещению. Такие приборы обычно потребляют электроэнергию в те часы суток, когда уменьшается её расход на другие нужды. В качестве теплоаккумуляционных отопительных приборов используют также строительные конструкции (например, железобетонные панели перекрытий), прокладывая в них электронагревательные кабели. В некоторых случаях для электрического отопления применяют изделия из токопроводящей резины, токопроводящие обои и тому подобные.
Существенное преимущество электрического отопления перед другими видами отопления — простота и надёжность автоматического регулирования температуры, что позволяет более экономно расходовать электроэнергию. Однако стоимость электроэнергии ещё достаточно высока, поэтому электрическое отопление в СССР широкого распространения не получило.
Существует пять основных видов отопления, базирующихся на использовании электрической энергии:
1. Электрические котлы с контуром отопления.
2. Обогревающие электрические конвекторы.
3. Инфракрасные обогреватели.
4. Система электрического теплого пола.
Тепловентиляторы, электрические тепловые пушки (завесы) и масляные радиаторы (обогреватели).
Электрические котлы
Электрические котлы работают по принципу нагрева жидкости в присоединенном к ним внешнем контуре отопления.
Они бывают двух типов:
1. котлы с установленными нагревателями — ТЭНами;
2. электродные котлы.
Трубчатый электронагреватель (ТЭН) — электронагревательный прибор в виде металлической трубки, заполненной теплопроводящим электрическим изолятором. Точно по центру изолятора проходит токопроводящая нихромовая нить определённого сопротивления для передачи необходимой удельной мощности на поверхность ТЭН.
ТЭНы являются наиболее распространенными электротермическими устройствами установок низко- и среднетемпературного нагрева. Они полностью защищены от внешних воздействий, в том числе от доступа воздуха.
Трубчатый электронагреватель (ТЭН) герметического исполнения: 1 - нихромовая спираль, 2 - трубка, 3 - наполнитель, 4 - выводная шпилька, 5 - герметизирующая уплотнительная втулка, 6 - гайка для крепления, 7 - выводы.
ТЭН был изобретен и запатентован в Соединенных Штатах Америки (Вашингтон, округ Колумбия) 20 сентября 1859 года Джорджом Б. Симпсоном.
Трубчатые электронагреватели могут иметь различные диаметры в диапазоне от 6 до 24 мм. В зависимости от конкретного применения, при производстве ТЭНов используются электрические изоляторы (диэлектрики) различного качества, которые должны сохранять свои диэлектрические свойства при низких, высоких и экстремально высоких температурах.
По конфигурации ТЭНы разделяют на двухконцевые (когда контактные выводы расположены с двух сторон) и одноконцевые — с контактными выводами, расположенными по одну сторону нагревателя. В электрических котлах стоят, как правило, блоки тэнов, или, как их еще называют, «ТЭНБ».
Электродный котел – это электрический водонагреватель, не использующий нагревательных элементов.
Электродный котел отличается тем, что электрический ток проходит с одного электрода на другой прямо через жидкость, которая в результате нагревается. Обычно в качестве жидкости используется не вода, а специальная незамерзающая жидкость или антифриз определенной марки. Из отечественных производителей широкое распространение получили электродные котлы марки Галан.
Достоинства всех электрических котлов следующие:
1. малые габаритные размеры;
2. простота установки и управления (кнопочные выключатели или электронный блок);
3. точное и быстрое регулирование температуры;
4. возможность подключения выносных датчиков комнатной температуры;
5. бесшумная работа;
6. относительно небольшая стоимость котлов;
7. экологически безвредные (в результате чего не нужен дымоход); высокий КПД.
К недостаткам можно отнести следующее:
1. довольно большие счета за электроэнергию в отопительный сезон (стоимость электричества дает о себе знать);
2. у тэновых котлов со временем (через несколько лет) нагревательный элемент — ТЭН покрывается отложениями, накипью, и, рано или поздно, выходит из строя;
3. также тэновые котлы при отсутствии воды (или малом ее количестве) в контуре выходят из строя — сгорают ТЭНы;
4. большинство котлов требуют хорошей проводки, рассчитанной по мощности котла с запасом на другие нужды;
5. в результате неправильных расчетов или экономии часто электрические котлы не справляются с нагрузкой— не могут в полной мере обеспечить дом теплом, не говоря про воду для хозяйственных нужд;
6. котлы нагревают дом не сразу, а с некоторой (небольшой) задержкой;
7. работа всех электрических котлов напрямую, зависят от напряжения и мощности электрической сети, а электродные котлы, вдобавок, меняют свою мощность в зависимости от состава и температуры жидкости в системе отопления.
Обогревающие электрические конвекторы
Используют ТЭН в качестве рабочего элемента. Только здесь он установлен не в воде, а заключен в керамический изолятор и красивый безопасный корпус из алюминия или стали. Другими словами, нагрев идет от теплого корпуса прибора и воздуха внутри него. Нагретый воздух начинает подниматься вверх, уступая место более холодному, начинается циркуляция и нагрев воздуха в помещении.
Конструктивно электроконвекторы бывают:
1. напольные;
2. настенные— плоские прямоугольники разных размеров;
3. могут быть встроенными или внешними;
4. внутри всегда вмонтирован термостат (или электронный блок управления), который поддерживает нужную температуру.
Такие приборы можно установить в любом месте. Они довольно быстро прогревают комнаты, конечно, если точно рассчитано их количество и мощность. Практически не требуют управления: термостат поддержит выбранный режим. Современные модели не сушат воздух, их корпус надежно изолирован от ТЭНа, благодаря чему детали корпуса не нагреваются более 60 градусов и прибор может применяться во влажных помещениях.
К минусам относится малая мощность одного конвектора — для обогрева здания их понадобится большое количество. Проводка должна выдерживать суммарную мощность всех конвекторов (обычно мощность одного прибора от 1 до 3 кВт).
Инфракрасные обогреватели
Инфракрасный обогреватель — отопительный прибор, отдающий тепло в окружающую среду посредством инфракрасного излучения. В быту иногда неточно называется рефлектором. Лучистая энергия поглощается окружающими поверхностями, превращаясь в тепловую энергию, нагревает их, которые в свою очередь отдают тепло воздуху. Это дает существенный экономический эффект по сравнению с конвекционным обогревом, где тепло существенно расходуется на обогрев неиспользуемого подпотолочного пространства.
Кроме того, при помощи ИК обогревателей появляется возможность местного обогрева только тех площадей в помещении, в которых это необходимо без обогрева всего объёма помещения; тепловой эффект от инфракрасных обогревателей ощущается сразу после включения, что позволяет избежать предварительного нагрева помещения. Эти факторы снижают затраты энергии.
Конструктивно могут выполняться:
1. в виде плоских настенных или напольных прямоугольников
2. в виде различных устройств на ножках
Такие нагреватели могут быстро нагреть воздух в определенной зоне. Это их плюс и минус. Для полноценного обогрева помещения их понадобится довольно много. Для нормального нагрева помещения существуют системы инфракрасных теплых полов или стен. Конечно, они экономичнее других видов электрического отопления, но общие затраты всех обогревателей все равно довольно высокие.
Экономичность инфракрасных обогревателей обусловлена тем, что их можно направить только на нужные участки обогрева. При этом в одном помещении возможно сделать зоны с разным температурным режимом. Кроме того, если человек будет находиться в зоне действия лучей обогревателя, он сам будет немного нагреваться (хотя воздух будет не так нагрет), и будет субъективно чувствовать себя комфортней. Такие приборы экономичней электрических котлов на 2035%.
Электрический теплый пол
Представляет собой тонкие проводники тока, вмонтированные в пол.
Конструктивно выполняется:
1. кабель, укладываемый на нужных участках пола (волнами, зигзагами, полосами)
2. в виде пленки с нанесенным проводником (по типу печатных плат радиоаппаратуры).
Проводник всегда делается из определенных материалов, для тока представляет большое сопротивление. Поэтому нагревается во время прохождения тока. В результате нагревается и сам пол, отдавая затем тепло воздуху в помещении.
Монтаж электрического теплого пола по-разному:
1. возможна заливка кабеля в бетон или наливной пол;
2. можно просто закрепить кабель под дощатым или паркетным полом;
3. пленочные маты можно постелить под линолеум или ламинат.
Другими словами, такой теплый пол можно установить в любых помещениях.
Количество греющего кабеля или мата рассчитывается исходя из их характеристик и площади помещения. Подключаются они к электросети через электронный регулятор, которым устанавливают нужный режим обогрева. Данный регулятор сам включит и выключит обогрев в нужное время, что сэкономит ваши расходы.
Довольно удобный вид отопления. Но для хорошего обогрева потребуется монтаж теплого пола по всей площади пола. При больших же размерах помещения расходы на обогрев будут велики.
Различные виды тепловентиляторов, масляных обогревателей и тепловых завес
Применяются только в качестве вспомогательного обогрева. Объясняется это их недостатками. Почти все они быстро нагревают помещение, но только если оно небольшое (это не касается мощных тепловых пушек и завес). При этом они потребляют довольно много электроэнергии и являются пожароопасными. Как правило обладают самой простейшей регулировкой мощности и не могут сами поддерживать нужную температуру. Почти всегда сушат воздух, что в большинстве случаев является минусом.
Тепловентиляторы – это отопительный прибор, нагревающий поток воздуха, продуваемого через нагревательный элемент, при помощи встроенного вентилятора.
Использование тепловентилятора наиболее обоснованно в помещениях, где не требуется постоянное поддержание комфортных температур, но нуждающихся в быстром их достижении. Нагревательный элемент быстро достигает рабочей температуры, а принудительное нагнетание воздуха обеспечивает его более быструю циркуляцию в объёме помещения. При отключенном нагревательном элементе многие модели способны выполнять функцию обычного вентилятора.
Тепловой завес
Масляный обогреватель (масляный электрический радиатор) — бытовой электроприбор, служащий для отопления помещений и имеющий промежуточный теплоноситель — минеральное масло. Температура внешней поверхности радиаторов, через которую они отдают тепло, не должна превышать 100—110 °C, средняя температура обычно 85-95 °C. Время нагрева после включения составляет 25-35 мин. Маслонаполненные радиаторы могут иметь разную мощность, конструкцию, размеры, дополнительные устройства и приспособления. Существует два основных типа конструкций масляных электрических радиаторов:
1. панельный — с резервуаром для масла в виде плоской панели;
2. секционный — с резервуаром из однотипных секций с общим электрическим нагревательным элементом.
Преимущество секционных радиаторов — большая рабочая поверхность при тех же размерах. Преимущество панельных радиаторов — при размещении вдоль стен занимаемое место меньше.
По способу контроля и регулирования нагрева маслонаполненые электрорадиаторы различают:
1. поддерживающие установленную температуру воздуха;
2. поддерживающие установленную мощность.
Общие аспекты электрического отопления
За исключение котлов, все виды электрического отопления не требуют внешних нагревательных и вспомогательных устройств (контуров и радиаторов отопления, дымоходов), что является их несомненным плюсом. Они довольно легки в управлении и монтаже, обладают малой инерционностью. Часто возможно подключение электронных блоков управления и дистанционная работа с ними.
Опять же, большинство рассмотренных видов электро-отопления довольно дороги в своей эксплуатации. Мощность практически всех приборов, нужная для обогрева помещения определенной площади, требуется примерно одинаковая, и она довольна велика. Принято считать, что для отопления 100 кв. метров с высотой потолка 2,53 м требуется 1216 кВт мощности электроприбора.
Тут еще влияет фактор географического нахождения обогреваемого дома. В южных районах страны расходы на электрическое отопление будут гораздо меньше, чем в северных. Большую роль играет и конструкция, утепление дома. Чем теплее и меньше сам дом, тем меньше потребуется электроэнергии для его обогрева. Обычно электричество применяют для обогрева небольших по площади одноэтажных домов или квартир в домах городского типа при наличии мощной проводки. В остальных случаях электрическое отопление применяют как вспомогательное.
И самое главное — такой вид отопления делает вас полностью зависимыми от наличия самой электроэнергии, т. е. делает систему энергозависимой.
Большую экономию дает применение электродных котлов, теплых инфракрасных обогревателей и приборов с автоматическим регулятором режима и температуры (так называемый умный дом).