Электрические системы отопления удобны, неприхотливы в обслуживании и достаточно просты в установке. Кроме привычных ТЭНов, в последнее время становятся популярными электродные (ионные) нагревательные устройства. Изготовить электродный котёл своими руками несложно, потребуются минимальный инструмент и навыки работы со сварочным аппаратом, а также нужно следовать общим рекомендациям.
Содержание
Устройство и принцип работы
В основе такого способа нагрева теплоносителя лежит процесс хаотичного перемещения ионов воды под воздействием переменного электрического тока. Любой подобный котёл состоит из массивного электрода, на который подаётся напряжение, а в качестве второго электрода с нулевой фазой выступает металлический корпус нагревателя. Дальнейший процесс напоминает электролиз, только ионы движутся не от катода к аноду, а хаотично перемещаются в разные стороны с частотой 50 Гц.
Устройство электродного котла
Электролит обладает плохой проводимостью и большим сопротивлением, чем сталь или алюминий, поэтому при прохождении через него электрического тока происходит выделение тепловой энергии. Мощность устройства рассчитывают по формуле: P=U*I, где U – подаваемое напряжение (В), а I – сила тока (А).
Преимущество такой схемы перед ТЭНом заключается в отсутствии промежуточной теплоизоляционной прослойки между нагревательным элементом и теплоносителем, что обеспечивает максимально возможный КПД. Фактически вся подаваемая электроэнергия преобразуется в тепловую.
Схема преобразования электроэнергии в тепловую
Это важно! Концентрация соли в электролите влияет на сопротивление жидкости и определяет максимально возможный протекаемый ток. Информация об этом содержится в справочниках или инструкции по эксплуатации заводского котла.
Плюсы и минусы
Несмотря на то, что такие котлы появились относительно недавно, информации по их использованию достаточно. Кроме простоты конструкции, ионные котлы обладают и другими плюсами:
- КПД достигает рекордных 99%, другие системы имеют меньший коэффициент в силу особенностей своего устройства;
- Экономичнее других нагревательных устройств на 15–20% при аналогичной выделяемой мощности;
- Не зависит от перепадов напряжения, будет греть даже при сильном его падении, но с меньшей эффективностью;
- Не боятся утечки жидкости, при включении «на сухую» перегрева не произойдёт из-за невозможности процесса нагрева без электролита;
- Бесшумность работы;
- Компактные размеры устройства.
К сожалению, недостатки у ионных котлов тоже есть:
- Система отопления склонна к накоплению статического электричества и поражению электрическим током, поэтому качественное заземление обязательно;
- Теплоноситель должен иметь определённые показатели сопротивления, простая вода из крана не подходит;
- Необходимость установки электронного блока управления и термодатчиков для контроля за постоянной температурой;
- Потребление электроэнергии и стоимость 1 ккал выше, чем у твердотопливных или газовых котлов;
- Потребуется использовать специальные радиаторы отопления.
Как рассчитать мощность
Целесообразность установки отопительного котла того или иного типа определяется условиями его эксплуатации и площадью помещения. На основании этих данных рассчитывают минимальную мощность и стоимость эксплуатации за отопительный сезон или целый год.
Формула мощности: W=We*S (кВт);
- W – это оптимальная мощность нагревательной установки;
- We – удельная мощность для единицы площади, зависит от региона (южные районы порядка 0,05–0,07, северные и центральные – до 0,2);
- S – общая площадь (м2);
Могут вводиться дополнительные поправочные коэффициенты для разных типов зданий и кровли:
- крыша без теплоизоляции – 0,25;
- нет наружного стенового утеплителя – 0,35;
- сквозняки или мощная вентиляция – 0,15.
Эти и другие поправки содержатся в справочной литературе, а также соответствующих ГОСТах.
Это важно! Получив необходимое значение мощности котла, сравните его с максимально возможной нагрузкой на электрическую сеть в доме. Гаражные и садовые кооперативы имеют слабые сети и не способны питать мощные нагревательные приборы.
Схема подключения к отопительной сети
Для нормальной эксплуатации потребуется установка циркуляционного насоса, расширительного бака, специального фильтра и блока автоматики. Чаще всего используются 3 типовых схемы включения электрокотла в отопительный контур.
Стандартная или последовательная
Самая распространённая принципиальная схема, в которой теплоноситель подаётся сверху вниз при помощи насоса. Позволяет подключать большое количество радиаторов отопления.
Принципиальная схема подключения котла является самой распространённой
Параллельная схема
Хорошо подойдёт небольшим помещениям с 1–2 секциями батарей. Циркуляция жидкости в таком контуре возможна самотёком за счёт конвекции. Также может быть подключён второй котёл или центральное отопление.
1 – котёл, 2 – радиаторы системы отопления, 3 – расширительный бак; 4 – кран заполнения/подпитки системы из водопровода
Подключение тёплого пола
В домах с центральным или газовым отоплением электродные котлы малой мощности используют для обогрева пола. Такой пол дольше сохраняет тепло и делает микроклимат в помещении мягче, чем при использовании инфракрасных обогревателей.
Подключить тёплый пол к котлу можно самостоятельно
Нагрев воды в системе горячего водоснабжения предполагает применение специальных 2-х контурных котлов, которые могут быть также подключены к общей отопительной системе.
Перед началом работ на чертеже необходимо указать количество контуров, места расположения радиаторов отопления и общее количество труб, места установки насосов и фильтров. Предусмотреть краны для слива воды и заправки жидкости в контур.
Как сделать самому
Вначале необходимо определиться с типом электродного котла – одноконтурный для отопления или двухконтурный для ГВС. Во втором случае корпус котла устанавливается внутри ёмкости с водопроводной водой.
Материалы и инструменты для изготовления электродного котла
Большинство подходящих по размеру заготовок можно найти, порывшись в гараже, а недостающие детали докупить в магазине. Сложного инструмента также не потребуется. Для сборки стандартного котла мощностью до 10 кВт необходимо следующее:
- Сварочный аппарат, желательно современный инверторный, с таким проще справиться, а качество швов получится весьма приличным;
- Болгарка;
- Дрель;
- Обрезок стальной трубы длиной 20–30 см и диаметром 8–10 см, он послужит корпусом;
- Металлический стержень диаметром 1–2 см и длиной 10–15 см для центрального электрода;
- Железный тройник диаметром, как у корпуса котла, для крепления электрода и подводящих трубок (готовые продаются в сантехнических магазинах);
- Муфта с переходником под стандартную трубную резьбу и подходящая по диаметру к корпусу;
- Изолятор для электрода из подходящей биметаллической заглушки или фторопластового уплотнителя;
- Контакты для нулевой фазы и заземления из подходящих болтов с гайками на М6 или М8;
- Герметик или специальная уплотнительная лента;
- Уголок для изготовления крепежа корпуса котла к стене или полу.
Технология изготовления
Работу ведём в такой последовательности:
- Готовую заготовку корпуса подрезают в размер и зачищают острые кромки. С одного конца устанавливают готовый тройник и тщательно проваривают соединение. К противоположной стороне приваривают муфту или стандартный резьбовой фланец под муфту. В этом случае соединение дополнительно герметизируется. Допускается нарезать резьбу на трубе под тройник и муфту. Теплоноситель будет поступать в котёл через тройник, а затем после нагрева в систему отопления через муфту с краном.
- К электроду заранее привариваем клемму из подходящего болта. В изоляторе сверлим отверстие под электрод. Сам электрод и изолятор – это самые ответственные узлы в котле. Все соединения необходимо выполнить аккуратно и посадить на герметик во избежание течей.
Процесс изготовления электродного котла не вызывает особых трудностей
Это важно! Место подключения фазы к электроду должно быть тщательно заизолировано или закрыто защитным кожухом, чтобы избежать случайного поражения электрическим током:
- К корпусу привариваем два болта – один для подключения заземления, второй для подвода нулевой фазы. Заземление обязательно из медного провода сечением не менее 4 мм2 .
- Очищаем от ржавчины и окрашиваем термостойкой краской.
- Изготавливаем крепёж котла из уголков и размещаем его в нужном месте. Закрываем декоративным экраном и подключаем к сети.
Схема подключения электродного котла
Перед окончательной установкой собранного котла испытайте его на герметичность. Для этого залейте в него керосин или похожую жидкость с высокой текучестью. Также можно проверить герметичность, нанеся мыльный раствор на стыки и сварные швы, а внутрь корпуса подать воздух под давлением от 3 атм., например, от автомобильного насоса. Затем котёл промывают специальными составами, удаляющими накипь и ржавчину внутри.
Монтаж самодельного котла в систему отопления
Работа электродного котла отличается от индукционного или ТЭНового, поэтому его эксплуатация потребует своей схемы подключения. В процессе пропускания тока через теплоноситель выделяется электролизный газ (водород), который ухудшает работоспособность системы. Для его удаления в верхней части системы врезается специальный предохранительный клапан, стравливающий избытки давления в системе.
Также потребуются:
- Расширительный бак;
- Манометр;
- Автоматический клапан сброса воздуха;
- Запорная арматура.
Установка ионного котла любого типа возможна только в вертикальном положении, а выводная труба обязательно берётся металлическая длиной до 1,5 м. Остальная разводка выполняется из композитных или любых других труб.
Электродный котёл, сделанный своими руками
Рабочая температура теплоносителя в герметичной системе достигает 120 градусов, поэтому обязательно наличие защитных кожухов. Преимущество герметичного контура состоит в том, что на стенках труб долгое время не образуются ржавчина и накипь.
Мощность электродного котла можно регулировать, изменяя концентрацию растворенных солей в теплоносителе. Для получения оптимального сопротивления жидкости применяют такой метод:
- Берём дистиллированную воду или дождевую (снеговую);
- Потребуются ёмкость, амперметр, большой шприц для воды или мерный стакан, пищевая сода;
- По закона Ома рассчитываем силу тока в цепи (для котла мощностью 4 кВт при напряжении 220 В сила тока составит 18А);
- Разводим соду в ёмкости в пропорции 1 к 10 и заливаем в систему через расширительный бак;
- Амперметр подключаем к клеммам котла и смотрим на показания на включённом и прогретом котле;
- Доливаем воду до появления нужного значения силы тока.
Надо помнить, что процесс изменения концентрации теплоносителя происходит постепенно, поэтому стоит подождать окончательного установления тока на 16–17 Амперах. В дальнейшей эксплуатации следует регулярно проверять значение силы тока в системе, а при необходимости корректировать плотность жидкости добавлением соды или воды.
Это важно! Маленькая концентрация электролита снижает эффективность работы котла и ведёт к повышенному образованию газа.
Выбор радиатора для работы с электродным котлом
Из-за особенностей теплоносителя с большим количеством растворённых солей для работы в отопительном контуре подходят не все радиаторы. Для этого типа нагревательных устройств допускается применение алюминиевых или биметаллических конструкций. Они хорошо держат нагрев свыше 100 градусов и повышенное давление, а внутренняя поверхность остаётся чистой даже после нескольких лет эксплуатации.
Алюминиевые и биметаллические радиаторы хорошо сохраняют тепло
Это важно! Объём и количество секций подбирают, исходя из такого правила: на 1 кВт установленной мощности должно быть 8–10 литров жидкого теплоносителя. Излишнее количество жидкости не улучшит обогрев в доме, а вот затраты на её нагрев будут выше.
Информация об объёме секций радиаторов указывается на упаковке, а объём жидкости, циркулирующей по трубам, находят по формуле: V=S*L (м3 или литры), где V – общий объём, S – площадь поперечного сечения трубы, L – суммарная длина всех труб системы отопления.
Электродные котлы малой и средней мощности хорошо зарекомендовали себя для отопления помещений площадью до 100 м2. При этом они могут работать от общедоступной сети 220 В, а предельная сила тока не превышает 20 А. Такие устройства идеально подойдут для отопления загородного дома или гаража. Изготовленный самостоятельно котёл и теплоноситель принесут значительную экономию, а по своим эксплуатационным характеристикам не будут уступать фирменным изделиям.
Видео: электродный электрокотёл своими руками
Единственное ограничение на эксплуатацию электродных котлов – это замерзание жидкости при минусовых температурах. Использовать антифриз запрещается, а водно-солевой раствор превратится в лёд уже при минус 4–5 градусах.