Постройка электрокотла для отопления частного дома своими руками

Печка как обязательный атрибут частного дома уже практически не используется — центральным элементом является котел на твердом, жидком либо газообразном топливе.

Конструктивные особенности электрических приборов

Самодельный котел – это емкость, в которую встроен ТЭН. С помощью этого трубчатого электронагревательного прибора производится нагрев теплоносителя, который заливается в систему отопления дома. Изготовить емкость можно из металлических листов толщиною 4-5 мм. Или можно использовать любой металлический резервуар определенных размеров.

Оптимальный вариант – труба с толщиною стенки не меньше 6 мм. Необходимо обратить внимание на ее размеры. Считается, что чем меньше объем нагреваемого теплоносителя, тем меньше расходов на потребление электроэнергии. Поэтому труба диаметром 219 мм и длиною 0,5 м подойдет для организации отопления в доме с двумя или тремя комнатами.

Внимание! Проводить сборку самодельного котла своими руками непросто. Здесь необходимы навыки работы со сварочным аппаратом не на уровне любителя. Прочность и надежность сварочных швов – это гарантия безопасности самого электрического прибора и системы отопления в целом.

Типы устройств

Наибольшее распространение получили три типа конструкций:

  • электрокотлы, оборудованные ТЭНами;
  • индукционные устройства;
  • электродное оборудование.

Рассмотрим подробно каждый из перечисленных выше типов.

Оборудование с термоэлектрическими нагревателями (ТЭН)

Принцип работы такого котла практически такой же как у обычного электрического чайника. То есть, при помощи ТЭНов происходит нагрев теплоносителя (в его роли выступает вода), который циркулирует по отопительной системе. На рисунке показано упрощенное устройство таких установок.

Упрощенная схема водяного электрокотла с ТЭНом

Обозначения:

  • А – модуль автоматического стравливания воздуха;
  • В – корпус теплообменника;
  • С – термоэлектрический нагреватель (ТЭН);
  • D – насос, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя в системе;
  • Е – выходной патрубок;
  • F – входной патрубок.

Электрокотел такого типа, а также блок управления к нему (автоматика регулирующая работу ТЭНов), несложно сделать своими руками, чертежи и схемы будут представлены в последнем разделе статьи.

Заметим, что у подобных устройств имеется существенный недостаток, который проявляется в накоплении накипи на электронагревательных элементах. Из-за этого существенно снижается теплоотдача, что ведет к увеличению потребления электроэнергии.

Индукционные устройства

Индукционный котел нагревает теплоноситель, используя для этого такое явление, как электромагнитная индукция. По сути, это трансформатор, который имеет специальную конструкцию, показанную на рисунке.

Котел индукционного типа

Обозначения:

  • А – блок управления, например, термостат капиллярный;
  • В – коробка, закрывающая клеммы;
  • C – патрубок для поступления теплоносителя;
  • D – индукционная катушка (первичная обмотка);
  • E – теплообменники;
  • F – парубок для выхода теплоносителя.

Первичная индукционная катушка размещается в отсеке, изолированном от теплоносителя. В качестве вторичной обмотки может использоваться трубопровод или короткозамкнутый сердечник, который нагревает воду (или другой теплоноситель), циркулирующую через него.

Характерные особенности индукционных нагревательных котлов:

  • отсутствие термоэлектрических нагревательных элементов существенно увеличивает КПД устройства;
  • применение высокочастотных токов повышает эффективность конструкции;
  • в процессе эксплуатации практически не возникает образование накипи;
  • подобные конструкции отличаются высокой степенью безопасности.

К факторам, сдерживающим широкое распространение индукционных котлов, следует отнести их  высокую стоимость (цена на аналоги других типов существенно ниже), помимо этого у таких устройств большие габариты.

Электродные установки

В моделях данного типа нагрев теплоносителя происходит за счет применения электролиза. Устройство такого электрокотла отображено на рисунке.

Простой экономный электродный нагреватель

Обозначения:

  • А – электрод, к которому подключается фаза;
  • B – электрод для подключения нулевого провода (соединен с корпусом трубы);
  • С – защитное заземление (подключается к корпусу);
  • D – корпус устройства.

Обратим внимание, что электроды такого устройства не играют роль нагревательных элементов. Нагрев теплоносителя происходит за счет процесса электролиза, то есть при прохождении через теплоноситель электроэнергии.

На электродах практически не образуется осадок, поскольку их полярность регулярно изменяется с частотой 50 Гц.

Говоря о электродных котлах, следует отметить их небольшие размеры, а также плавный выход на необходимую мощность.

Что касается недостатков, то существенный из них —  использование в отопительной системе подготовленного теплоносителя с определенным удельным сопротивлением. Помимо этого в процессе эксплуатации электроды постепенно растворяются, что требует их регулярной замены.

Выбор мощности электрического котла на В

Однофазные электрокотлы редко используются в качестве основного отопления дома, так как их мощность для этого, чаще всего, недостаточно. Разве что дом небольшой. В среднем принято считать, что для отопления 1 м2 площади дома необходимо 0,1 кВт тепловой мощности котла. Но этот показатель может значительно изменяться, в зависимости от теплоизоляции наружных конструкций дома и региона проживания.

Чаще же всего, электрические котлы на 220 В используют в качестве дополнительного отопления, включая их параллельно газовому или твердотопливному котлу, используя, когда основной источник тепла не работает, например, в ночное время, когда тариф на электроэнергию минимальный (правда, воспользоваться низким тарифом можно только, если установлен тарификационный электросчетчик). В этом случае, может быть вполне достаточно мощности электрокотла 1,5-3 кВт, которая также зависит от размеров дома.

Читайте также:  Дымоходы для газового котла в частном доме: как выбрать и установить?

Расчет мощности котла отопления по площади

Для приблизительной оценки требуемой производительности теплового агрегата достаточно площади помещений. В самом простом варианте для средней полосы России считают, что 1кВт мощности может обогреть 10м 2 площади. Если у вас дом площадью 160м2, мощность котла для его обогрева — 16кВт.

Эти расчеты приблизительны, ведь не учитывается ни высота потолков, ни климат. Для этого существуют выведенные опытным путем коэффициенты, при помощи которых вносятся соответствующие корректировки.

Указанная норма — 1кВт на 10м 2 подходит для потолков 2,5-2,7м. Если у вас потолки в помещении выше, нужно вычислять коэффициенты и пересчитывать. Для этого высоту ваших помещений делим на стандартную 2,7м и получаем поправочный коэффициент.

Расчет мощности котла отопления по площади — самый простой способ

Например, высота потолков 3,2м. Считаем коэффициент: 3,2м/2,7м=1,18 округляем, получаем 1,2. Выходит, что для обогрева помещения 160м 2 с высотой потолков 3,2м требуется отопительный котел мощностью 16кВт*1,2=19,2кВт. Округляют обычно в большую сторону, так что 20кВт.

Чтобы учесть климатические особенности есть уже готовые коэффициенты. Для России они такие:

  • 1,5-2,0 для северных регионов;
  • 1,2-1,5 для подмосковных регионов;
  • 1,0-1,2 для средней полосы;
  • 0,7-0,9 для южных регионов.

Если дом находится в средней полосе, чуть южнее Москвы, применяют коэффициент 1,2 (20кВт*1,2=24кВт), если на юге России в Краснодарском крае, например, коэффициент 0,8, то есть мощность требуется меньше (20кВт*0,8=16кВт).

Расчет отопления и подбор котла — важный этап. Неправильно найдете мощность и можете получить такой результат…

ТЭНовые котлы

Классические водонагревательные устройства, основа которых – ТЭН (аббревиатура от «тепловой электрический нагреватель»), металлическая трубка, которую заполняют кварцевым песком или иным керамическим изолятором. Внутри укладывают нихромную или вольфрамовую спираль, концы которой для надежности приваривают к металлическим контактам, на которые подается напряжение 220 В. Классический вариант ТЭНа имеет форму латинской буквы U, напряжение подается на два контакта, расположенные на концах устройства. Более современные варианты ТЭНа выпускаются в виде трубки (стержня) из нержавеющей стали, имеющим всего один контакт, в роли второго используется корпус ТЭНа

Примеры классического (вверху) и современного (посредине) ТЭНов

Рабочая область котла – это бак, в котором находится теплоноситель, в который, в зависимости от требуемой мощности, погружен один или несколько ТЭНов. При этом совершенно не принципиально, как будет располагаться бак – он одинаково эффективен как при горизонтальном, так и при вертикальном размещении. При включении напряжения 220В коммутируются одновременно все ТЭНы, система работает на максимум, а при достижении требуемой температуры, заданной владельцем дома, интенсивный нагрев прекращается и периодически включается один из ТЭНов, поддерживая заданную температуру.

Чем привлекают ТЭНовые котлы:

  • надежность – выпуск электрокотлов ТЭНового типа освоен уже достаточно давно, поэтому технология их производства хорошо отработана, что позволяет выпускать (и отзывы это подтверждают) качественное теплооборудование

ТЭНовый котел на кухне загородного дома

Электрический проточный водонагреватель

  • разнообразие моделей – сегодня на рынке можно подобрать и купить модель практически любой мощности (на 220 или 380 В), как одно- , так и двухконтурный котел. Есть варианты, при которых двухконтурный котел летом может использоваться только для подготовки горячей воды
  • если сравнивать цены, то это наиболее доступный вариант из всех типов электрических котлов
  • компактность – все необходимое оборудование – собственного котел, циркуляционный насос, блок управления (контролирует давление воды и температуру) может быть размещено в небольшом ящике, который можно разместить, например, в прихожей или на кухне (рис. 2)
  • ремонтнопригодность — при выходе из строя, ТЭН легко купить и заменить

Рис. 2. Пример компоновки ТЭНового котла

ТЭНовый котел. Вид изнутри

Недостатки:

  • со временем снижается мощность нагрева ТЭНа, за 3-4 года она может стать меньше на 15-20%
  • образование накипи (отложений) на ТЭНе, поэтому лучше в системе использовать специально подготовленную (дистиллированную) воду

Электрический котел с системой фильтрации воды прослужит на много дольше

  • высокая инерционность – системе потребуется достаточно много времени (особенно если система отопления большая), чтобы прогреть весь объем воды

Подключение к электросети

Перед тем как приступить к выполнению данных работ, следует внимательно изучить инструкцию по эксплуатации теплогенератора. В ней указывается минимальное сечение силового кабеля, которое надо обязательно выдержать, точки и схемы подключения. В том случае, когда по каким-либо причинам эта информация отсутствует, для определения сечения жил можно воспользоваться таблицей:

Еще один важный момент, который надо учесть при подключении нагревателя к электросети своими руками. В схеме включения силовой цепи котла в домовую сеть обязательно надо предусмотреть устройство защитного отключения (УЗО) и автоматические выключатели соответствующих номиналов. Это прямые требования ПУЭ, цель которых – обезопасить оборудование и людей от поражения электрическим током. Типовая схема подсоединения показана на рисунке:

Помимо включения в электросеть, при монтаже индукционных и электродных теплогенераторов нужно поставить выносной блок управления и датчики температуры, после чего проложить между ними провода. Эти работы следует выполнять в соответствии со схемой в техническом паспорте нагревателя.

Важно! Не забудьте перед производством работ отключить напряжение в домовой сети!

Электрокотел собственного производства

Прелесть электроустановки в том, что, не имея возможности обзавестись промышленным образцом, можно изготовить его своими руками. Понадобится схема разводки циркуляционного контура, знание позиции котла в этой схеме и способа его монтажа с дальнейшим подключением.

Эта информация даст четкое представление о форме, габаритах и конфигурации патрубков обвязки.

Читайте также:  Геотермальная система обогрева: что это и как работает

Механомонтажные работы

Зная принцип работы системы отопления, самостоятельное изготовление котла не вызовет сложностей. Основой корпуса будет толстостенная стальная труба нужного диаметра и длины. Эти параметры определяются линейными размерами ТЭНов, к тому же стоит учесть место монтажа и конфигурацию всей системы. Поэтому начиная работу необходимо иметь ТЭНы либо знать их замеры.

К одному из торцов приваривается предварительно подготовленный по размеру и подходящий по толщине лист металла. На другой край сосуда подбирается фланец. Резьбовые соединения не отличаются надежной герметизацией, поэтому фланец будет приварен встык, если внутренний диаметр фланца равен внутреннему диаметру корпуса. Если же он равен внешнему диаметру сосуда, то приваривается вровень с верхней поверхностью фланца. Исходя из размеров крепежа, подбирается ширина фланца, но не менее 30 мм.

Крышку для будущего котла нужно сделать из такого же материала и по тем же размерам, что и фланец. Получится торцевая заглушка для фланцевой пары. На крышке и фланце должны быть равномерно высверлены отверстия для крепежа. При толщине листа от 3,5 мм требуется минимум 6 отверстий. Когда все подготовительные работы проведены, нужно приварить фланец к колбе.

Монтаж нагревателей и обвязка

Для монтажа ТЭНов в крышке нужно сделать отверстия соответствующих размеров. ТЭНы вставляются поверхностью нагрева внутрь котла на паронитовую прокладку и обтягиваются снаружи крепежной гайкой с уплотнительной шайбой. При монтаже крышки обязательно вставьте прокладку нужного размера. Ее можно вырезать из камеры автомобиля, но резина не лучший вариант уплотнителя, работающего при высоких температурах.

Прокладка, вырезанная из паронита, даст необходимое механическое уплотнение и не изменит своих свойств во время нагрева. Отверстия под крепеж на крышке и фланце должны быть отцентрированы и полностью совпадать.

Проще всего добиться этого одновременным сверлением обеих деталей, крепко зафиксированных относительно друг друга.

Самодельные отопительные электрокотлы позволяют разместить патрубки ввода и вывода теплоносителя на корпусе так, чтобы максимально удобно подключить его к системе отопления. После этого на котле в нужных местах делаются врезки раструбов прямой и обратной воды. На отводах метчиком делают резьбу для монтажа запорной арматуры. Это позволит в дальнейшем исключать котел из системы, не опорожняя ее для ремонта или чистки.

Для сборки обвязки котла понадобятся сгоны, муфта и контргайки, но можно обойтись краном с разъемным соединением на накидной свободно вращающейся гайке. Такое соединение называется «американка». После проведения гидроиспытаний (опрессовка сосуда водой) и устранения течей можно переходить к электрической части проекта.

Электротехнические работы

Они сводятся к правильной сборке электросхемы подключения нагревательных элементов к электросети дома. Нулевой контакт через клеммы соединяется с одним проводом всех вставленных в котел ТЭНов. Сечение провода должно выдержать нагрузку от одновременно включенных ТЭНов.

Фазовый контакт соединяется с проводом каждого ТЭНа через индивидуальное защитное устройство (автомат). Автомат должен соответствовать предельно допустимому значению величины тока проходящего через один нагреватель. Сечение силового провода должно выдерживать нагрузку, возникающую от одновременной работы всех ТЭНов.

Сэкономить на ТЭНах со встроенным реле не получится, так как они быстро ломаются из-за постоянного срабатывания. Оно происходит от изменения температуры воды в котле и не согласуется с температурой в помещении. Из соображений электробезопасности все оголенные провода и соединения нужно своими руками заизолировать и спрятать в пластиковый щиток либо коробок, для ограничения открытого доступа к ним.

Подключение

Если рассматривать такое оборудование, как отопительные электрокотлы с точки зрения пожарной безопасности, то, отметим, что они не несут никакой опасности для человека. Ни при каких условиях электрокотел не может стать причиной возгорания деревянного дома. Однако имеются нюансы, о которых следует знать. При расчете проводки во внимание необходимо принимать мощность отопительной установки. Если её сечение будет меньше, чем требуется для вашего оборудования, то она будет греться. А это уже небезопасно и для дома, и для людей, проживающих в нем.

При определении оптимального сечения провода исходят из расчета: 8А на 1 мм2 сечения. Если в дом будет установлен отопительный котел 6 кВт, то минимальная величина сечения провода, ведущего к нему, не должно быть меньше 3,4 мм2.

Водяной теплый пол является оптимальной системой отопления для электрокотла. Среди всех установок, предназначенных для обогрева помещений, электрокотел для отопления частных домов – самый дорогой класс. В 3-4 рубля обходится кВт*ч тепловой мощности при работе этого оборудования. Располагая агрегат в нижней части помещения, можно обеспечить наиболее эффективное применение подведенного тепла.

Нюансы монтажа

Прежде всего, следует сказать, что существует два типа систем с электрическим теплогенератором:

  1. С естественным давлением на теплоноситель ( располагается внизу цепи).
  2. С принудительной циркуляцией (видео с подробным разбором установки насоса вы можете найти на сайте). Возможно расположение котла в любой точке цепи (за исключением самой высокой).

Многие владельцы частного дома устанавливают не один, а два электрокотла , «на всякий случай». Если резервное устройство работает не на всю мощность, то монтаж электрического котла производится параллельно, так, чтобы оба генератора работали с одинаковой силой.

Читайте также:  Водяное отопление в частном доме: схемы для дач и коттеджей

Обзор видов электрических котлов

Подключенный к сети отопления электрический котёл

По форме, размерам, конструкции и мощности электрокотлы неодинаковы. Поэтому каждый производитель приборов для отопления устанавливает на них свою цену. Во многом на стоимость и качественные характеристики электрического котла влияет и его вид по способу нагрева теплоносителя. Так, приборы отопления бывают ТЭНовыми, электродными и индукционными.

«За» и «против» ТЭНового электрокотла

В ТЭНовых электрических котлах за подачу тепла отвечают металлические трубки. Такие приборы можно повесить на стену или ставить на пол. Преимуществ у них немало:

  • Стоят сравнительно недорого;
  • Устанавливаются просто;
  • Вместо воды, в них можно заливать другой теплоноситель — антифриз;
  • Оснащены системой ступенчатой регулировки мощности.

Но у ТЭНовых электрокотлов обнаруживаются и некоторые недостатки:

  • Из-за жёсткой воды металлические трубки прибора покрываются накипью, что со временем отражается на его работе;
  • Случается, что ТЭНы выходят из строя, и встаёт вопрос об их срочной замене.

Оценка электродного

Электродный или, по-другому, ионный электрический прибор отопления функционирует за счёт прохождения через теплоноситель переменного тока. Он схож с ТЭНовым электрокотлом тем, что может быть однофазным и трёхфазным. Но у него есть немало особых преимуществ:

  • Температура теплоносителя увеличивается без использования ТЭНов;
  • Приемлемая цена, несмотря на большую эффективность прибора в преобразовании энергии;
  • Небольшие габариты;
  • Прибор застрахован от поломки в случае, если из системы отопления вытечет вода;
  • Отложения солей на электродах хоть и ухудшают работу котла, но не приводят его в негодность;
  • Быстрый нагрев воды в системе отопления с возможностью автоматического регулирования этого процесса;
  • На работу прибора не влияют скачки напряжения электричества.

Но стоит принять во внимание, что электродный прибор отопления не лишён недостатков:

  • В такой котёл нельзя заливать никакой другой теплоноситель, кроме специального, стоимость которого велика;
  • Его нужно оснащать надёжным заземляющим устройством, отчего к нему нельзя применять защитное отключение;
  • Электролиз постепенно ухудшается, в результате чего происходят изменения в теплоносителе и изнашиваются сами электроды;
  • В месте установки котла требуется ставить вентиляционные решётки, так как в процессе электролиза образуется газ;
  • Мощность этого котла сложно плавно регулировать.

Плюсы и минусы индукционного

Индукционный прибор отопления использует свойство ферромагнетика — увеличивает температуру теплоносителя благодаря индукционному току. Этот электрокотёл нагревает воздух быстро, а выглядеть может по-разному, и поэтому имеет неодинаковые качественные характеристики. В числе преимуществ индукционного электрического котла нужно отметить следующие:

  • Внутри котла почти не оседает накипь, так как при его работе осуществляются особые микровибрации;
  • Прибор может бесперебойно функционировать много лет, причём его КПД не снизится;
  • Нагревательный элемент электрокотла не портится и не нуждается в замене.

К недостаткам индукционных электрических котлов относят:

  • Высокую стоимость по сравнению с ТЭНовыми и электродными котлами;
  • Большой вес (более 30 кг);
  • Недостаточную апробацию, так как их стали производить недавно.

Трехфазные котлы

Если водонагреватель характеризуется мощностью более 12 киловатт, то он работает уже от трехфазной электрической сети. Это производительные, компактные и бесшумные модели. В основном выпуск таких приборов осуществляется двух типов:

— Электродные. В данном случае процесс нагрева теплоносителя осуществляется посредством воздействия электрического тока непосредственно на теплоноситель. У трехфазного оборудования в этом плане имеется существенное преимущество: жидкость нагревается максимально быстро. Трехфазный котел можно устанавливать в системах закрытого типа с принудительной циркуляцией.

— Индукционные. В этом случае за нагрев отвечает созданное магнитное поле. Сердцевина котла выполнена в виде медной обмотки, аналогично трансформаторной. Этот тип оборудования функционирует за счет преобразования токов – постоянного и переменного. В качестве недостатков таких котлов можно назвать значительный вес и высокую стоимость. Однако у трехфазных моделей самые низкие показатели расхода электрической энергии, и именно поэтому это довольно популярные электрические котлы отопления. Как выбрать такое оборудование, становится понятно, если использовать ранее написанную формулу.

Для подключения трехфазного котла требуется проведение отдельной ветки с напряжением 380 В. Если вы проживаете в частном секторе, то получение разрешения на это не составит труда. Сложнее оформить документы на переоборудование квартиры и проведение в нее отдельной ветки напряжения. Хоть это и экономичный электрический котел отопления, установить его смогут только профессиональные электрики. Вы не сможете самостоятельно произвести все необходимые работы.

Трубы для электрических котлов

Вопрос выбора труб для отопления достаточно важен и всегда требует массы усилий. Впрочем, установка электрического котла в частном доме особых требований к трубам не предъявляет – вполне можно использовать те же металлические, пластиковые и металлопластиковые трубы, которые используются для обустройства любых отопительных систем.

Трубы для электрических котлов

Нюансы возникают только при использовании полипропиленовых труб:

  1. Монтаж электрического котла отопления своими руками возможен только при использовании труб, армированных алюминиевой фольгой – данный материал компенсирует температурное расширение трубы при нагреве и снизит его в несколько раз. Очень важно, чтобы подключение электрокотла к системе отопления выполнялось специалистом.
  2. Длинные прямые отрезки трубопровода нужно обязательно оборудовать компенсаторами. Подойдут компенсаторы любого типа – П-образные, кольцевые и сильфонные. Данные элементы предотвратят изгиб труб при прохождении через них разогретого теплоносителя.
  3. Крепить прямые участки трубопровода можно только подвижными креплениями, например, скользящими хомутами.
  4. При прокладке труб в стенах штробы нужно делать с небольшим запасом – это позволит предотвратить разрушение заделки штроб при расширении трубопровода.