Электрическое отопление дома

 

Какие обогреватели не подходят для системы отопления

Иногда можно встретить несправедливую критику в адрес некоторых типов отопительных приборов. Эти приборы критикуют не за недостатки, которые действительно у них есть, а за выдуманные. Однако, в конце критики делаются правильные выводы: эти приборы можно использовать только как дополнительные обогреватели, и построить экономичную систему отопления с их помощью невозможно.

Масляный радиатор

Считается не очень экономичным – критики утверждают, что его не стоит использовать в качестве обогревательного прибора из-за высокого расхода электроэнергии и низкой отдачи тепла. Однако именно у этого типа устройств один из самых высоких КПД – около 98%. Это означает, что практически всю электрическую энергию оно преобразует в тепло (закон сохранения энергии еще никто не отменял), а небольшие потери в 2% приходятся на сопротивление внутренних стенок радиатора теплоносителю.

 

Да, он инерционный – долго нагревается, но и долго остывает.

На заметку! Соответственно, при использовании масляного радиатора будет долго прогреваться помещение, в котором он используется.

Но это свойство всех батарей, в том числе и водяного отопления, у которых основной способ передачи тепла – это излучение, которое работает медленно.

Главный недостаток – «грубая» регулировка мощности и применение механических термостатов. А такое неточное управление температурными режимами делает масляный радиатор неэффективным при попытке оптимизировать расходы на отопление электричеством в частном доме. И еще, у него довольно высокая температура корпуса при работе на полную мощность, что опасно, если в доме есть маленькие дети.

В защиту масляных радиаторов скажем, что это все-таки устройства для временного локального обогрева и от них никогда не требовалась высокая энергоэффективность.

Тепловентилятор

Про тепловентилятор часто пишут, что он сжигает кислород. Но «сжигание кислорода» не что иное, как процесс окисления (горения), а максимум, что может сгореть при довольно невысокой температуре спирали – это органическая пыль в воздухе. Поэтому говорить о сжигании кислорода (все-таки не дрова горят) некорректно, так как этот незначительный объем должен восполняться в результате обязательной вентиляции помещения.

КПД такого прибора немного ниже, чем у масляного радиатора (часть электроэнергии уходит на работу вентилятора), но не очень сильно отличается, если учитывать что мощность двигателя самого вентилятора небольшая (около 50 Вт из общих 1 или 2 кВт). Достоинство – очень быстрый прогрев помещения. Недостатки – постоянный уровень шума (пусть и незначительный) и перенос пыли по всему помещению. А главный недостаток у этих бытовых приборов – ручная регулировка мощности и призрачная возможность создания на основе тепловентиляторов автоматизированной системы отопления.

Поэтому еще раз необходимо подчеркнуть, что основная причина из-за которой какие-то виды электрических обогревателей не подходят для отопления дома – это не КПД (он почти у всех выше 95%), а невозможность автоматизации управления системой. Именно этот фактор не позволяет оптимизировать работу системы отопления, а без этого сделать обогрев дома электричеством дешево – невозможно.

Эффективные способы отопления электричеством

Отопление электричеством в частном доме имеет основные преимущества  перед всеми другими – это простые и точные методы контроля и регулирования работы всех узлов и элементов. Даже датчики и отображение информации о рабочих режимах точнее, чем у оборудования на других видах энергоносителей.

Когда речь идет не просто о локальном обогреве, а о СИСТЕМЕ отопления, то это значит следующее:

1. Отопление работает не только когда в доме кто-то есть (поэтому печь дровяная - это не система ).
2. Можно управлять системой (настраивать, регулировать) в том числе удаленно. Поэтому просто включенный в розетку масляный радиатор или тепловентилятор - это не система отопления.

Индивидуальное электроотопление частного дома имеет пять вариантов систем обогрева:

• автономные системы водяного отопления на основе электрических котлов:
• безынерционные системы отопления;
• использование инфракрасных керамических обогревателей;
• электрические конвекторы с электронными термостатами;
• электрические конвертеры с инверторными термостатами.

Все эти системы могут быть адаптированы в систему «умный дом», и управляться в удаленном режиме.

Отопление электрическим котлом

Это классическая схема системы автономного отопления. Есть два варианта нагрева теплоносителя – косвенный и прямой.

Электрические котлы косвенного нагрева бывают двух типов: ТЭНовые и индукционные.

Устройство и принцип работы ТЭНовых котлов довольно просты – есть нагревательная спираль, заключенная в герметичную металлическую оболочку с диэлектрическим теплопроводным наполнителем, тепло от спирали через наполнитель передается на поверхность оболочки ТЭНа, с которой контактирует теплоноситель системы отопления.

Индукционные котлы появились для бытовых систем отопления относительно недавно. Их принцип действия заключается в свойстве металлов нагреваться под воздействием переменного магнитного поля. Сам нагревательный элемент представляет собой индуктивную катушку с сердечником из ферромагнитного сплава, через «вторичную обмотку» которой проходит теплоноситель.

Особенность электрических котлов прямого нагрева в том, что вода выступает не только теплоносителем, но и является частью электрической схемы – через нее проходит переменный ток между электродами. Откуда и название котлов – электродные.

Каждый тип котла имеет свои недостатки. У ТЭНовых образуется накипь, которая ведет к снижению полезной мощности и ресурса котла. Индукционные – довольно дороги, громоздки и имеют «ступенчатую» регулировку мощности. Электродные имеют жесткие ограничения по качеству и составу воды, которая должна иметь определенное удельное электрическое сопротивление переменному току.

Ну а главный недостаток отопления загородного дома электрическим котлом – наличие самого теплоносителя и «громоздкая» система циркуляции из труб и батарей. Обустройство такой системы требует затрат, а КПД по сравнению с электрическими обогревателями прямого действия может быть меньше, если применяют циркуляционные насосы.

Электрические безынерционные системы отопления

Внешне это стильная керамогранитная отопительная панель, в общем похожая на своих собратьев класса керамических электрообогревателей.

Но под корпусом у нее настоящее технологическое чудо: нагревательным элементом является не традиционный ТЭН или нить накаливания, приклеенная цементом к плите, а запатентованный графеново-полимерный состав, который тонким слоем наносится на тыльную сторону керамогранита, частично проникает в его структуру, образуя антивандальное соединение с выстроенной в нем непрерывной матричной структурой графеновых нанотрубок. Графен же выполняет работу по преобразованию электрической энергии в тепловую и ее последующей передаче окружению принципиально иначе других проводников, на ином качественном уровне квантовых физических процессов.

Именно благодаря такому инновационному нагревательному элементу безынерционные отопительные панели получили свои отличительные свойства высокоэффективности и экономичности.

Для примера, безынерционная панель марки CALDOtech СТ-120 потребляет не более 550 Вт, при этом она способна эффективно отапливать до 20 кв.м. жилого помещения, работая в среднем до 8 часов в сутки. При таких показателях дом в 200 кв.м. можно укомплектовать отопительными приборами с суммарной максимальной потребляемой мощностью до 6,5 кВт. Вот почему это не просто обогреватели для догрева, а полноценная система отопления для загородного дома, на который выделяется как правило не более 15 кВт мощности электросети. Такая система отопления не перегрузит сеть, будет “дружить” с освещением и другими электроприборами в доме, а средний чек за электричество, потраченное на отопление 200 кв.м. дома в зимний период, не превысит 7-8 тысяч рублей.

Такое решение избавляет домовладельца от ряда проблем, связанных организацией традиционного водяного отопления с электрическим котлом:

• не нужен сложный проект инженерных систем с оборудованием, требующим постоянного внимания, профессионального монтажа, настройки и постоянного техобслуживания;
• вместе с котельным оборудованием и трубами уходят аварийные риски пожара, разрыва труб, затопления кипятком, безопасность вашего жилища повышается, что особенно актуально, если в доме живут дети;
• безынерционные отопительные панели просты в монтаже (это работа для любого электрика) и не требуют обслуживания. При этом срок их службы - 25 лет, и 5 лет гарантии производителя.

Хоть это и не обязательно (безынерционные отопительные панели укомплектованы кабелем с вилкой и готовы к использованию прямо из коробки), максимальный эффект от их использования достигается в синергии с системой “умного дома”. Так, система отопления CALDOtech совместима с большинством торговых марок “умных” гаджетов и встраивается в любую экосистему, будь то Умный дом с Алисой от Яндекса, Google home, Mi home, Smart life или любую другую. Просто подберите себе комплект термодатчиков и умных выключателей/розеток/реле/автоматов, совместимых с тем приложением, которым вы уже пользуетесь, или выберете “умный дом” на свой вкус, потребности и кошелек. Это позволит вам:

• тонко настроить сценарии автоматизации управления отоплением, чтобы система подстраивалась под нужный температурный режим, заданный временной график или ориентировалась по присутствию или отсутствию людей в доме;
• установить индивидуальные режимы для каждого помещения исходя из особенностей его использования или предпочтений обитателей;
• контролировать ваши затраты электроэнергии на отопление;
• дистанционно проверять работу системы, включать и выключать ее в случае необходимости.

Ну и завершить этот обзор стоит двумя “фишками” безынерционных систем:

1. Экологичность

• равномерно прогревая помещение, система создает здоровый микроклимат, не поднимает конвективным потоком пыль и препятствует образованию плесени и патогенных микроорганизмов;
• в процессе работы приборы не выделяют никаких веществ в атмосферу, и даже не излучают электромагнитного поля, которое обычно бывает у всех электрических приборов.

1. Стильный дизайн

• прибор смотрится как декоративная панель и впишется в любой интерьер. Модельный ряд позволяет выбрать панели различных размеров, в основных популярных цветах керамогранита и корпуса. А если у вас особый дизайн-проект, компания CALDOtech принимает заявки на производство партии по индивидуальному заказу, предлагая выбор из более чем 600 расцветок керамогранита, способных удовлетворить даже самый взыскательный вкус.

Инфракрасные обогреватели

Есть несколько видов обогревателей, использующих в качестве передачи тепловой энергии излучение (радиацию). При использовании любого из них надо учитывать, что излучением в первую очередь нагреваются предметы, стоящие на пути инфракрасного излучения, а затем от них, за счет вторичной конвекции, греется воздух.

Есть три принципиально разных по устройству типа инфракрасных обогревателей:

• рефлекторы, у которых спираль накаливания заключена в колбе из кварцевого стекла;

• панельные – в керамической монолитной плите «запаян» ТЭН;

• пленочные – с карбоновым напылением на полимерной пленке.

Отопление дома электричеством первого типа тип относится к обогревателям, работающим в коротковолновом диапазоне ИК излучения. 

Такие устройства можно использовать как дополнительный обогреватель, но не в качестве базового элемента системы отопления частного дома электричеством. 

Недостатки – самый низкий КПД (за счет видимой части излучения), отсутствие точной регулировки температуры и высокая температура корпуса.

Второй тип прибора работает в мягком длинноволновом диапазоне. Максимальная температура керамической панели не превышает 90°C, но на корпусе она еще ниже. Есть два типа управления – механический и электронный термостат. Первый вариант предполагает ручное управления и его точность невысока. С помощью электронных термостатов можно выставлять температуру с точностью до 1°C.

Особенность пленочных обогревателей в том, что они нагревают не воздух, а предметы в зоне излучения (а предметы потом воздух). Поэтому их нецелесообразно использовать дома как основную систему отопления. Зная это свойство нагревательных пленок можно использовать их в нужном месте – где человек находится непосредственно в это время, на открытых верандах, гаражах. Включил, и сразу тепло, уходя – выключил, чтобы не греть улицу или гараж в котором никого нет.

Устанавливать пленки в спальне некомфортно: если вы в зоне действия нагревателя – то будет жарко, если не в зоне, то холодно. Оптимальный вариант – использовать их в составе теплого пола – это наиболее комфортно человеку, когда ноги в тепле, а голова в прохладе. Управление работой происходит в автоматическом режиме с помощью пары «датчик температуры-термостат».

Энергосберегающее отопление на основе инфракрасно-конвективных обогревателей

Это современные обогреватели, которые обладают двойным способом теплоотдачи: естественная конвекция плюс инфракрасное излучение. Такой способ теплоотдачи экономично расходует электроэнергию. И на сегодняшний день считается наиболее эффективной разновидностью конвекторов.

Не многие бренды производят инфракрасно-конвективные обогреватели, так в России наибольшую популярность имеют энергоэффективные конвекторы КОУЗИ. От простых конвекторов они отличаются именно тем, что соответствуют критериям основного отопления, а именно: пожаробезопасность, т.е. такие обогреватели можно безнадзорно использовать в течении длительного времени. Они не нуждаются в ежегодном обслуживании, а потребление электроэнергии у них ниже чем у обычных конвекторов.

Энергоэффективность КОУЗИ достигается за счет увеличенной площади рассеивания тепловой энергии.

КОУЗИ имеет монолитный нагревательный элемент, который расположен по всему периметру корпуса. Если сравнить конвектор КОУЗИ с обычными ТЭН-овыми конвекторами, у которых нагревательный элемент расположен только в нижней части прибора, и теплосъем происходит только с 1/10 части корпуса, при этом у КОУЗИ выделение тепла происходит со 100% поверхности и прибора, а дополнительная конвекция ускоряет прогрев воздуха. Таким образом, где обычный конвектор потребляет 1000 Вт на площадь 10 М2, КОУЗИ потребит в 2 раза меньше электроэнергии - 450 Вт! 

Немаловажный факт, что высокотемпературный нагревательный элемент, к которым относится ТЭН имеет очень маленький срок службы, около 3х лет, а монолитный нагревательный элемент имеет температуру ниже 90 градусов, что продлевает срок службы до 30 лет! При этом монолитный нагревательный элемент не сушит воздух, не создает циркуляцию пыли и абсолютно безопасен как для детей, так и для людей склонных к аллергическим реакциям. 

Все это делает инфракрасно-конвективные обогреватели идеальной альтернативой привычному газовому отоплению.

Конвекторы

Конвектор представляет собой металлический корпус определенной конструкции с впускным и выпускным отверстием для создания эффекта конвекции воздуха. Внутри конвектора находится нагревательный элемент. Нагревательные элементы бывают нескольких типов (в порядке технической эволюции): игольчатые с нитями накаливания, ТЭНы, Х-образные монолиты, и монолиты с «чешуйками» – Hedgehog. Впускной канал закрывается различного рода фильтрами для защиты от пыли, выпускной - декоративной решеткой для защиты от попадания мелких предметов и более равномерного распределения нагретого воздуха.

Корпус конвектора не только служит защитой нагревательного элемента, но и увеличивает скорость восходящего потока. За счет этого, при одинаковой мощности, обогрев помещения происходит быстрее, чем от батареи водяного отопления.

У конвекторов есть три вида термостатов – механические, электронные и в последнее время – инверторные.

Механический и электронный термостат – это термореле, которое включает и выключает конвектор в зависимости от установленной на нем температуры. В механике температура устанавливается ручным регулятором, часто «на глаз», в электронном термостате – сенсорными кнопками с цифровой индикацией значения температуры.

Инверторный термостат (блок управления) в отличие от механического и электронного термостата, которые работают в режиме вкл/выкл, управляет работой конвектора по иному принципу – с автоматическим изменением мощности нагрева, что позволяет достичь высоких показателей энергоэффективности. Такая экономия может достигать 40-70% электроэнергии, по сравнению с привычным всем on/off конвектором.

Причина этой экономии в таком понятии как гистерезис: это разница температур, при которой термостат включает прибор и выключает. Конвекторы с механическим или электронным термостатом включаются и выключаются не при точном достижении установленной температуры, а с заранее предусмотренной производителем погрешностью. Это делается для того, чтобы обогреватель не включался и выключался с высокой частотой (чем меньше гистерезис – тем выше эта частота). В этом случае автоматика быстро бы вышла из строя. Поэтому такие конвекторы всегда имеют разницу между включением и выключением в несколько градусов, как бы точно они не измеряли температуру. И вот эти лишние градусы on/off конвекторов и расходуют лишнюю электроэнергию.

Конвектор с инверторным термостатом работает по другому алгоритму: у него нет таких параметров, как температура включения и выключения нагревателя. Инверторный термостат не отключает/включает нагрев, а автоматически уменьшает/увеличивает мощность нагрева в зависимости от разницы температур и скорости изменения этой температуры.

 

Преимущества построения системы отопления дома на базе конвекторов Electrolux с инверторным регулированием

С появлением конвекторов с инверторным регулированием нагрева, использование электрических конвекторов как полноценной системы отопления дома становится наиболее предпочтительным и экономически целесообразным. Обычные электрические конвекторы любого производителя (т.е. конвекторы, работающие по принципу вкл/выкл) широко используется для временного обогрева, когда наступают осенние похолодания, но для постоянного использования в загородных домах они слишком энергозатратны.

Рассмотрим систему отопления дома на базе инверторных конвекторов Electrolux ECH/AG2 - TUI3.

Это конвекторы с инверторным блоком управления третьего поколения (TUI3) и технологией Transformer System. Данная технология предполагает самостоятельный выбор комплектации: отопительный модуль необходимой мощности: 1, 1.5, 2, 2.5 кВт с комплектом кронштейнов для настенного крепления (базовая часть), съемный блок управления digital Inverter (для инверторного управления), шасси для напольного крепления, wi-fi модуль для подключения конвектора к сети интернет (опции на выбор). Существуют еще два типа съемных блоков управления: механическое управление (TUM) и электронное (TUE). Но при комплектации этими блоками управления конвектор работает по обычному вкл/выкл алгоритму.

Преимущества системы отопления на инверторных конвекторах Electrolux по сравнению с системой отопления на электрическом котле и водяных радиаторах

Система отопления, построенная на инверторных конвекторах имеет ряд преимуществ перед отоплением электрокотлом. Она значительно дешевле по стоимости оборудования, дешевле и быстрее по монтажу, эстетичнее, не требует прокладки труб, надежнее. Но главное инверторная система отопления потребляет меньше электроэнергии, чем система с электрическим котлом и радиаторами. По результатам испытаний научной группы Московского энергетического института (МЭИ) такая экономия может составлять до 40%. По мнению специалистов МЭИ это объясняется рядом факторов:

• система на электрокотле значительно инерционнее, она гораздо медленнее реагирует на изменение текущей температуры из-за переноса тепла по трубам жидким теплоносителем и разной протяженности труб от электрокотла до радиаторов;
• скорость прогрева помещения при использовании системы на инверторных конвекторах значительно быстрее так как нет необходимости прогревать инфраструктуру системы отопления;
• измененный по сравнению с обычными on/off-конвекторами принцип работы инверторного блока управления (термостата).

Работа системы на инверторных конвекторах более комфортна, поскольку значительная часть тепла (порядка 75 %) передаётся конвекцией, а не излучением. У водяных радиаторов на конвекцию приходится менее 20 % передаваемой тепловой энергии.

Wi-Fi-модуль, установленный в USB-разъеме блока управления, позволяет управлять прибором удаленно со смартфона через мобильное приложение Hommyn. Можно производить индивидуальные настройки каждого конвектора, а можно группировать конвекторы по зонам, например, два конвектора для зоны «гостиная» и три конвектора объединить в зону «2-й этаж» и управлять настройками каждой зоны.

Если имеется ограничение электрической мощности для дома, в инверторной системе отопления предусмотрено использование специального контроллера, позволяющего настроить каскадные включения/выключения конвекторов, ограничения по мощности, не допуская их одновременной работы и пиковой нагрузки на электрическую сеть.

Пример реальной системы с интеллектуальной схемой управления электрическим отоплением дома

Компания NOBO, ведущий европейский производитель конвекторов, производит две совместимых между собой системы «умного» управления работой электрических приборов. В том числе «теплыми полами» (через термостат) и любыми другими бытовыми приборами, которые подключены к сети (через щиток, «разрыв» в цепи или включение/отключение розеток). Для этого они выпускают специальные термостаты, приемники-розетки и релейные приемники скрытого монтажа.

С помощью такой системы можно контролировать и управлять работой до 100 приборов или групповых зон. А термостаты серии 700 обеспечивают 4 режима работы конвекторов: комфортный, экономичный, незамерзающий (температура воздуха 7°C) и «выключено». Как утверждает производитель, гибкость такой системы управления конвекторами и теплым полом позволяет экономить на электрическом отоплении дома до 25%.

В качестве итога – как оптимизировать электроотопление

Помимо правильного выбора нагревательного оборудования, эффективная и экономичная система отопления с помощью электричества возможна только при комплексном утеплении дома – от фундамента до крыши. В противном случае, затраты на обогрев плохо утепленного дома будут значительно выше, даже несмотря на высокий КПД самого электрического обогревателя, и отопление дома с помощью электричества вряд ли будет дешевым.