Электрическое отопление дома: какие нагревательные электроприборы эффективнее и экономичнее
Самый экономичный способ отопления частного дома – котел на магистральном газе. Но часто, по объективным причинам, такая возможность есть далеко не везде. На условном втором месте по стоимости тепловой энергии стоят твердотопливные котлы или отопление от камина/печи с закрытой топкой (если дом небольшой), но если учесть необходимость хранения топлива и сложность обслуживания, такой способ отопления нравится не всем. Для хранения сжиженного газа нужны дорогостоящие емкости. А жидкое топливо кроме сложностей с хранением, отличается дорогостоящим оборудованием и плохими экологическими характеристиками. Всех этих недостатков лишено электрическое отопление частного дома. Кроме одного – высокой стоимости энергоносителя. Хотя и в этом случае есть возможности снизить нагрузку на семейный бюджет. Какими особенностями обладает отопление дома электричеством, самый экономный способ, которым можно обогреть дом при помощи энергии, рассмотрим в нашей статье.
Какие обогреватели не подходят для системы отопления
Иногда приходится читать несправедливую критику в адрес некоторых типов отопительных приборов. Их критикуют не за реальные недостатки, а за вымышленные. Хотя в конце критики выводы делают полностью правильные – эти приборы можно использовать только как вспомогательные обогреватели, а построить экономичную систему отопления с их помощью нельзя.
Видео описание
В нашем видео поговорим об отоплении в частном загородном доме. У нас в гостях автор и ведущий канала Тепло-Вода Владимир Сухоруков:
Масляный радиатор
Считается неэкономичным – критики утверждают, что его не стоит использовать в качестве обогревательного прибора из-за высокого расхода электроэнергии и низкой отдачи. Но именно у этого типа устройства один из самых высоких КПД – около 98%. То есть, практически всю электрическую энергию он преобразовывает в тепло (закон сохранения энергии еще никто не отменял), а те незначительные потери в 2% приходятся на сопротивление внутренних стенок радиатора теплоносителю. Да, он инерционный – долго разогревается, 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:
- Отопление работает не только когда в доме кто-то есть (поэтому печь дровяная — это не система ).
- 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 четыре варианта систем обогрева:
- автономные системы водяного отопления на основе электрических котлов:
- 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.
Видео описание
Отличия между отоплением на газу и электричеством рассмотрены в этом видео:
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.
Читайте также:
Электрический котёл для частного дома: разновидности и особенности
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.
Видео описание
Наглядно про инфракрасные обогреватели на видео:
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.
Видео описание
Про принцип работы инфракрасно-конвективных обогревателей, смотрите в следующем видео:
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.
Видео описание
В этом видео показаны исследования группы Московского Энергетического Института, которая сравнила классическую схему отопления с системой на базе инверторных конвекторов:
Видео описание
Что лучше выбрать: электрокотел или электроконвектор – наглядно в этом видео:
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
Кроме грамотного подбора нагревательного оборудования, эффективная и оптимальная (с точки зрения затрат) система отопления электричеством возможна лишь при комплексном утеплении дома – начиная от цоколя и заканчивая крышей. В противном случае, затраты на обогрев продуваемого дома будут значительно выше, даже несмотря на высокий КПД самого обогревателя, и отопление дома электричеством дешево вряд ли получится.
Источник https://m-strana.ru/articles/elektricheskoe-otoplenie-doma/