V současné době jsou elektrické kotle široce používány v soukromých domech a bytech kvůli nedostatku možnosti používat alternativní druhy paliva a také kvůli řadě výhod zdroje energie.
Hlavní výhody používání elektřiny a použití elektrických kotlů
Jednou z výhod elektrických kotlů je jejich nízká cena. V průměru jsou levnější než podobně výkonné plynové a kotle na tuhá paliva. Další výhodou je snadné použití a jednoduchost konstrukce elektrických kotlů. Kotle, které jsou napájeny z elektrických sítí, mají zpravidla malé rozměry a hmotnost. Důležité je také, že nevyžadují samostatnou místnost, speciální komín ani ventilační systémy. Elektrické kotle jsou ekologická zařízení, která neprodukují žádné emise do životního prostředí. Navíc jsou mnohonásobně bezpečnější než plynové a kotle na tuhá paliva, kde je přístup k ohni otevřený a používá se palivo nebezpečné z hlediska požáru.
Elektrické kotle moderních modelů mají mnoho funkcí a jejich ovládání je omezeno na přední panel s tlačítky, která regulují všechny potřebné parametry. Například v modelech EKCO polské společnosti “KOSPEL” jsou programátory, které umožňují spotřebiteli změnit provozní režim podle vlastních preferencí. K jednotce lze připojit další senzory a při každém zapnutí se spustí automatická diagnostika všech prvků kotle. Pokud je zjištěna porucha, elektronika automaticky odpojí prvek, který poruchu způsobil, a přepne kotel do nouzového režimu. Elektronické zařízení je vybaveno transformátorem, který chrání všechna zařízení před přepětím. Samotné zařízení se navíc skládá z několika jednotek, které mohou v případě selhání jakékoli části elektroniky pracovat autonomně. K dispozici je také dálkové ovládání kotle zapojeného do kaskády s dalšími tepelnými jednotkami (včetně plynových).
Některé kotle mají režim „spánku“, který neustále ohřívá vodu, jen aby se udržela teplota, která může zabránit zamrznutí systému. To je výhodné, když potřebujete na několik dní odjet.
Elektrické kotle mají i své nevýhody , které ovlivňují jejich distribuci.
Za prvé, elektrická energie ne vždy stačí k vytápění všech místností v domě.
Za druhé, výpadky proudu podporují výběr kotlů, které fungují na alternativní paliva.
Za třetí, náklady na elektřinu jsou dostatečně vysoké na to, aby se rozhodli pro elektrické kotle.
Ale i přes všechny nevýhody se elektrické kotle používají jako záložní nebo paralelní zdroj tepla pro vytápění domu.
Struktura a provoz elektrických kotlů
Při použití elektrického kotle jako hlavního zdroje tepla by bylo dobré mít další – například plynový nebo kotel na tuhá paliva, který slouží k úspoře elektřiny (ohřev na požadovanou teplotu pomocí plynu nebo uhlí a následné automatické udržování pomocí elektrického kotle). Kromě toho v případě výpadku proudu pomůže záložní kotel udržet topný systém v provozuschopném stavu.
Jako záloha se nejčastěji používá elektrický kotel pro vytápění z jednotek, které fungují na obnovitelné zdroje energie (tepelná čerpadla), jejichž výkon nemusí být dostatečný k udržení teploty v domě na příjemné úrovni v nejchladnějších dnech. Důvodem je, že koupě tepelného čerpadla s výkonovou rezervou pro další zátěže není ekonomicky opodstatněná.
Je také jisté, že elektrické kotle vyžadují určité podmínky při připojení k elektrické síti a automatizaci. Přední výrobci topných kotlů se obvykle snaží snížit počáteční zatížení, aby se zabránilo poklesům napětí. Například v kotlích od společnosti „Protherm“ topné články modulují výkon kotle na požadovanou teplotu a mají 8 výkonových modifikací od 6 do 28 kW.
Pro ohřev vody nebo jiného nosiče tepla se používají různé schémata pro přeměnu elektrické energie na teplo: elektrody, topné články, externí ohřev výměníku tepla odporovým nebo indukčním článkem.
Obr. Konstrukce elektrického kotle “Skat” (Protherm)
Kotle s trubkovým elektrickým ohřívačem (TEN)
Provoz takového topného zařízení je založen na přenosu energie z topného tělesa na teplonosné médium – vodu nebo jinou kapalinu. Topné těleso je kovový plášť vyrobený z mědi, hliníku, titanu nebo oceli, uvnitř kterého se nachází nichromová odporová spirála a kontaktní tyče. Spirála je od pláště oddělena dielektrikem ve formě křemenného písku (volitelně – oxid hořečnatý), který dobře vede teplo. V elektrických kotlích se obvykle používají patronové topné tělesa nebo jednostranné topné tělesa, kde jsou kontaktní výstupy umístěny na jedné straně ohřívače.
Výhodou těchto kotlů je, že topné těleso nemá žádné elektrické kontakty s chladicí kapalinou, díky čemuž nevznikají žádné svodové proudy, a v tomto případě lze použít proudový chránič (RCD). Výkon elektrických kotlů se mění pouze v mezích napěťových rázů v elektrické síti a nezávisí na vodě (nemrznoucí směsi) a její teplotě. Proto je snadné realizovat plynulou regulaci provozu kotle, což snižuje výpadky napětí při zapínání (vypínání) kotlového zařízení.
Výhody a nevýhody topných těles
Kotle s topným tělesem používají teplonosné médium k určenému účelu, aniž by vyžadovaly dodatečnou přípravu na elektrickou vodivost. Důležitým faktem je také to, že porucha topného tělesa neznamená zastavení provozu celého zařízení. Mezi pozitivní aspekty topných těles patří možnost jejich použití pro ohřev teplé vody na přehřátou vodu a podle jednookruhového schématu provozu. V tomto případě bude teplota vody omezena pouze tlakem, pro který je těleso kotle navrženo.
Mezi nevýhody topných těles patří jejich omezená životnost a možnost vyhoření. Proto věnujte pozornost možnosti (a pracnosti) procesu výměny topného tělesa. Tvorba vodního kamene na topném tělese zhoršuje chlazení a vede k předčasným poruchám v provozu topného zařízení. Proto je nutné přijmout opatření – změkčení vody, když se dostane do akumulační nádrže, a jako ideální možnost – destilace. V případě zapnutí kotlů bez vody může dojít i k poruše topného tělesa.
Kotle s topnými tělesy mohou být jedno- nebo dvouokruhové. Nejčastěji se kvůli malým rozměrům montují na zeď, ale existují i stacionární, výkonnější. Například modely E-Tech P od belgické společnosti „ACV“ představují stacionární kotle s výkonem až 260 kW. Mají elektronický systém regulace cyklu, který neustále přizpůsobuje výkon skutečným potřebám domu pomocí 4stupňové modulace. Kotel je řízen externím pokojovým termostatem, který dokáže omezit výkon v rozmezí 25–75 % maxima.
Obr. Elektrický kotel Etech P (ACV)
Finská společnost Jaspi, která vyrábí širokou škálu elektrických kotlů s výkonem až 1800 kW, vyrábí automatizované podlahové modely s vestavěnou cívkou pro ohřev TUV pro domy a chaty, kde je vyžadována teplá užitková voda. Řídicí systém těchto kotlů zahrnuje 7 až 30 výkonových stupňů. Například při objednávce kotle může spotřebitel vybavit jednotku systémy s maximálním násobkem výkonu 7 nebo 10 kW. A elektrické kotle Amptec od britské společnosti BAXI, montované na zeď, mají malou hmotnost a výkon 4-12 kW s objemem kotle 1,6 litru. Dlouhá životnost těchto kotlů je zajištěna použitím spínacích zařízení pracujících na polovodičích a měděných topných tělesech.
Obr. Kompaktní nástěnné kotle Amptec (Baxi)
Kotle s elektrodovými ohřívači
Ohřev vody nebo jiného nosiče tepla v elektrodových kotlích nastává průchodem elektrického proudu vodičem (nosičem tepla) přímo bez topného tělesa, v důsledku čehož se uvolňuje potřebné množství tepla. Elektrolytické reakce v kapalném médiu neprobíhají, protože katoda a anoda si vyměňují místa se standardní frekvencí elektrické sítě (50 Hz). Takový kotel, který je nádrží s elektrodami, funguje jako průtokový elektrický ohřívač.
Absence vody (nemrznoucí směsi) v kotli při zapnutí nemůže vést k poruše topného systému a tvorba vodního kamene na elektrodách jednoduše snižuje výkon zařízení, aniž by způsobila zničení topných těles. V takovém provedení je chladicí kapalina prvkem elektrické sítě, takže existuje řada požadavků na omezení jejího chemického složení a pokud se používá voda, musí být čištěna s ohledem na její elektrickou vodivost. Kromě toho nejsou takové kotle vhodné pro ohřev teplé vody v jednookruhových systémech.
Skutečnost, že elektrický odpor vody (nemrznoucí směsi) a výkon jednotky se zvyšují s rostoucí teplotou, je výrobci elektrodových kotlů prezentována jako výhoda a konkurence jako nevýhoda takových zařízení.
Elektrodové kotle jsou obvykle kompaktnější než kotle s topným tělesem. Například elektrodový kotel „Galan Vulcan 25“ od moskevské firmy „Galan“ má výkon 25 kW, délku 460 mm a průměr 13 mm a jeho hmotnost je 5,7 kg. Požadované napájecí napětí je 380 V, jmenovitý proud pro každou fázi je 40 A. Kotle patří do jednotek třídy 1 ochrany před úrazem elektrickým proudem. Výrobce zakazuje instalaci a provoz takových kotlů bez automatizace nebo automatických řídicích zařízení, která se pro instalaci do takových výrobků nedoporučují.
Topný systém lze naplnit nemrznoucí směsí, kterou vyvíjí výrobce topného zařízení, nebo vodou, která má parametry uvedené v pasu kotle (v tomto případě je nutné během provozu upravit specifický odpor vody).
Elektrodové kotle nelze použít v systémech podlahového vytápění, protože nedostatečná teplota vody (nemrznoucí směsi) neumožní elektrodovému zařízení dosáhnout stanoveného výkonu (který jsme zmínili výše).
Výrobce také zdůrazňuje, že vzhledem k malé pracovní kapacitě kotlů a rychlému ohřevu vody umožní výsledný tlak upustit od použití oběhového čerpadla (s maximálním výkonem nepřesahujícím 2 bary).
Nová řešení ve výrobě topných zařízení
Společnost Galan CJSC používá ve svých kotlích Galaks fóliové ohřívače, které jsou vyráběny technologií sítotisku používanou v elektronickém průmyslu. Fóliové jednotky jsou podobné elektrodovým jednotkám, pokud jde o účinnost, snadnou instalaci, opravu a náklady na vytápění 1 metru čtverečního plochy místnosti. Mají však řadu výhod, například nevyžadují přípravu chladicí kapaliny a fungují na jakoukoli kapalinu určenou pro topné systémy.
Absence tepelné vrstvy mezi odporovou cívkou a ocelovou základnou umožňuje upravovat výkonové charakteristiky kotle a zároveň snižovat jmenovitý výkon až o 25 %. U těchto kotlů nemá topný článek, rovnoměrně rozložený po celém povrchu válcového ohřívače, přímý kontakt s chladicí kapalinou a nevytváří hydraulický odpor. Fóliový ohřívač poskytuje vysokou účinnost, výkon kotle se snadno a plynule reguluje.
Obr. Kotle “Galax” s filmovým ohřívačem
Kotle modelu Sapphire od rjazanské společnosti RusNIT používají topný systém PENM, který je vyroben z měděné trubky (průtočné nádrže) s izolační vrstvou, na kterou je nanesena odporová vrstva wolframu. Elektrický proud ohřívá kotel, měděnou trubku a chladivo. PENM umožňuje výrazně zjednodušit konstrukci kotlů a zmenšit jejich rozměry. Plynulá regulace teploty od 35 do 85 °C v každém z výkonových stupňů (od 33 do 100 %).
Dalším typem ohřívače je konturový ohřívač založený na elektromagnetické indukci. Jednotka má konstrukci podobnou transformátoru a skládá se ze dvou obvodů. Jeden z nich je magnetický systém, druhý je palivový článek (TVEL). Pod vlivem elektromagnetického pole se v TVEL objevují proudy, které způsobují ohřev, jenž se přenáší do chladicí kapaliny.
Výhodou indukčních kotlů je absence topných těles, což snižuje tvorbu vodního kamene, eliminuje poruchy topného systému a poškození integrity celé konstrukce. Kromě toho tyto kotle pracují s jakýmkoli typem chladiva a mají široký rozsah tlaku a teploty.
Mezi nevýhody patří vyšší náklady ve srovnání s topnými tělesy a elektrodovými kotli (v segmentu domácností přibližně 2-3krát), velké rozměry a hmotnost, které 3-8krát převyšují ostatní kotle. Je také obtížné zorganizovat plynulé přepínání výkonu kotle.
Průmyslové indukční kotle používají vysokofrekvenční měnič, což zvyšuje celkové náklady na kotlové zařízení. Pro domácí použití tento měnič není součástí konstrukce kotle. Například ruské kotle SAV. Modely s výkonem 15 000 W jsou napájeny třífázovou sítí s frekvencí 50 Hz a napětím 380 V a mají rozměry 1100 x 108 mm s hmotností 45 kg.
- Zásobování plynem
- Kotelna
- Ventilační systém
- Geotermální vytápění
- Topný systém
- Systém teplých podlah
