Электрическое отопление загородного дома: виды, достоинства и недостатки, экономичность

В условиях отсутствия газоснабжения отапливать загородный дом можно либо используя твердое или сжиженное топливо, либо электричество. Учитывая тот факт, что обслуживание систем отопления на твердом или сжиженном топливе очень трудоёмко, то большинство владельцев частных домов отдают предпочтение электрическому отоплению дома.

Говоря об электрическом отоплении часто подразумевают электрокотел и его разновидности. Однако совсем забывают о том, что отопление, источником топлива для которого служит электроэнергия, это и кабельные системы отопления, и инфракрасные приборы отопления, и система воздушного отопления, и тепловые насосы, а также стационарные электрические конвекторы. При этом все описанные системы могут работать как индивидуально, так и совместно, выполняя общую задачу отопления дома.

Электрические котлы отопления

Электрические котлы отопления — это аналоги газовых котлов за тем лишь исключением, что нагревательный элемент котла использует не газ, а электричество. Электрические котлы применяют преимущественно в системе отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя (закрытой системе отопления), таким образом затраты на отопление будут меньше. Электрические котлы универсальны, они могут применяться в системе водяного отопления с радиаторами или теплым полом, и их комбинацией.

Если существует надежда, что в ближайшее время подключат газ, то также следует отдать предпочтение электрическому отоплению этого типа, так как электрокотел можно использовать как резервный или дополнительный источник тепла. Кроме того, в межсезонье удобнее будет пользоваться электрическим котлом, так как он позволяет регулировать температуру теплоносителя в более широком диапазоне нежели газовый котел отопления.

Рис.1. Электрический котел может быть основным или вспомогательным. Электрический котел малой мощности удобно использовать в межсезонье и как дополнительный при сильных холодах.

Электрические котлы отопления можно разделить на три вида: котлы с ТЭН - нагревателем, котлы электродного типа и индукционные котлы. Все эти типы очень просты в установке, и снабжены автоматикой, с помощью которой можно точно настроить температуру теплоносителя. Для монтажа котла достаточно подключить его к системе отопления и к электросети. Электрические котлы, в зависимости от номинальной мощности, могут питаться как от однофазной, так и трехфазной сети.

Котлы с ТЭН – нагревателем для нагревания теплоносителя используют традиционный ТЭН. В зависимости от мощности котла может быть установлено несколько ТЭНов. Из всего семейства электрических котлов отопления — это самый неэкономичный вид котлов, КПД часто не превышает 80%. Другой недостаток котлов с ТЭН нагревателем является низкий срок службы ТЭНов и высокая стоимость их замены.

Рис.2. Электрический ТЭН-котел прост по конструкции. Он состоит из бака, в котором установлен тэн и терморегуляционного модуля, который управляет работой котла.

Котлы электродного типа используют иной принцип нагрева теплоносителя. За счет колебаний частоты переменного тока происходит возбуждение молекул теплоносителя, что приводит к повышению их кинетической энергии и как следствие быстрому нагреву теплоносителя. Согласно документации изготовителей электрокотлов этого типа экономия электроэнергии составляет до 20% по сравнению с котлами использующих ТЭН – нагреватель, а КПД котлов близка к 98%.

Рис.3. Система отопления на основе электродного котла. Электродный котел имеет малые габаритные размеры, поэтому узел подготовки теплоносителя можно смонтировать практически в любом месте.

Несмотря на множество достоинств электродных котлов, таких как малый вес и размер, простота монтажа, высокая эффективность, долгий срок службы и простота очистки электрода, электродные котлы очень чувствительны к электропроводности теплоносителя. В свою очередь электропроводность теплоносителя зависит от его химического состава, поэтому при отклонении химического состава теплоносителя от идеального производительность котла падает. Кроме того, для котлов этого типа в качестве теплоносителя можно использовать только воду или специальный антифриз, предназначенный для котлов именно этого типа.

Принцип работы котлов индукционного типа заключен в преобразовании тока высокой частоты в тепловую энергию. Таким образом, индуктор, расположенный внутри котла отопления, нагревает все ферромагнитные элементы котла, которые отдают полученное тепло теплоносителю.

Рис.4. Система водяного отопления на основе электрического котла индукционного типа. Котлы индукционного типа обладают КПД близкому к 100%.

Главным достоинством электрических котлов индукционного типа является КПД, который близок к 100%. Используемый принцип разогрева теплоносителя очень эффективен, что позволяет получить экономию электроэнергии от индукционного котла 35 – 40 % по сравнению с ТЭН-котлом, а по стоимости эксплуатации близко к газовым котлам. Котлы индукционного типа не требует регулярного обслуживания. К недостаткам данного типа котлов можно отнести высокую стоимость и большой вес, который осложняет монтаж котла на стену.

Отопление дома электрическими кабельными и инфракрасными системами

Кабельные и инфракрасные электрические системы отопления не менее эффективны систем водяного отопления с электрическим котлом. Кабельные и инфракрасные системы отопления состоят из двух основных элементов это нагревательный элемент и терморегулятор. Основным отличием таких систем отопления в том, что они могут устанавливаться и регулироваться индивидуально в каждом помещении, при этом без необходимости установки каких-либо дополнительных устройств.

Например, поддерживать высокую температуру воздуха можно только в жилых помещениях, а в подсобных помещениях или гостевых комнатах поддерживать низкую температуру. Таким образом получается большая экономия на энергопотреблении. В тоже время для построения аналогичной схемы традиционного водяного отопления потребуются значительные затраты на материалы и монтаж лучевой схемы системы отопления.

Рис.5. Распределение температуры воздуха по высоте помещения при использовании радиатора (слева) и теплого пола (справа).

Кабельные и инфракрасные электрические системы отопления используются для создания теплых полов. Кабельная от инфракрасной системы отличается видом нагревательного элемента, способом монтажа и эффективностью работы при различных напольных покрытиях.

Кабельный теплый пол в качестве нагревательного элемента использует специальный токопроводящий кабель, который укладывается на пол. Поверх кабельной системы делают стяжку, на стяжку укладывают напольное покрытие. Наибольшая эффективность работы такой системы достигается если в качестве напольного покрытия применяется керамическая плитка. Другие виды напольных покрытий имеют меньшую теплопроводность, что снижает эффективность работы кабельного теплого пола.

Рис.6. Система кабельного теплого пола лучше всего сочетается с керамической плиткой, т.к. плитка является прекрасным переносчиком тепла.

Инфракрасный теплый пол в качестве нагревательного элемента использует пленку, излучающую в ИК-диапазоне спектра (тепловом). Пленка настилается на основание пола непосредственно под напольное покрытие. ИК-излучение нагревает поверхность пола, а также мебель, стены и потолок помещения. Пленочный теплый пол прекрасно работает с такими напольными покрытиями, как ламинат, линолеум, ковролин, т.е. в том случае, где кабельная система отопления не обладает высокой эффективностью.

Рис.7. Пленочный теплый пол прекрасно подойдет если планируется в качестве напольного покрытия использовать ламинат, линолеум или ковролин.

Рассматриваемая электрическая система отопления имеет высокий КПД, легко управляется, проста в монтаже, и не уступает электрокотлам по энегоэффективности, однако она имеет очень низкую эффективность если расположена под мебелью. Эта проблема решается исключительно с помощью пленочной системы. Пленочный нагревательный элемент устанавливается не под напольное покрытие, а монтируется на потолок, при этом не один из видов подвесного потолка не снижает ее эффективность. Установленная система пленочного электрического отопления на потолок нагревает и пол, и мебель, и стены, таким образом в помещении тепло распределяется равномерно и создает благоприятный микроклимат.

Рис.8. Установленный на потолке пленочный ИК нагревательный элемент можно равномерно обогреть все помещение. При этом любые виды отделки потолка не будут препятствовать эффективной работе системы отопления.

К инфракрасным системам электрического отопления помимо пленочных нагревательных элементов относятся также инфракрасные обогреватели. Они также излучают в ИК – диапазоне спектра. Инфракрасные обогреватели могут быть напольные, настенные и потолочные. Их можно использовать как основную систему отопления или как дополнительную.

Отопление стационарными электрическими конвекторами

Другим вариантом электрического отопления дома, который имеет невысокую стоимость это отопление электрическими конвекторами. Электрический конвектор по сравнению с другими электрическими обогревательными приборами имеет больший КПД и эффективность, поэтому именно этот тип обогревателей используется в качестве системы стационарного отопления.

Рис.9. Электрический конвектор простой, экономичный и высокоэффективный обогревательный прибор. Электрический конвектор безопасен и не расходует кислород в помещении.

В отличие от масляных обогревателей и приборов схожего принципа действия конвектор не использует теплоноситель. В связи с чем конвектор не потечет со временем и не перегреется. Другим достоинством конвектора, обусловленное его конструкцией, это маленькие габаритные размеры и вес. В свою очередь это сильно упрощает монтаж и положительно сказывается на интерьере.

Электрический конвектор имеет преимущества и перед тепловентиляторами. Нагревательный элемент конвектора не нагревается до высокой температуры, а, следовательно, не влияет на содержание кислорода в помещении и пожаробезопасен.

Конвекторы могут выпускаться двух видов напольные (настенные) и встроенные. Напольные (настенные) могут быть установлены на стену, а при установке колес, которые идут в комплекте, быть передвижными. Большим достоинством этого вида конвекторов в том, что они выпускаются различных форм и размеров, поэтому их легко подобрать под любой дизайн помещения.

Рис.10. Встроенный электрический конвертер.

Встроенные конвекторы могут быть встроены непосредственно в пол. Конечно они более дорогостоящие, чем традиционные, зато их можно установить перед французским окном или стеклянной дверью, при этом они не будут создавать помех.

Все типы конвекторов имеют встроенный термостат и регулятор. Благодаря чему электрический конвектор очень просто настроить на требуемую температуру. Гибкость настройки мощности конвектора позволяет его использовать как основной, вспомогательный прибор отопления, и для поддержания минимальной температуры в нежилом помещении.

Отопление на основе теплового насоса

Если в ближайшем будущем газоснабжения загородного участка не предвидится либо стоимость подключения газа значительная, то с точки зрения стоимости эксплуатации и простоте обслуживания целесообразно для отопления дома использовать тепловой насос.

Тепловой насос — это устройство, которое работает по принципу действия кондиционера, только не охлаждает помещение, а нагревает. Тепловой насос отбирает тепло с низкой энергией, которое находится за пределами дома и за счет компрессора преобразует ее в тепловую энергию, которая дальше передается в систему отопления.

Рис.11. Теловой насос отбирает тепло из окружающей среды с низкой потенциальной энергией и преобразует его в высокопотенциальную и передает ее системе отопления дома.

Основной характеристикой теплового насоса является коэффициент трансформации(преобразовании) СОР. Коэффициент трансформации — это отношение вырабатываемой тепловой энергии и потребленной электрической. Различные модели тепловых насосов имеют коэффициент трансформации 2 – 5. Например, если коэффициент трансформации равен 5, то для того чтобы получить тепловой мощности 10 кВт необходимо затратить всего 2кВт электроэнергии, при том, что 10кВт тепловой энергии вполне достаточно для отопления дома площадью 100 кв.м. Таким образом тепловые насосы это одни из самых экономичных систем электрического отопления при эксплуатации.

По поводу экономичности тепловых насосов в системе отопления необходимо отметить один важный факт. Коэффициент трансформации напрямую зависит от разницы температуры теплоносителя в системе охлаждения и температуры среды из которой черпается тепло. При этом чем разница меньше, тем коэффициент трансформации выше, а, следовательно, экономичность системы электрического отопления выше. По этой причине в качестве системы отопления дома целесообразно устраивать водяные теплые полы, т.к. температура теплоносителя в этом случае будет не больше 35 градусов. В тоже время среда из которой черпается тепло должна иметь температуру как можно больше.

Тепловой насос может извлекать энергию из воздуха грунта и воды. Воздушные тепловые насосы наименее эффективны особенно при температурах воздуха ниже -10 градусов, поэтому этот тип рекомендован для теплого климата. Вода и грунт на глубине ниже точки промерзания имеют температуру порядка +4 градусов, что позволяет достичь высоких коэффициентов преобразования. Однако речка или пруд, куда можно поместить контур для сбора тепла не всегда рядом, поэтому наибольшее распространение получили тепловые насосы, извлекающие тепло из грунта.

Рис.12. Низко потенциальное тепло из грунта может добываться двумя способами. Если площадь участка более 10 соток, то внешний контур с хладагентом укладывают горизонтально на участке и заглубляют его ниже глубины промерзания грунта. Если площадь участка мала, то контур устанавливают в специально пробуренных скважинах.

Таким образом система электрического отопления на основе теплового насоса работает следующим образом. В грунт укладывают внешний контур теплового насоса и заполняют специальным солевым раствором. Этот раствор циркулирует по проложенным трубам и нагревается. Нагретый грунтом раствор контактирует с теплообменником и отдает тепло фреону. Под действием компрессора фреон сжимается, тем самым сильно нагреваясь, после чего поступает во второй теплообменник, где отдает тепло теплоносителю системы отопления. Система отопления в свою очередь распространяет теплоноситель по дому обогревая его.

Некоторые модели тепловых насосов могут работать как по прямому циклу, так и по обратному, аналогично сплит системам кондиционирования воздуха. Такие тепловые насосы можно использовать как для отопления, так и в качестве системы кондиционирования дома. В этом случае применяется не стандартная система водяного отопления, а система воздушного отопления.

Воздушное отопление дома

Воздушное отопление это один из вариантов электрического отопления загородного дома. Достоинство воздушного отопления в том, что передача тепла осуществляется сразу воздуху в помещении минуя посредников, таких как отопительные приборы и теплоноситель, что уменьшает потери тепла и повышает КПД системы. Другое достоинство воздушной системы отопления заключено в многофункциональности. Система отопления этого типа может работать и как отопление, и как система кондиционирования и выполнять функции вентиляции.

Рис.13. Схема устройства воздушного отопления дома. Она совмещает в себе отопление, кондиционирование и вентиляцию.

Система воздушного отопления может быть построена практически на базе любого источника тепла. Если в качестве топлива для системы отопления используется электричество, то наиболее простой вариант устройства воздушной системы отопление можно сделать на базе теплового насоса. В этом случае тепловой насос необходим типа воздух - воздух или грунт - воздух. Для умеренного климата наиболее целесообразно использовать тепловой насос грунт – воздух.

В этом типе теплового насоса вместо теплообменника, через который циркулирует теплоноситель системы охлаждения установлен теплообменник, через который будет циркулировать воздух из помещения. К этому теплообменнику подсоединяется система воздуховодов, которая будет транспортировать нагретый воздух в различные помещения дома. Одновременно устанавливается система вентиляции, которая осуществляет частичный отбор воздуха из помещения и подмес свежего воздуха в систему воздушного отопления. В целях экономии тепла в смесительный узел устанавливают рекуператор, который отбирает тепло из удаляемого воздуха и отдает его свежему.

Рис.14. Теплообменник теплового насоса без подключенных распределительных воздуховодов.

Недостатком системы воздушного отопления бесспорно является очень протяженная сеть воздуховодов, имеющих значительные габаритные размеры и высокая трудоемкость монтажа. Однако система воздушного отопления способна создать мягкий и комфортный климат, а также предохранить дом от пыли и поддерживать оптимальную влажность в помещениях.

Как сэкономить на электрическом отоплении

Практически во всех публикациях встречается, что электрическое отопление неэкономично и в использовании очень дорого. Действительно если сравнить электрическое отопление с газовым, то даже несмотря на то, что у газовых котлов КПД значительно ниже, чем у систем электрического отопления, то последнее в эксплуатации обходится дороже. Однако есть одно обстоятельство о котором нечасто говорят, но которое способно сделать электрическое отопление по стоимости обслуживания равным или даже дешевле газового – это теплопотери дома.

Рис.15. Самый простой способ сэкономить на электрическом отоплении это хорошо утеплить дом.

Если немного углубиться в теорию, то каждый дом имеет теплопотери. В свою очередь основной задачей системы отопления дома является компенсация этих потерь. Другими словами, сколько дом потерял тепла столько же должна его создать система отопления. Поэтому чем меньше теплопотери дома, тем меньше расходы на отопление.

Из сказанного можно сделать один и очень простой вывод. Любая система отопления будет дорогой в обслуживании если дом плохо утеплен. Поэтому при расчете затрат на отопление электричеством необходимо начинать с утепления дома, а только после этого переходить к выбору системы отопления исходя из ее эффективности, стоимости оборудования и сложности монтажа системы.