Нагрев теплоносителя в электрических котлах отопления происходит за счет преобразования электроэнергии в тепловую. При этом потерь энергии практически нет, и в некоторых моделях отопительного оборудования КПД достигает 99%. Для нагрева теплоносителя используются различные физические принципы. Этот признак является определяющим для классификации агрегатов.

Нагрев теплоносителя в теплообменной камере ТЭНовых электрических котлов происходит трубчатыми электронагревателями. Агрегат работает под управлением автоматики и может быть укомплектован циркуляционным насосом, расширительным насосом и воздушным клапаном. 

В качестве теплоносителя в отопительных системах может использоваться вода или незамерзающие жидкости, нагрев которых осуществляется ТЭНом в проточном режиме. За счет включения или выключения определенного числа  нагревательных элементов происходит регулирование производительности агрегата. 

Электрические отопительные котлы рассчитаны на работу в одно- и трехфазных сетях в зависимости от мощности оборудования. Агрегаты мощностью в пределах от 1 до 6 кВт работают от напряжения 220 В. В больших домах они самостоятельно не способны обеспечить эффективное отопление, поэтому не рассматриваются как основной источник тепла. Однако для обеспечения комфорта в домах площадью до 60 м² они вполне пригодны

Аппараты с мощностью 6-30 кВт работают в трехфазных сетях и служат основным отопительным оборудованием. Например, серия настенных электрических котлов Protherm Скат, мощность которых в зависимости от модификации составляет от 6 до 28 кВт.

При установке мощных электрических котлов следует учитывать параметры электрической проводки и особенности работы 3-фазных агрегатов. Для ввода в эксплуатацию подобного оборудования требуется выполнение требований норм электробезопасности и получение разрешения.

Преимущества:

• Простота монтажа.

• Могут быть использованы различные виды теплоносителя.

• Возможность организации ГВС.

• Несложное регулирование мощности.

• Безопасная эксплуатация.

Недостатки:

• Образование накипи на ТЭНах приводит к потере мощности в системах, в которых используется жесткая вода.

• Замена неисправного нагревательного элемента требует демонтажа агрегата.

ТЭНовые электрические котлы — наиболее распространенный тип отопительного оборудования. Модельный ряд теплогенераторов мировых брендов Navien, Протерм, Сангай, Эван, Stout, Лемакс позволяет подобрать устройство для отопления частного дома, коммерческих и производственных помещений.

По сравнению с ТЭНовыми моделями, электродные котлы имеют более простую и компактную конструкцию. Для нагрева воды, циркулирующей по отопительной системе, предназначены электроды. Питание агрегата осуществляется от однофазной (для менее мощных моделей) и трехфазной сети. В последнем случае максимальная мощность достигает значения 16 кВт.

В данной случае теплоноситель играет роль электролита, через который проходит заряд между электродами и происходит нагрев жидкости. Это обстоятельство обуславливает повышенные требования к качеству теплоносителя, в частности степени минерализации. Иногда целесообразнее вместо воды использовать специальные жидкости.

Преимущества:

• Компактные размеры.

• Простота конструкции обеспечивает надежную работу агрегата.

• Высокий уровень безопасности. Отсутствие теплоносителя в системе не может причинить вреда оборудованию.

• Образующаяся накипь на электродах несколько снижает мощность, но не приводит к поломке.

• Быстрый нагрев воды и плавная регулировка ее температуры.

• При перепадах напряжения колеблется величина мощности, но прибор остается в рабочем состоянии.

Недостатки:

• Высокая вероятность утечки токов требует заземления оборудования.

• Необходимо обязательно обеспечить непрерывную циркуляцию теплоносителя.

• Повышенная требовательность к качеству теплоносителя.

• Со временем изменяются характеристики теплоносителя и электродов.

• Температура теплоносителя оказывает влияние на мощность прибора.

• Невозможно обеспечить ГВС.

Отопительные котлы индукционного типа представлены на рынке относительно недавно. Конструктивно аппарат представляет собой трансформатор, в котором индукционная катушка является генератором, а сердечник — теплообменником. Магнитное поле, образующееся при подаче электричества на первичную обмотку, направляется на вторичную обмотку. Электромагнитное взаимодействие между ними приводит к нагреву сердечника, а он в свою очередь нагревает теплоноситель. Теплообменник принимает форму лабиринта, что позволяет увеличить площадь контакта и тем самым повысить эффективность прибора.

Преимущества:

• Высокая скорость нагрева теплоносителя.

• Нетребовательность к качеству теплоносителя.

• В процессе эксплуатации не образуется накипь, поэтому не происходит падение мощности и снижение КПД.

• Отсутствуют нагревательные элементы, поэтому отпадает необходимость в их замене.

• Высокая электробезопасность работы агрегата.

• Технические характеристики не зависят от внешних факторов.

Недостатки:

• Высокая стоимость по сравнению с другими типами котлов.

• Могут использоваться только в закрытых отопительных системах с принудительной циркуляцией и избыточным давлением.

• Массивная конструкция.

Твердотопливные отопительные котлы имеют принцип действия, который не изменился с момента их изобретения человеком. Единственное отличие от древних технологий заключается в использовании современных материалов и автоматики. Принципиально конструкция осталась неизменной — она только совершенствуется и модернизируется.

Камера сгорания в твердотопливных котлах — это топка, в которой топливо сгорает. В большинстве моделей она к тому же играет роль теплообменника. Конструкция топки состоит из портала для загрузки топлива и зоны выведения продуктов горения, а также колосников и зольника. Для поддержания процесса горения камера сгорания предусматривает специальное отверстие. 

Камера сгорания имеет двойные стенки, между которыми находится вода. Это так называемая водяная рубашка. С ее помощью происходит передача энергии, получаемой при сгорании топлива, теплоносителю. При нагревании жидкость поднимается вверх и поступает в теплопровод. Пройдя по системе, теплоноситель охлаждается и через нижний патрубок возвращается в котел, где нагревается,— и цикл повторяется.

Горение твердого топлива сопровождается выделением дыма, поэтому для работы котла требуется предусмотреть систему удаления продуктов сгорания. Выведение дыма из топки в уличную атмосферу осуществляется с помощью теплоизолированного трубопровода.

Температурный режим зависит от интенсивности горения топлива, поэтому он регулируется путем изменения объема приточного воздуха. Это достигается с помощью системы заслонок и шиберов, которая не требует питания электросети, и работает за счет расширения или сужения материала регулятора.

Твердотопливные котлы отопления классифицируются в зависимости от материала:

• Чугунные котлы. Надежные и долговечные агрегаты. Их установка целесообразна, если работа устройства носит непрерывный характер.

• Стальные котлы. Стоимость ниже, чем у чугунных аналогов. При этом они не менее надежны в эксплуатации и просты в обслуживании. Отличаются большей чувствительностью к температуре теплоносителя в обратке, поэтому в конструкции используются система клапанов для подмешивания нагретой воды.

В качестве энергоносителя используют горючие полезные ископаемые (уголь, торф), дрова и производные древесины (опилки, пеллеты. древесные брикеты). Некоторые модели могут работать на различных видах твердого топлива. 

В зависимости от используемого принципа сжигания топлива котлы бывают следующих типов:

• Традиционные. При сгорании топлива выделяется тепло, которое идет на нагрев теплоносителя.

• Длительного горения. Вытянутая топочная камера окружена водяной рубашкой. Распространение пламени происходит сверху вниз, что обеспечивает сгорание топлива практически полностью. Такая конструкция продлевает время между закладками, способствует поддержанию постоянной температуры теплоносителя и приводит к увеличению КПД агрегата. Кроме этого, становится возможной автоматизация работы котла для его автономной работы.

• Пеллетные. В качестве топлива используются пеллеты — прессованный продукт из торфа, и отходов деревообрабатывающей и сельскохозяйственной промышленности. Пеллеты хранятся в специальном бункере и подаются в камеру сгорания автоматически. Агрегат управляется электроникой, поэтому требует питания от электросети.

• Пиролизные. Принцип действия основан на пиролизе, что позволяет получать дополнительную энергию от продуктов сгорания. Характеризуются высоким КПД.

Твердотопливные котлы проверенных брендов таких, как Лемакс, луч, Эван, Куппер производятся в широком диапазоне мощностей, поэтому можно подобрать надежный теплогенератор с оптимальной ценой для любых условий эксплуатации.

Сочетание в отопительной системе двух теплогенераторов разного типа позволяет нивелировать их недостатки и максимально полно проявить достоинства. Электричество можно использовать во время льготного периода времени суток при условии установки двухтарифного счетчика, а твердое топливо — в остальное время суток, когда имеется возможность выполнять закладку и удалять золу. 

Таким образом, твердотопливный котел служит основным источником тепла, а электрический — дополнительным. В результате можно сбалансировать расходы на отопление, если дом находится вдалеке от газовой магистрали. Для достижения определенной температуры на первоначальном этапе используются дрова, а для ее поддержания — электричество. 

Для взаимной увязки котлов применяют параллельную или последовательную схему. В некоторых случаях целесообразно предусмотреть между ними тепловой аккумулятор.

Как показывает опыт, добиться эффективной совместной работы электрического и твердотопливного котла можно при соблюдении следующих условий:

• Необходимо подобрать правильное соотношение мощностей агрегатов. Мощность твердотопливного должна превышать мощность электрокотла, так как первый — основной, а второй — дополнительный.

• Для обеспечения независимой работы каждого из котлов нужно выполнить параллельное подключение.

• Твердотопливный котел подключают к большому контуру, а электрический — к малому.

• Котел на твердом топливе (как основной) оснащается трехходовым клапаном.

• Установка теплового аккумулятора позволит рационально использовать генерируемую энергию и обеспечит безопасную эксплуатацию системы.

• Каждый из теплогенераторов настраивается на определенный температурный режим: твердотопливный — 60-70℃, электрический — 40-50℃.

Решение в пользу того или иного типа котла для автономного отопления дома принимается на основании совокупности факторов, причем доступность энергоносителя играет решающее значение. Твердотопливные — энергонезависимые агрегаты, которые требуют внимания со стороны человека. Электрические — высокоэффективные устройства, использующие дорогостоящую электроэнергию. Сочетание двух видов энергоносителей — проверенное практикой техническое решение, которое обеспечивает экономный расход ресурсов и надежное обеспечение теплом.