Как повысить эффективность и автоматизировать электроотопление терморегуляторами и простой модульной электротехникой

16.04.2019 4864 18мин

Отапливать дом электричеством дешевле, чем газом или дровами. Но большинство потраченных киловатт-часов уходит впустую из-за неверного распределения источников отопления и неконтролируемого нагрева.

Отапливать дом электричеством дешевле, чем газом или дровами. Но, из-за постоянного роста тарифов, электроотопление становится все дороже. И при всем этом большинство потраченных киловатт-часов уходит впустую из-за неправильного распределения источников отопления и отсутствия контроля уровня нагрева.

Чтобы узнать, как решить эту проблему, я решил обратиться за помощью в компанию «АксиомПлюс», которая уже 13 лет занимается реализацией оборудования для электроотопления. По мнению специалистов, поднять эффективность и экономичность можно с помощью многозонного управления и автоматизации обогрева дома. Более подробно об этом ниже.

Как разделить дом или квартиру на регулируемые по температуре участки?

Независимо от типа электроотопления, тепло распределяется по всей квартире по трубам с водой или по воздуху. Но проблема в том, что определенная его часть тратится впустую. Эти затраты можно уменьшить за счет более рационального распределения тепла.

Утром, днем и вечером посещаемость разных комнат в квартире неодинаковая. Эффективное электроотопление предусматривает обогрев комнаты только, когда в ней кто-то есть. Вместо того, чтобы отапливать всё помещение, более рационально поделить всю обгреваемую площадь на контролируемые участки:

В гостиной обычно люди пребывают в будние дни утром 07:00-08:30 и вечером в 18:30-23:00. В выходные 08:00-23:00, в остальное время нет необходимости в ее отоплении, достаточно просто поддерживать комнатную температуру;
В спальне обогрев нужен только ночью с 23:00 по 07:00;
На кухне только готовят и едят, и чаще всего в 07:00-09:00, 12:00-14:00 и 19:00-21:00;
Подсобкой пользуются редко, потому там обогрев вовсе и не нужен. При необходимости туда можно притащить обычный бытовой обогреватель или тепловентилятор;
Санузлом пользуются утром или вечером, когда принимают ванну и душ.

Большинство людей комфортно себя чувствуют в помещении при 19-21°C. Если никого там нет, достаточно просто поддерживать 15-18°C. Как это сделать? Гостиную можно обогревать инверторным кондиционером, выставив при этом на дисплее желаемую температуру, но для других помещений лучше всего подойдет теплый пол.

Чем теплый пол лучше классического отопления

Прежде всего тем, что комната обогревается равномерно. Нагревательный кабель или пленка передает тепло напольному покрытию, которое равномерно нагревает комнатный воздух. Таким образом нагрев происходит ровнее чем от электрорадиатора или водяных труб, нагревающих помещение путем циркуляции воздуха.

Расход электроэнергии полностью зависит от мощности, поддерживаемой терморегулятором. Притом настройка происходит путем выставления значения температуры с точностью до 1°C.

Как и у любого другого вида электроотопления, чем больше нагрев, тем выше нагрузка на сеть. И чтобы электричество расходовалось эффективно и рационально, можно просто поддерживать комфортную температуру. Главное, чтобы характеристик нагревательных элементов было достаточно.

Как правильно рассчитать мощность?

Электрический теплый пол может быть выполнен на основе нагревательного кабеля, термомата или пленки. Пленочное покрытие применяется под ламинат и линолеум, чтобы не было неровностей, а мат и кабель лучше под керамическую плитку, так как он все равно ложится под стяжку, потому устраняются все неровности.

При выборе важно правильно подобрать мощность, диапазон регулирования нагрева и толщину, притом для каждого случая подходят собственные характеристики.

Требования к количеству отдаваемого тепла определяются типом помещения, этажом и материалом стен. Средние значения выглядят таким образом:

спальня, кухня - 110-150 Вт/м²;
застекленная лоджия - 140-180 Вт/м²;
ванная, душевая, санузел - 140-150 Вт/м².

Для комнаты на первом и цокольном этаже показатели стоит увеличить 15-20%, из соображений близости к земле, которая хорошо поглощает тепло.

Для вспомогательного электроотопления с параллельным использованием еще одного источника тепла достаточно 100-140Вт/м². В таком случае теплый пол нужен чисто для того, чтобы не ходить по холодной плитке.

Нагревательная пленка расходует в среднем 150-400 Вт/м², зависимо от температуры нагрева, термомат - 120-200 Вт/м². У нагревательных кабелей диапазон мощности 10-60 Вт на погонный метр, и если взять средний результат 30Вт/м и положить кабель в 5 витков на 1м², получится 120-150 Вт/м².

Таким образом с помощью нагревательного кабеля можно спланировать, как систему основного, так и вспомогательного отопления.

Расход электроэнергии рассчитывается по формуле, W=S×P×0,4, где:

S - площадь комнаты;
P - мощность системы на 1 м²;
0,4 - коэффициент нагреваемой площади, который предусматривает, что только 40% пола будет обогреваться, а на остальных 60% будет стоять мебель и там нет необходимости в подогреве.

При условии распределения 150 Вт/м² сетевая нагрузка для гостиной площадью 25м² будет равна:

25м² × 150 Вт/м² × 0,4 = 1 500Вт.

В обычной эксплуатации теплый пол в среднем будет работать примерно по 7-8 часов в сутки и на половину мощности (если Вы не хотите поджарить кошку). Итоговый расход получится около:

1 500Вт × 8 ч/д × 0,5 = 6 000Вт/д.

Это на 30-50% процентов меньше, чем при обогреве комнаты электрорадиаторами.

Температура контролируется термореле или термостатом, который подбирается по максимальной мощности регулируемого электрооборудования.

Как рассчитать и выбрать терморегулятор

Номинальный ток - основная характеристика. Его несложно посчитать, воспользовавшись формулой I=P/U, где:

P - суммарная мощность нагревательных элементов;
U - напряжение в сети.

Для нашего примера расчет будет выглядеть следующим образом:

1500Вт/220В = 6,8А.

Нужно еще добавить 20-30%, чтобы регулятор не работал на износ. Из-за ограниченной пропускной способности, при максимальной нагрузке проводниковые элементы начинают сильно греться и теряют прочность, поэтому нужен небольшой запас. Так как большинство моделей идут на 10А или 16А, в данном случае подойдет любая из них.

Аналогичным образом делаются расчеты для других типов отопления. Главное, не ошибиться с выбором самого терморегулятора. Можно и самостоятельно разобраться, а можно положиться на опыт специалистов по электротехнике: это могут быть ваши электромонтажники, знакомый электрик, или консультант проверенного интернет магазина по электротехнике. Если в больнинстве случаев услуга может стоить дополнительных средств, то в последнем Вам скорее всего помогут условно бесплатно при покупке терморегулятора. Достаточно найти на сайте подобное примечание типа: «помощь технического специалиста», или что то подобное, как в примере.

Какой терморегулятор подойдет, а какой нет

Самые дешевые и простые модели идут с механической конструкцией. На корпусе присутствует только температурная шкала и поворотные ручки, через которые регулируется нагрев. Вы просто выставляете оптимальное количество градусов, и датчик реагирует на изменения, поддерживая выставленное значение. Если температура сильно поднимается, нагрев выключается, а при снижении - снова включается.

Аналоги с электромеханическим управлением более точные. Здесь уже присутствует дисплей, где с помощью кнопок можно задать минимальный и максимальный температурный порог. Исходя из принципа работы, это больше термореле чем регулятор. Также в нем могут присутствовать дополнительные полезные функции, как термометр, настройка гистерезиса или задержка включения.

Механические и электромеханические терморегуляторы увеличивают экономию электричества до 30%. Тем не менее, с ними сложно контролировать сразу несколько участков управления обогревом в квартире, так как нужно делать это вручную.

В таком случае лучше автоматизировать систему, чтобы температура сама менялась по времени. Для этого применяются программируемые терморегуляторы.

Самый простой способ автоматизировать отопление

Для этого понадобятся более сложные и функциональные регуляторы со встроенной памятью. В отличие от предыдущих двух типов, с изх помощью можно по часам настроить суточный, недельный цикл и даже создавать программу на месяцы вперед. Достаточно на сенсорном дисплее или через кнопки задать оптимальные «под себя» настройки.

Самый простой пример: в будние дни, когда Вы уходите на работу, можно поставить 14-16°C, а зная время возвращения, можно на полчаса раньше задать 19-21°C, чтобы зайти в уже прогретое помещение. И так можно записать под себя наиболее удобную программу на каждый день, или создать несколько режимов:

будние дни - экономия электричества в период 8:00-18:00;
выходные - весь день поддерживается комфортная температура;
отпуск - никого не будет дома, а значит отопление можно не включать.

Автоматизация по времени увеличивает экономию электричества до 70%. Это очень удобно, так как не нужно самостоятельно следить за регуляторами в каждой комнате, и успевать менять настройки.

Некоторые модели поддерживают управление по Wi-Fi. Если станет холодно, можно не вставая с дивана, увеличить температуру через приложение на смартфоне.

Но, этот вариант подойдет не всем из-за высокой стоимости. К тому же у некоторых пользователей уже стоит механический или электромеханический регулятор. Выбрасывать жалко, а экономить электричество хочется. Отсутствие функции недельного таймера можно заменить дополнительным релейным оборудованием.

План Б: Если терморегулятор не поддерживает временной цикл

Термореле и термостаты просто поддерживают выставленную температуру. Но, с целью экономии можно скорректировать их работу, дополнительно поставив реле времени или таймер.

Реле более простое и работает по заданному циклу без привязки к реальному времени. Может поддерживать несколько режимов, зависимо от сложности механизма. Как это поможет оптимизировать отопление?

Можно настроить циклическую работу, чтобы теплый пол час нагревал пол и полчаса медленно остывал, оставаясь нагретым, затем снова час работал. Реле, независимо от температурных показателей, просто будет включать отопление на час через каждые полчаса. Когда никого нет дома, но нет желания возвращаться в холодную квартиру, можете настроить другую цикличность - полчаса нагрева через каждые два часа.

Недостаток в том, что рассчитывать время работы необходимо вручную и это не совсем удобно. Можно просчитаться, в итоге отапливаться будет пустая квартира. Чтобы этого не произошло, можно в качестве варианта решения купить один из электрических таймеров отключения.

В отличие от термореле, таймер синхронизируется с реальным временем, и настройки производятся с привязкой к часам. По факту он полностью заменяет опцию суточного или недельного цикла, но часто у него присутствуют и другие функции. Обычно чем выше цена, тем больше возможностей.

Таймер отлично подойдет пользователям с многотарифным учетом. Его можно настроить таким образом, чтобы электроотопление больше работало ночью, когда электричество дешевле, а в пиковые часы автоматически отключалось. Таким образом можно увеличить экономию.

Помните, что таймер или реле не может полностью заменить программируемый терморегулятор, так как он просто дает команду ВКЛ/ВЫКЛ на контактор в определенное время. Если выставить неправильные настройки, расход электричества будет неэффективным.

Как повысить эффективность электроотопления

В зависимости от места расположения датчика, можно регулировать температуру поверхности пола или воздуха в комнате. Некоторые модели идут со встроенным термодатчиком, но для теплого пола нужен еще и выносной, чтобы установить непосредственно под настил.

Таким образом можно контролировать температуру пола, не допуская слишком сильного нагрева. Кабель теплого пола может нагреваться до 100°C, при этом на поверхности настила будут все 70-80°C. От этого может пострадать напольное покрытие, или можно получить легкие ожоги ступней. В худшем случае сломается нагревательный кабель, а чтобы его достать нужно будет переделывать пол.

Наиболее чувствительный к нагреву ламинат и деревянный паркет. Для них оптимально 30-45°C, при более высоких показателях могут возникать трещины и деформации.

Датчик часто идет в комплекте с терморегулятором, но иногда его нужно покупать дополнительно. В таком случае важно подобрать регулируемый диапазон:

Для климат-контроля в комнате достаточно 10-30°C;
Для теплого пола необходимо уже 10-90°C, зависимо от покрытия и размещения датчика.

Выносной термодатчик размещается как можно выше к поверхности пола. Это нужно для большей точности измерения, так как напольное покрытие создает температурный барьер. Если кабель нагреется до 55°C, то на поверхности будет только 40°C. Разница находится в диапазоне 5-20°C, зависимо от материала и толщины настила.

Выставив оптимальные параметры для одновременного контроля уровня нагрева пола и комнатного воздуха, можно увеличить энергоэффективность еще на 5-10%. С такой системой удобно совмещать несколько видов отопления. Если у Вас стоит электрообогреватель, то можно управлять им отдельно от теплого пола, ограничивая нагрев второго 35-40°C, и включать его только когда дома кто-то есть.

Помните, что любые нагревательные элементы создают высокую нагрузку на сеть. Ток выше 16А может вызывать проблемы при коммутации нагрузки. От возникшей электрической дуги часто плавятся контакты, и возникают поломки терморегулятора.

Чтобы этого не произошло, необходим контактор.

Почему без контактора подключать отопление опасно

В теплые дни подогрев не нужен, но вдруг резко ударил мороз и стало холодно. В таком случае Вы будете включать отопление, и на старте в сети возникнет резкое повышение нагрузки, которая за несколько секунд может вывести из строя термореле.

Контактор устраняет эту проблему. В нем установлен механизм, который гасит дугу и безопасно коммутирует сеть при резких скачках нагрузки. Достаточно просто подать слаботочный сигнал с регулятора, чтобы контактор соединил линию с более высоким током.

Номинал контактора рассчитывается по максимальной мощности сети. Его можно поставить в щиток на DIN-рейку, или выбрать в корпусном исполнении и смонтировать в удобном месте на стене.

Синусоидальный ток иногда провоцирует шум, потому для дома лучше остановить выбор на бытовых сериях топовых производителей Hager, ABB или Schneider Electric. Модульные контакторы этих брендов проектировались специально для домашнего освещения, вентиляции и отопления, потому отличаются низким уровнем шума, что оптимально для жилых помещений.

Но, даже самый качественный контактор не сможет защитить квартиру от аварии в сети, потому необходимо позаботиться о модульной защите.

Как собрать щиток для электроотопления

Электроотопительное оборудование провоцирует высокую сетевую нагрузку, от чего нагреваются проводники. В результате ухудшается прочность контактов, а значит увеличивается сопротивление и нагрев. В результате может возникнуть короткое замыкание.

Чтобы этого не произошло, необходимо поставить автоматический выключатель. Он подбирается по нескольким параметрам:

номинальному току - для защиты от перегрузок;
отключающей способности - для качественного срабатывания при КЗ;
характеристике расцепления, которая обозначает задержку на срабатывание.

Номинал автомата рассчитывается по максимальной нагрузке защищаемой линии, но в отличие от теплорегулятора, здесь лучше обойтись малым запасом.

При максимальной сетевой нагрузке 3 000Вт сила тока:

3 000Вт / 230В = 13А.

В данном случае нужно выбирать ближайший номинал в большую сторону, потому автомат на 16А подойдет лучше, чем аналогичный на 12А или 13А.

В его основе теплового расцепителя биметаллическая пластина, которая нагревается и деформируется, чем приводит в действие механизм разрыва контактов. Номинал меньше, чем номинал прибора ставить нельзя, иначе автомат будет выбивать от перегрузки во время обычной работы, без всяких аварий.

Производители рекомендуют выставлять температуру нагрева на 60-70% от максимально возможной, чтобы нагревательный кабель время от времени охлаждался. При работе «без передышки» увеличивается износ, от чего сокращается срок службы.

Отключающая способность определяет максимальный ток КЗ, при котором сохраняется работоспособность. Если КЗ больше отключающей способности, автомат может перегореть и не выключится. По нормам СНГ этот показатель должен быть не меньше 4,5кА, а в Евросоюзе - 6кА.

Более высокая отключающая способность достигается за счет применения наплавления драгметаллов и большего качества токопроводящих элементов. Таким образом механизм расцепления получается надежнее, но дороже. В подавляющем числе случаев 6кА достаточно.

У некоторых китайских производителей можно встретить 3кА, что говорит о плохом качестве расцепителя. Применение такого автомата не только малоэффективно, но и опасно, потому лучше не рискуйте.

По классу лучше брать автомат с характеристикой расцепления «B». У нее наименьшая задержка перед срабатыванием и самый малый порог реагирования по перегрузке. Такой автомат моментально срабатывает, если ток в 3-5 раз выше номинального.

Это полезное свойство, так как резкое повышение нагрузки в электроотоплении часто возникает из-за аварии. Важно, чтобы расцепитель среагировал как можно раньше, чтобы уменьшить вероятные последствия. Тем более в нагревательных приборах отсутствуют пусковые токи, так что задержка перед срабатыванием здесь вовсе не нужна.

Кроме автомата, в щитке должно стоять УЗО, защищающее от утечек. При повреждении изоляции фаза может коснуться токопроводящего оборудования, и оно окажется под напряжением. При неосторожном контакте можно получить опасную травму.

Чтобы защита была как можно эффективнее, УЗО стоит выбирать сразу по нескольким параметрам:

номинальному току - определяющему оптимальную сетевую нагрузку;
отключающей способности, которая характеризует качество расцепителя;
току утечки - определяющему чувствительность к утечке.

Первые два параметра, как и у автоматического выключателя. Автомат всегда ставится первым, иначе в случае КЗ, УЗО может выгореть до того, как он сработает. Соответственно номинал УЗО должен быть не ниже автомата. Это никак не влияет на эффективность, но при перегрузке спасет дифзащиту.

Предназначение УЗО можно определить по порогу реагирования:

10мА и 30мА - защищает человека от удара током;
100 мА и больше - от пожара.

Противопожарное УЗО ставится на вводе в сеть, а уже за ним должно стоять защитное:

30 мА - монтируется на групповые линии, так как это максимальный разряд, который без вреда для здоровья может выдержать среднестатистический человек;
10мА - устанавливается в ванную комнату, так как вода усиливает действие тока, а также детскую из соображений того, что детский организм более уязвим, чем взрослый.

В технических параметрах еще можно встретить характеристику расцепления. В данном случае она не критична. Для теплого пола принято ставить «AC». «A» больше предназначена для электропотребителей с блоками питания, где могут возникать утечки постоянного тока, что в системе теплого пола маловероятно. Она хоть и дороже, но надежнее. В любом случае «A» не помешает, так как терморегулятор тоже прибор и там что-то может случиться. Если дорого, то «AC» будет достаточно.

Вместо автомата и УЗО, можете также поставить дифавтомат - это то же самое, только в одном корпусе. Выбирается по тем же характеристикам, а разница в цене минимальная. Дифавтомат занимает меньше места в щитке, что в некоторых ситуациях может быть преимуществом.

Независимо от того, на какой схеме Вы остановитесь - АВ+УЗО или дифавтомат, старайтесь не брать дешевые китайские бренды. «Европейцы» надежнее и дольше прослужат, а в случае аварии больше вероятность, что они не подведут.