Физико-математическая модель работы электродных котлов

Процесс нагрева в электроводонагревателе электродного типа происходит посредством протекания электрического тока через теплоноситель, за счет сопротивления которого и происходит нагрев. При этом явления электролиза (разложение воды на кислород и водород при пропускании через нее постоянного электрического тока) не наблюдается, так как катод и анод постоянно меняются местами с частотой электрической сети.
Мощность, вырабатываемая электродным котлом при нагреве теплоносителя, рассчитывается согласно формуле:
P=JxU (Вт), где J - сила тока (А), U - напряжение (В).

Т.к. по закону Ома U=JxR, где R - сопротивление проводника (Ом), то мощность можно выразить как

P=JxU^2

Как известно, сопротивление R проводника зависит от его длины и площади поперечного  сечения и описывается выражением:

 R=gxl/S, где g - удельное сопротивление проводника, Ом/м; l - рабочая длина проводника; S - площадь поперечного сечения проводника, кв. м.

Для жидкости удельное сопротивление определяется как

g=g1(1-a(t-18)), где а - температурный коэффициент теплоносителя (для жидкостей, применяемых в электродных котлах, а=0,0082);

t - температура жидкости.

В итоге получаем следующую зависимость:

Р=U^2xS/(g1xlx(1-a(t-18))

Как видим из полученного выражения, тепловая мощность, а значит, и потребляемая электродным котлом мощность зависит от температуры теплоносителя. Приняв соотношение постоянных величин равной 1, получим следующий график, характеризующий энергопотребление электродного котла. По данному графику видна зависимость энергопотребления от температуры теплоносителя. Экспериментально доказано, что электродный котел выходит на номинальную мощность при температуре теплоносителя 75 градусов. Т.е. если мы имеем котел мощностью 5 кВт, то при температуре теплоносителя 18 градусов котел потребляет 2,66 кВт, а при температуре 45 градусов – 3,42 кВт.
Таким образом, можем выделить следующие особенности электродных котлов:
1. За счет простоты конструкции и принципа нагрева тепловые потери в котле сведены к минимуму, благодаря чему КПД электродных котлов близки к 100 (96-98%)
2. Так как теплоноситель является элементом электрической цепи, то в электродных котлах отсутствует проблема «сухого хода», или, другими словами, если из системы отопления по какой-либо причине вытекает теплоноситель, то электродный котел просто перестает работать из-за размыкания цепи, тем самым предотвращая аварийную ситуацию.
3. Энергопотребление электродных котлов напрямую зависит от температуры теплоносителя – чем ниже температура воды в системе, тем ниже энергопотребление. На номинальный режим энергопотребления котел выходит при условии, что температура воды в системе равна 75 градусам.

4. Рабочая температура электродного котла не должна превышать 75 градусов – при увеличении температуры увеличивается мощность котла, и, как следствие, нагрузка на электросеть.
5. Электродные котлы менее инертны, что позволяет быстрее разгонять систему до заданной температуры и эффективнее применять управляющую автоматику.
6. Электродные котлы не чувствительны к перепадам напряжения. С изменением напряжения изменяется лишь мощность котла, а в целом он продолжает работать.
7. Малые габариты и низкая стоимость.
8. Электродные котлы требовательны к качеству теплоносителя.
9. При установке электродного котла необходимо наличие хорошего заземления – из-за значительных токов утечки подключение котла после УЗО (устройства защитного отключения) невозможно.