Сравнение ТЭНового и электродного котлов

ТЭНовые и электродные котлы, хотя и являются по сути электрическими котлами, используют немного разные принципы нагрева теплоносителя. В ТЭНовом  процесс нагрева теплоносителя происходит за счет нагрева ТЭНа при протекании через него электрического тока. Точнее сказать, внутри трубчатого электронагревателя находится спираль из проволоки большого удельного электрического сопротивления, которая и нагревается до 1200 – 1500 градусов, создавая за счет этого температуру на поверхности до 800 градусов. Т.к. проволока эта находится внутри трубки, то прямого контакта электрического тока с теплоносителем нет. К недостаткам ТЭНов следует отнести высокую металлоемкость и стоимость из-за использования дорогостоящих материалов (нихром, нержавеющая сталь), не очень высокий срок службы, невозможность ремонта при перегорании спирали. ТЭны не боятся вибраций и ударов, но не являются взрывобезопасными. Работа «насухую», т.е. без воды в системе зачастую приводит к пожарам.
Принцип работы электродного котла с ТЭНовым схож тем, что в электродном котле роль проволоки играет сам теплоноситель. Ток, протекая через воду, нагревает последнюю с очень большой скоростью. А так как сам теплоноситель является элементом электрической цепи, то к ней предъявляются ряд жестких требований. Во-первых, теплоноситель должен обладать определенным сопротивлением для получения необходимого количества тепла. И, во-вторых, вода должна быть чистой, крайне нежелательно присутствие всякого рода механических включений. Для удовлетворения первого условия необходимо отрегулировать электрохимические свойства воды при запуске, для удовлетворения второго – всего лишь поставить фильтр. Но, следует заметить, что в отличие от ТЭНового котла, утечка воды из системы приведет всего лишь к отключению системы, так как за неимением одного элемента цепь будет разомкнута.
Физика процесса нагрева, происходящего в электродном котле, рассмотрена в статье"Физико-математическая модель работы электродных котлов".

Мощность ТЭНа определяем по формуле Pтэн=(U^2)/R, где U -напряжение в сети, R - сопротивление ТЭНа.

Т.к.  все величины в данном выражении постоянны, то и мощность ТЭНового котла постоянна.

Энергопотребление ТЭна определяем как Рэ=КэфхРтэн/КПД, где КПД=0,95...0,98.

Появление коэффициента Кэф объясняется тем, что в процессе нагрева воды ТЭНом на поверхности последнего образуется накипь, которая снижает эффективность работы нагревателя. Накипь на ТЭНе образуется за счет физико-химических процессов, протекающих при нагреве воды. Заметим, что температура на поверхности ТЭНа достигает 1500 градусов. Один из процессов, которые протекают при нагреве – это процесс разложения жесткой воды:

Са(НСО3)2=СаСО3+СО2+Н2О, в результате которого именно карбид кальция СаСО3 "нарастает" на поверхности ТЭНа.

Для информации приведем следующее:
«Государственный стандарт Союза ССР. Вода питьевая.
ГОСТ 2874-82. Дата введения 01.01.85.
Наименование показателя Норматив (не более)
Микроорганизмов в 1 куб. см 100
Бактерий группы кишечной палочки в 1 куб. дм 3
Алюминий остаточный, мг/куб. дм 0,5
Бериллий, мг/ куб. дм 0,0002
Молибден, мг/куб. дм 0,25
Мышьяк, мг/куб. дм 0,05
Нитраты, мг/куб. дм 45
Свинец, мг/куб. дм 0,03
Селен, мг/куб. дм 0,01
Сероводород 0,05
Фтор, мг/куб. дм (для умеренного клим. пояса) 1,5
Водородный показатель, pH 6,0-9,0
Железо, мг/куб. дм 0,3
Жесткость общая, моль/куб. м 7,0
Сухой остаток, мг/куб. дм 1000
Хлориды, мг/куб. дм 350
Цинк, мг/куб. дм 5
Запах при 20 С, баллы 2
Вкус и привкус при 20 С, баллы 2
Цветность, градусы 20
Мутность по стандартной шкале, мг/куб. дм 1,5».
Т.е. процесс разложения жесткой воды, описанный выше – далеко не единственный, который влияет на образование «накипи» на ТЭНе. Вот как раз накипь и влияет на коэффициент Кэф эффективности ТЭНа.
Для примера приведем данные Министерства Энергетики США о повышении затрат энергии с ростом толщины слоя накипи на теплообменной поверхности:

Видимо, данные эти приведены для промышленных ТЭНов, т.к., как показывает практика, в бытовых нагревателях при росте накипи более 3 мм ТЭН перегорает.
Есть два пути борьбы за увеличение срока службы ТЭНа – использование разного рода умягчителей воды (типа магнитных резонаторов) или использование подготовленной (или дистиллированной) воды в системе отопления. Но первый способ ведет к значительному удорожанию системы отопления, второй – ставит ТЭНовые котлы в один ряд с электродными с точки зрения подготовки теплоносителя.
Понятно, естественным желанием будет отделить контур котла от контура системы отопления путем установки теплообменника. Это возможно сделать как на электродном, так и на ТЭНовом котле. Но, опять таки, тогда встает вопрос экономичности эксплуатации системы отопления.