Индукционные отопительные котлы. Индукционный котел отопления: принцип работы и устройство своими руками
Люди избалованы цивилизацией и не мыслят существования без ее благ. К ним, бесспорно, относится и отопление зданий. Системы обогрева постоянно совершенствуются и становятся все более эффективными и удобными для использования.
Но этого мало. Согласитесь, совсем неплохо, чтобы отопительное оборудование было еще и экономичным. И это желание вполне осуществимо – можно изготовить индукционный котел отопления своими руками. Он способен не только обеспечивать необходимый уровень обогрева помещения, но и весьма экономно расходовать при этом энергоресурсы.
Более того, такое оборудование при желании соберет даже начинающий мастер. А как это правильно сделать и какие материалы понадобятся для изготовления – эти вопросы мы детально разберем в нашей статье. Предварительно рассмотрим устройство и принцип работы оборудования, а также плюсы его использования.
Прежде, чем заняться самостоятельной сборкой индукционного котла, предстоит разобраться с его устройством и принципом работы. И только уяснив эти моменты можно приступать к изготовлению самоделки.
Как работает индукционный котел?
Чтобы понять, как работает индукционное оборудование, нужно познакомиться с принципом его действия. А потому вспомним школьный курс физики.
Когда через токопроводящий материал проходит электрический ток, он выделяет тепло. При этом количество полученного тепла будет прямо пропорционально напряжению и силе тока. Эту закономерность открыли Джоуль и Ленц, в честь которых и назван физический закон.
Галерея изображений
Впрочем, индукционные котлы, хотя и работают от электричества, достаточно экономичны.
Галерея изображений
На пластиковую трубу с отрезками металлической проволоки внутри аккуратно наматывается медный провод
Только после этого можно тестировать новое устройство. В нем обязательно должна быть жидкость.
Если включить индукционный котел «на сухую», пластиковый корпус расплавится от высокой температуры. Это приведет к частичному разрушению отопительной системы, что недопустимо.
Еще один важный момент – грамотное обустройство заземления отопительного прибора, без чего невозможна его безопасная эксплуатация.
Особенности вихревого индукционного котла
С принципом работы индукционного отопительного прибора мы уже знакомы. Существует его разновидность: вихревой индукционный котел или ВИН, действующий несколько иначе.
Отличительные черты ВИН
Как и индукционный аналог, он работает от высокочастотного напряжения, поэтому обязательно оборудуется инвертором. Особенность ВИН устройства заключается в том, что вторичная обмотка у него отсутствует.
Ее роль выполняют все металлические детали прибора. Их обязательно изготавливают из материалов, которые проявляют ферромагнитные свойства. Таким образом, когда на первичную обмотку устройства поступает ток, резко возрастает напряженность электромагнитного поля.
Оно в свою очередь генерирует ток, сила которого стремительно увеличивается. Вихревые токи провоцируют перемагничивание, в результате которого все ферромагнитные поверхности очень быстро, почти мгновенно, разогреваются.
Вихревые устройства достаточно компактны, но за счет использования металла, их вес велик. Это дает дополнительное преимущество, поскольку все массивные элементы корпуса принимают участие в теплообмене. Таким образом КПД агрегата приближается к 100%.
Эту особенность устройства нужно учитывать, если принято решение самостоятельно изготовить котел ВИН. Он может быть выполнен только из металла, пластик использоваться не должен.
Необычная модель индукционного прибора
Эта модификация индукционного котла может показаться очень необычной, тем не менее, вполне имеет право на существование.
Более того, практика показывает, что такое устройство намного экономичнее стандартного ТЭНового котла. На обогрев стандартной «трешки» будет уходить порядка 1,8-2,5 кВт в час, тогда как электрокотел потратит как минимум 6 кВт.
При изготовлении самодельных индукционных котлов для намотки на сердечник используется только специальная обмоточная медная проволока
Собственно, котел представляет собой врезанный в отопительную систему теплообменник, который нагревается от индукционной электроплитки.
Важное звено конструкции – теплообменник, он должен быть компактным, надежным и по возможности дешевым. Расчеты показывают, что для обогрева квартиры площадью около 50 кв. м будет достаточно устройства, работающего с 40 л теплоносителя.
То есть понадобится плоский металлический бак, размеры которого варьируются в пределах 50х600х500 мм. Такую емкость вполне можно изготовить самостоятельно, сварив из профильных труб 50х50.
Работы выполняются в следующей последовательности:
- Труба 50х50 нарезается на отрезки длиной 600 мм. Всего должно получиться 9-10 штук.
- Полученные отрезки привариваются один к другому по принципу «стенка к стенке» так, чтобы получился сплошной ряд из труб.
- От трубы отрезается еще два отрезка так, чтобы их длина была равна ширине получившейся заготовки.
- Из обоих полученных фрагментов трубы отрезается одна стенка.
- Деталь устанавливается срезанной частью на сваренные вместе трубы так, чтобы получилась заготовка, напоминающая коллектор. Фрагмент приваривается к теплообменнику.
- Аналогично устанавливается второй отрезок трубы с противоположной стороны.
- В противоположные по диагонали участки теплообменника ввариваются патрубки для соединения с отопительной системой.
- Конструкция тщательно обваривается, поскольку должна быть полностью герметичной.
Теплообменник готов, его можно устанавливать на место и подводить под него источник тепла. Практика показывает, что лучше всего установить такую систему в санузле, выполнив вертикальный монтаж.
Теплообменник вваривается в отопительную систему, а плитка располагается между ним и стеной.
Домашние мастера утверждают, что если подключить к такому устройству инвертор, его энергопотребление существенно уменьшится.
После прочтения инструкций вам изготовление самодельных котлов кажется сложным и опасным занятием? Вы сомневаетесь, что самоделка будет экономнее расходовать электроэнергию для подогрева теплоносителя в системе отопления? В таком случае покупка готового нагревательного агрегата станет лучшим решением.
На нашем сайте есть полезные материалы по выбору лучшего электрокотла и рейтинг самых популярных среди покупателей моделей. А также рекомендуем ознакомиться с особенностями расчетов энергопотребления котлом и другими вариантами электрического отопления в доме:
Чтобы купить такое устройство в магазине придется потратить значительную сумму, поэтому домашние умельцы научились изготавливать их самостоятельно .
Вы используете в качестве отопительного прибора самодельный индукционный котел? Поделитесь фотографией свой самоделки и рекомендациями по сборке в блоке комментариев.
А может вы только собираетесь заняться изготовлением котла и у вас остались нерешенные вопросы после прочтения нашей статьи? Не стесняйтесь их задать – мы постараемся вам помочь.
Индукционные отопительные котлы появились в продаже недавно и сразу составили конкуренцию привычным электрокотлам с ТЭНами. При схожих размерах и потребляемой мощности индукционные нагреватели способны значительно быстрее прогреть систему, кроме того, они могут работать в системах с низким качеством теплоносителя и реже требуют обслуживания. Применив знания в электротехнике и смекалку, можно сделать индукционный котел отопления своими руками.
В основе действия индукционных котлов и других нагревательных приборов этого типа лежит способность токопроводящих материалов нагреваться под действием вихревых токов, создаваемых в результате электромагнитной индукции.
Источником индукции служит высокочастотный переменный ток, проходящий по первичной обмотке нагревательного прибора, выполненной в виде катушки. Нагревательный элемент, помещенный внутрь катушки, играет роль вторичной короткозамкнутой обмотки. В нем происходит преобразование электромагнитной энергии в тепловую.
Вихревые токи возникают и при промышленной частоте 50 Гц, но эффективность нагревателя при этом будет невысока, а работа прибора будет сопровождаться сильным гулом и вибрацией. При повышении частоты до 10 кГц и выше шум исчезает, вибрация становится неощутимой, а нагрев усиливается.
Устройство
Промышленный индукционный котел состоит из сердечника, роль которого играет теплообменник, вокруг которого намотана тороидальная обмотка, подключенная к высокочастотному преобразователю. При прохождении по обмотке тока создается переменное электромагнитное поле, в результате которого возникают вихревые токи, проходящие через сердечник.
Обмотка подключена к высокочастотному преобразователю, в котором сигналом с блока управления создается ток необходимой частоты. Современные котлы имеют высокий уровень автоматизации, позволяющий не только создать оптимальный режим нагрева теплоносителя, но и отключить устройство в случае аварийной ситуации.
Внутри сердечника-теплообменника находится теплоноситель. Под воздействием вихревых токов он нагревается до высоких температур. За счет разницы между температурой теплоносителя на входе и на выходе, из котла циркуляция теплоносителя по системе происходит непрерывно, даже без подключения насоса. Поэтому индукционные котлы можно использовать в системах с принудительной и естественной циркуляцией.
Теплоносителем может быть как вода, так и антифриз, тосол, масло. Качество жидкости при этом не имеет значения: постоянная вибрация системы, неощутимая человеком, делает невозможной осаждение накипи и других примесей на стенках теплового контура.
Внешняя оболочка - металлический корпус, оснащенный системой тепловой и электрозащитной изоляции.
Форма котла может быть любой, как и способ его установки: благодаря отсутствию бака внутри котла его размеры обычно невелики, а масса не превышает 50 кг.
Индукционный котел нельзя даже кратковременно включать в работу без заполнения системы теплоносителем! Может произойти перегрев котла и выход из строя его элементов!Достоинства:
- Высокий КПД. Большинство производителей называют цифры 95-98%;
- Большой выбор моделей различной мощности на однофазное напряжение ~220 В или трехфазное ~380 В;
- Быстрый прогрев системы отопления при запуске;
- Могут работать с любым теплоносителем;
- Контур, по которому внутри котла проходит теплоноситель, абсолютно герметичен, что исключает протечки и связанные с ними неисправности;
- Длительная работа без образования накипи и отложений. Именно это явление со временем снижает эффективность котлов с ТЭНами и служит частой причиной их поломки из-за перегрева нагревательных элементов;
- Срок службы, заявленный производителями - от 25 до 30 лет.
Не лишены нагреватели и недостатков, наиболее значимый из которых - высокая цена. Этот фактор обычно побуждает рачительного хозяина собрать самодельный индукционный котел из подручных материалов и приборов. Несмотря на сложность процессов, происходящих в котлах такого типа, возможно создать конструкцию, не отстающую по основным параметрам от котла промышленного изготовления, и сделать индукционный котел своими руками.
Котел с питанием от сварочного инвертора
Конструкция такого самодельного котла довольно проста. Наиболее сложный для самостоятельного выполнения блок, требующий знаний основ электроники и электротехники - высокочастотный преобразователь. Его функцию отлично выполняет сварочный инвертор современного типа, способный выдавать выходной сигнал с частотой 20-50 кГц.
Кроме этого для монтажа потребуются:
- медная проволока в эмалевой изоляции диаметром 1-1,5 мм;
- изолированный провод с клеммами для подключения обмотки к инвертору;
- обрезки проволоки из нержавейки диаметром 3-5 мм, длиной 5 см;
- мелкая сетка из нержавейки;
- отрезок водопроводной трубы из шитого полиэтилена или полипропилена для систем ГВС и отопления с диаметром 50 мм и толщиной стенки 8,4 мм, длина - 1 м;
- переходники с трубы 50 мм на трубы, задействованные в существующей или проектируемой системе отопления, тройник для подключения аварийного клапана и два шаровых вентиля;
- полосы текстолита для крепления обмотки;
- эпоксидный клей для изоляции обмотки;
- корпус самодельного котла, его можно сделать из распределительного металлического или пластикового шкафа, в который можно установить инвертор и закрепить нагревательный элемент.
Последовательность сборки и монтажа элементов:
- На отрезок полипропиленовой трубы диаметром 50 мм с помощью эпоксидного клея крепят 4 полосы из текстолита шириной 8-10 мм, отступив от концов трубы по 70-100 мм. На них будет намотана обмотка. Для закрепления крайних витков обмотки в текстолите можно сделать пазы.
- Наматывают 50-100 витков медной проволоки в эмалевой изоляции. Витки должны располагаться примерно через 0,3-0,6 мм на равном расстоянии. Точное количество витков зависит от диаметра используемого провода и его удельного сопротивления, а также выходных параметров инвертора.
- При установке самодельного котла в жилом помещении рекомендуется выполнить тороидальную обмотку для снижения внешнего электромагнитного поля. Тороидальная обмотка состоит из одинакового количества встречно направленных витков, при этом электромагнитные потоки взаимно компенсируются и проходят только по внутреннему контуру.
- Внутрь трубы с одного ее конца вставляют сетку из нержавейки и плотно набивают ее с другой стороны отрезками нержавеющей проволоки - она будет нагреваться под воздействием вихревых токов. Нержавейку рекомендуется использовать для того, чтобы со временем не произошло коррозионное разрушение проволоки, но теоретически подойдет любой токопроводящий металл, в том числе проволока-катанка. Второй конец трубы также закрывают сеткой.
- На оба конца трубs напаивают полипропиленовые переходники на диаметр, используемый в системе отопления. На них устанавливают шаровые вентили, позволяющие перекрыть циркуляцию и снять теплообменник для ревизии.
- Со стороны верхнего выходного переходника устанавливают аварийный клапан для сброса давления.
Обмазывают обмотку эпоксидным клеем для обеспечения качественной электроизоляции обмотки. Изготовление клея рекомендуется выполнять с небольшим отступлением от инструкции, добавив на 10-15% меньше отвердителя. Это сделает изоляцию менее хрупкой. - Крепят к выводам обмотки провода в изоляции с помощью обжимных клемм. Второй конец провода должен быть оснащен клеммами для подключения к инвертору. Диаметр проводов должен выдерживать максимальный выходной ток инвертора.
- Устанавливают теплообменник в шкаф, закрепив его на кронштейны из термостойкого не проводящего ток материала. Можно использовать текстолит.
- Подключают нагреватель к системе и заполняют ее водой.
- В нижнюю часть шкафа ставят инвертор. Подключают к нему клеммы и включают его в сеть. Производят запуск котла и настройку режима.
Из индукционной плитки
Индукционный котел можно сделать также на основе индукционной плитки. Для этого разбирают нагревательный элемент плитки и используют медный провод для намотки на сердечник, изготовленный указанным выше способом.
Блок управления плиткой используют для питания полученной обмотки, выставляя необходимую мощность на сенсорной панели управления.
Однако, этот способ имеет существенные недостатки:
- Для успешной работы такого самодельного котла нужно рассчитать параметры индуктивности вновь собранной катушки. Они могут не совпасть с теми, на который рассчитана электроника плитки, в результате чего блок управления может выйти из строя. Для расчетов нужно обладать неплохими знаниями в области электротехники и уметь разбираться в схеме подключения;
- Большинство моделей плит оснащено автоматическим отключением через 2-3 часа после начала работы конфорки. Это приведет к регулярному отключению котла;
- Плитки индукционного типа обычно имеют мощность не более 2,5 кВт, поэтому пригодны только для переделки на котел малой мощности.
Ошибки в устройстве индукционного котла из плитки показаны в видеоролике:
Более простой вариант использования индукционной плитки , исключающий разборку устройства и монтаж новой схемы - установить на неё герметичный бак из нержавейки подходящего размера с входным и выходным штуцером и подключив его в качестве котла в систему отопления. С такой схемой подключения справиться практически каждый.
При наличии необходимых знаний и умения разбираться в схемах можно последовать примеру автора видеоролика и собрать функциональный индукционный котел из плитки, доработав его схему.
Нагреватель сухого типа
Принцип работы индукционного котла предполагает использование воды или другой жидкости не только в качестве теплоносителя, но и для охлаждения сердечника. Но нагрев вторичной обмотки, роль которой в этом устройстве играет труба с водой, произойдет и в том случае, если она будет состоять только из металла.
Степень нагрева в этом случае зависит от соотношения силы электромагнитного поля, создаваемого обмоткой, и массы металла сердечника. Произведя расчеты, можно создать сухой индукционный нагреватель своими руками из металлических труб и медной обмотки, как это показано в видео.
Использование индукционного котла обходится дешевле, чем обычного электрокотла с ТЭНами, и самодельная конструкция позволит значительно уменьшить затраты на его установку. Аналогично можно собрать водонагреватель проточного типа для установки на даче, подобрав устройство необходимой мощности.
Индукционный электрический котел отопления многие по прежнему воспринимают инновационным продуктом, который должен помочь существенно сэкономить ваши деньги.
В реалии эти агрегаты имеют очевидные даже на первый взгляд недостатки:
- очень высокая цена
- сложность в эксплуатации при подключении доп.оборудования (бойлер)
Как же рекламщики рассказывают об этих преимуществах? Практически всегда они сравнивают его с тэновым котлом. Так как именно они занимают 90% рынка электро-котлов.
При этом выделяются недостатки (реальные или мнимые) для оборудования с тэном, и приводятся достоинства, что в индукционных такого и близко нет. А значит они лучше.
Давайте пройдемся по этим недостаткам и преимуществам поподробнее.
Отсутствие нагревательного элемента
Первое – в эл.котле индукционном, якобы нагревательных элементов нет. А вот в тэновом, их иногда более десятка, а значит высока вероятность их поломки, может и нескольких сразу.
Но если бы не было нагревательного элемента, то чем бы тогда котел нагревал воду? Та же самая катушка по сути и выполняет эту роль, только без соприкосновения с жидкостью. Поэтому данный элемент присутствует в любом таком агрегате.
А вот что касается высокой вероятности выхода ТЭНов из строя, то это напрямую зависит от той продукции и производителя, что вы покупаете.
Есть специалисты установившие за годы своей работы более 500 тэновых котлов, и не поменявшие по гарантии за все это время ни одного элемента.
Соединения и фланцы
Второй недостаток при сравнении – большое количество уплотнительных соединений (тэны, фланцы) и полное их отсутствие в котле индукционном. Здесь данные преимущества и недостатки можно даже поменять местами.
Ведь если ТЭН все-таки выйдет из строя, вы сможете его легко заменить. Либо просто кратковременно исключить его из схемы, поставить перемычки по другому и продолжить работу.
А вот если сгорит катушка (из-за межвиткового замыкания), то во сколько обойдется вам ремонт? И сможете ли вы обогреваться с такой поломкой и дальше?
Умягчение воды и накипь
Третий момент – при плохой подготовке воды и большой нагрузке, на поверхности нагревательных элементов образуется накипь. В индукционных, накипь исключена.
Во-первых, той самой накипи, как многие ее себе представляют, исходя из примера с чайником, в системах отопления нет. Так как жидкость там не закипает.
А вот отложения, безусловно есть всегда и везде. Причем в любых системах – газовых, тэновых, дровяных, индукционных и т.д.
"накипь" в газовом котле
Это именно те примеси, которые по любому присутствуют в воде. Налейте в чистый стакан воды, дайте ей испариться и на стенках вы увидите тонкую пленку.
Поэтому наличие примеси или ее отсутствие – это не недостаток или преимущество, а данность любой системы отопления.
Ослабление контактов
Клеммные контакты в тэновых моделях, причем их большая часть, могут находиться в режиме перепада температур. Нагрев при максимальной нагрузке, и остывание при отключении.
А это накладывает обязательства по их ревизии и подтяжке.
А в индукционных, якобы нет электрических контактов. На самом деле они есть всегда и везде, в том числе и в индукционных.
Но что касается первых, то в последние годы стали выпускаться экземпляры с качественными винтовыми зажимами.
Либо вообще могут присутствовать винтовые соединения с гроверной шайбой, которые не требуют обслуживания, или пружинные зажимы, также годами обходящиеся без контроля и ревизии.
Фактически это высосанные из пальца преимущества.
Замена ТЭНа
Срок службы тэнов зависит от качества теплоносителя. Как уверяют ”сравнители” – это всего 1000 часов работы, если не принять меры и не умягчить жесткую воду. Ну а если умягчили, то около 5000.
При использовании этих данных, перепутаны системы отопления и водоснабжения.
Это может относиться только к ГВС или центральному отоплению. Там оператор котельной не способен отследить утечки воды.
Если речь идет чисто о вашем доме, где все собрано и закольцовано без протечек и дыр, то никакой постоянной подготовки воды не требуется. Какие-то элементы в воде, конечно же будут содержаться, но однажды будучи налиты в систему отопления, они один раз прореагируют и более, им неоткуда будет взяться.
У индукционных, якобы низкая стоимость эксплуатации из-за очень редкой замены узлов. На самом деле, это в качественных тэновых образцах, элементы меняются крайне редко, о чем уже говорилось выше.
А вот если вам понадобится что-то поменять в индукционном, то вы крепко задумаетесь, прежде чем это сделать. Там все запечатано в герметичной колбе и без ее физического разрезания внутрь не подобраться.
Снижение КПД электрокотла
Еще один аргумент при сравнении – индукционный котел в период эксплуатации не теряет своей первоначальной мощности. А вот у тэна из-за образования накипи, это происходит в порядке вещей.
Даже иногда приводятся расчеты, согласно которым, в течение всего одного года, мощность тэнового уменьшается на 15-20%. А значит, снижается и его КПД.
Давайте разберем это поподробнее.
Практически у любого электрического котла КПД превышает 98%. И даже котлы, работающие на токах сверхвысоких частот от 25кГц и выше, что могут для вас изменить? Добавить лишних полтора процента, но при этом подскочить в цене на 100%?!
Что касается отложений на элементе ТЭНа, то они действительно присутствуют.
В системах водоснабжения в бойлерах прямого нагрева, на рабочий элемент осаждается некая ”накипь”. Она на самом деле постепенно препятствует быстрому прогреву воды.
А что происходит там, где нет постоянной подпитки примесей? На ТЭНе может осесть небольшой слой отложений, однако:
- этот слой не достаточно толстый
- он никоим образом не препятствует передаче тепла
Для примера, пусть на чистой поверхности греющего элемента, теплообмен условно происходит при t=60 градусов. Как только эта поверхность загрязнится отложениями, теплообмен никуда не исчезнет, а начнет происходить при больших градусах, допустим 75-80С.
А соответственно, свое изначальное КПД, котел никоим образом не теряет.
То есть фактически, и на чистом элементе нагрева и на грязном, происходит передача одинакового количества энергии, только при других температурах.
Сравнение тэнового и индукционного котла одинаковой мощности
Но самый главный пункт для сравнения, это конечно же итоговая стоимость изделий и во сколько обойдется содержание, той или иной системы отопления.
Давайте реально сравним две модели примерно одинаковой мощности:
Для первой модели в комплектации поставляются:
- насос
- датчик температуры
- запорная регулирующая арматура
Вес экземпляра на 25квт – порядка 80кг.
В чем отличие качественного тэнового котла? Во-первых, он весит почти на 40кг меньше.
Кроме того, вся электронная начинка спрятана у него внутри. А значит никакого объемного шкафа управления, занимающего дополнительное место не нужно.
Кроме вышеперечисленной комплектации для индукционного котла, которая в тэновом изначально также присутствует, в него входят дополнительные функциональные узлы:
Это хорошо тем, что котел сам может выбирать мощность, на которой ему в данный момент нужно работать. Температура на улице меняется плавно, и при большом количестве ступеней, можно гибко подобрать необходимую мощность, чтобы избежать частых включений-отключений.
В индукционном, вы в ручную выбираете одну, две или три ступени, и при каком то значении у вас сразу происходит включение максимальной нагрузки в 25квт.
Вы своими глазами будете наблюдать постоянные моргания света при таких переключениях. А еще, мощные электрические контакторы своими хлопками и перещелкиваниями, реально могут заставить вас подпрыгивать каждый раз от неожиданности.
В тэновых, установлены тихие реле, либо контактор компактных размеров, их работу вы можете услышать, только находясь непосредственно возле агрегата.
Именно она занимается переключением ступеней. Как только котел ”видит”, что скорость нагрева идет через чур быстро, он откидывает одну ступень, затем еще одну и т.д. Если температура меньше заданной, он эту ступеньку добавляет.
Работая на 40 градусах и переключившись на бойлер, он самостоятельно разгонится до 80С, нагреет титан и затем вернутся в прежний режим.
Если такую же автоматику включить в индукционные котлы, то при P=25квт они бы стоили не 85тыс, а на сотню тысяч дороже. Ведь в изначальном варианте все управление в них осуществляется по температуре протока.
Вопрос покупать или не покупать индукционный котел, или сделать выбор в пользу тэнового, конечно каждый решает сам за себя. Но многие все больше убеждаются, что индукционный котел это не тот агрегат отопления, который стоит монтировать в индивидуальных частных домах и коттеджах.
Конечно, без индукционного нагрева в некоторых конструкциях, производственных и рабочих помещениях обойтись невозможно. Например, нагрев среды в хим.производстве, которая должна оставаться стерильной.
Поэтому лучше оставьте такой вид обогрева там, а не тащите его к себе домой. Незачем мучиться со сложным, тяжелым, габаритным агрегатом, если можно обойтись другими весьма изящными решениями.
Электрические индукционные котлы отопления позиционируются как очень экономичные средства обогрева жилья. В этой статье мы попытаемся трезво оценить эти устройства: расход электричества, удобство использования и прочие особенности решения.
На фото — герой нашей статьи.
Что это такое
Индукционный отопительный котел, как вполне логично следует из названия, использует принцип электромагнитной индукции. Если намотать из толстой проволоки катушку и пропустить через нее достаточно большой ток — в ней и, отчасти, вокруг нее возникнет электромагнитное поле .
Если поместить в катушку сердечник из любого ферромагнетика (говоря попросту — металла, к которому липнет магнит) — в нем возникнут вихревые токи, которые неизбежно заставят частицы металла двигаться быстрее. Нагреют.
А теперь давайте намотаем катушку на трубу из диэлектрика, а внутри любым способом закрепим стальной сердечник. Осталось вставить получившуюся конструкцию в контур отопления — вот, собственно, и готов, сделанный своими руками индукционный электрический котел отопления.
Принцип работы прост и понятен:
- Потребляемая электроэнергия преобразуется в электромагнитное поле.
- Его энергия тратится на нагрев сердечника.
- Сердечник отдает избыточное тепло теплоносителю — воде, маслу или этиленгликолю.
- Быстрый и сильный нагрев воды или другой жидкости в определенной области порождает в ней конвекционные потоки. Нагревшийся теплоноситель расширяется и стремится вверх. Создающийся перепад достаточен для работы контура умеренной протяженности; если нужно ускорить циркуляцию теплоносителя — используется обычный .
Обратите внимание: конструкция позиционируется как инновационное сверхэкономичное решение, позволяющее расходовать на 20-30 процентов меньше электроэнергии.
Мифы и реальность
Любой продавец заинтересован в продаже своего товара и ради того, чтобы его покупали, вполне способен исказить факты. Давайте проанализируем все основные тезисы, упоминающиеся в рекламе этого типа нагревательных устройств.
Новизна
Тезис: перед нами инновационная разработка, основанная на новом физическом принципе.
Реальность:
- Явление индукции было открыто Майклом Фарадеем почти два века назад — в 1831 году.
- В металлургии индукционные плавильные печи массово применяются со второй половины 20-го века.
- Ни новые материалы, ни какие-то высокие технологии при изготовлении индукционных котов не применяются.
Вывод: давно известный принцип работы используется лишь для того, чтобы создать и занять новую рыночную нишу.
Экономичность
Тезис: индукционные котлы для отопления дома позволяют экономить электричество, потребляя при той же теплоотдаче на 20-30 процентов меньше аналогов.
Реальность:
- Любой электрический прибор прямого нагрева, не совершающий механической работы (то есть не перемещающий никакой массы против вектора гравитации), преобразует 100% потребляемой электрической мощности в мощность тепловую.
КПД может различаться лишь за счет рассеивания тепла вокруг котла вместо нагрева теплоносителя.
Заметьте: если котел размещен в отапливаемом помещении — это тепло не теряется, а опять-таки идет на подогрев воздуха.
- Эффективность нагрева теплоносителя определяется температурой нагревательного элемента. В случае ТЭНа ее приходится искусственно ограничивать; монолитный сердечник может разогреваться почти до точки плавления.
В рекламных заявлениях часто приводятся результаты эксперимента, в котором индукционный котел нагрел фиксированный объем теплоносителя до определенной температуры за 3 часа, в то время как ТЭНовому на это понадобилось шесть. При этом затраты электроэнергии были незначительно меньше, нежели у индукционного.
Авторы эксперимента демонстративно игнорируют тот факт, что за 6 часов любой контур отопления рассеет намного больше тепла, чем за 3. Законы физики просты: чтобы получить киловатт-час тепловой энергии методом прямого нагрева с помощью электричества, нужно потратить киловатт-час электроэнергии. Точка.
- Большое количество тепла неизбежно будет выделяться на самой индуктивной катушке — просто потому, что она представляет собой проводник с ненулевым сопротивлением и текущим в нем большим током.
Нецелевое рассеивание тепла будет определяться качеством внешней теплоизоляции котла. Впрочем, если он расположен в доме — опять-таки тепло пойдет на его обогрев.
Выводы: мы имеем дело с манипулированием информацией ради подъема продаж.
Долговечность
Тезис: срок безотказной службы устройства превышает 25 лет. Оно крайне надежно по сравнению с традиционными отопителями и не нуждается в обслуживании.
Реальность:
- Котлы этого типа не содержат ни одной подвижной детали. Механический износ отсутствует как класс.
- Медная обмотка достаточной толщины при должном охлаждении теплоносителем будет служить неограниченно долго. Межвитковый пробой из-за плохой изоляции ей тоже не грозит: катушка наматывается не виток к витку, а с небольшими промежутками между ними.
- Сердечник при нагреве неизбежно будет подвергаться эрозии водой и пузырьками пара, постепенно разрушаясь. Однако при его достаточной толщине это очень долго не станет проблемой.
- Схема управления котлом должна содержать несколько довольно мощных транзисторов (ей придется управлять большими токами).
Срок службы полупроводников редко превышает 10 лет; впрочем, он в большой степени определяется тонкостью техпроцесса.
Грубо говоря, транзисторы, произведенные 30 лет назад, живут в несколько раз дольше нынешних. Здесь все зависит от примененной элементной базы.
Выводы: отопительные индукционные котлы вполне могут быть куда более долговечными по сравнению, как с традиционными ТЭНовыми устройствами с их ограниченным сроком службы нагревательных элементов, так и с электродными, в которых анод неизбежно растворяется в воде за несколько лет.
Неизменность характеристик
Тезис: для традиционных котлов характерно падение мощности благодаря накипи на нагревательных элементах. Здесь же характеристики неизменны.
Реальность:
- Реклама несколько переоценивает вред от накипи. В замкнутом контуре большому количеству известковых отложений неоткуда взяться; да и теплопроводность слоя отложений не настолько низка, чтобы серьезно теплоизолировать ТЭН.
- Применительно к сердечнику индукционного котла, однако, утверждение представляет собой чистую правду: накипь на нем практически не образуется даже в том случае, если вода богата известью.
Вихревые токи заставляют сердечник вибрировать, да и вскипающие у его поверхности мельчайшие пузырьки воды (при максимальной мощности, разумеется) разрушают любую накипь.
Эта каноническая фотография ТЭНа после нескольких лет эксплуатации — явное преувеличение проблемы.
Бесшумность
Тезис: устройство работает абсолютно бесшумно, выгодно отличаясь этим от альтернатив.
Реальность:
- любого типа не издает при своей работе громких звуков. Просто в силу своего устройства: нагрев воды не требует никаких акустических колебаний.
- Бесшумным индукционный нагреватель будет лишь в том случае, если для циркуляции воды используется порождаемая им конвекция. С другой стороны, ТЭНовые котлы всегда снабжаются насосами, которые вовсе не беззвучны.
- Если в контуре с нагревателем интересного нам типа большое гидравлическое сопротивление вынуждает применить насос — уровень шума будет таким же, как у ТЭНового котла.
Компактность
Тезис: индукционные отопительные котлы имеют небольшие размеры, благодаря которым могут монтироваться в любом помещении.
Реальность: при разумной мощности это действительно так. Устройству не нужна сколь-нибудь большая емкость, в которой нагревательные элементы греют теплоноситель: он представляет собой всего лишь отрезок трубы с намотанной на него катушкой.
Нюанс: в ТЭНовых электрических котлах существенную часть объема корпуса занимают циркуляционный насос и расширительный бак.
Выводы: в целом заявление абсолютно правдиво.
Безопасность
Тезис: устройство абсолютно безопасно.
Реальность: при утечке теплоносителя сердечник, оставшийся без охлаждения, расплавит крепление и корпус в считанные секунды. Положиться можно только на автоматическое отключение при перегреве или датчик давления.
Выводы: в плане безопасности эксплуатации конструкция ничем не отличается от конкурирующих решений.
Общая оценка
Перед нами удобное и компактное устройство для обогрева без каких-либо конструктивных недостатков. Цена котла этого типа примерно вдвое превышает стоимость ТЭНового нагревателя. При этом ни реальной экономии, ни каких-либо других чудес ждать от него не приходится.
Инструкция по монтажу вполне стандартна:
- В контуре должен присутствовать расширительный бачок;
- Для приборов мощностью от 7 КВт нужны 380 вольт;
- В системе с естественной циркуляцией котел монтируется строго вертикально;
- Для приборов большой мощности или в контуре с высоким гидравлическим сопротивлением обязательна .
Как обычно, некоторое количество дополнительной информации об индукционных нагревателях вы найдете в видео в конце статьи. Теплых зим!
Индукционный котел представляет собой устройство для отопления помещений путем индукционного нагревания с аккумуляцией тепла. Котел состоит из двух контуров:
- — первичный контур представлен в виде магнитной системы;
- -вторичный контур является теплообменным устройством или тепловыделяющим элементом.
Индукционный котел применяется для:
- — обогрев жилых помещений;
- — обогрев административных и промышленных корпусов и сооружений;
- — обогрев конструкций с особыми предписаниями по безопасности и экологии;
- -резервация источников теплоснабжения;
- — применение в системе горячего водоснабжения;
- — коррекция процесса теплообеспечения при эксплуатации нестабильного возобновляемого источника энергии и низкосортного местного топлива;
- — подключение к системам с комбинированным (бивалентным) отоплением;
- -подключение к системе отопления с дистанционным управлением;
- — использование в системах технологического нагрева с применением промежуточного жидкого теплоносителя (до 115°С) как в проточных системах, так и с камерным реактором.
Принцип работы индукционного котла
Изначально индукционный котел отопления производили трансформаторного типа. В нем на традиционный Ш-образный сердечник из металла с первичной обмоткой помещена короткозамкнутая вторичная обмотка, изготовленная из труб, по которым и циркулирует теплоноситель.
Недостатком такого котла является большой размер и вес, а также проблема с плавным регулированием мощности.
Уменьшить вес и размер аппарата помогло использование преобразователя, работающего на высокочастотных токах. Термоидальная обмотка, которая находится на корпусе котла, позволяет значительно увеличить КПД и сделать минимальным магнитное поле возле индукционного котла.
Индукционный котел отоплениязащищен металлическим ударопрочным корпусом, внутри которого располагаются:
Таким образом, такой котел имеет двойные стенки и объединяет в себе сердечник и нагревательный элемент. Между стенками котла вварены патрубки, через которые подается теплоноситель. Он охлаждает конструкцию, нагревающуюся из-за воздействия переменного тока. Благодаря высокочастотному переменному магнитному полю индукционный ток выталкивается на внутреннюю поверхность стенок котла. На стенках ток соприкасается с теплоносителем.
Накипь практически не образуется благодаря соединению электромагнитного поля с высокочастотными вибрациями стенок. При необходимости индукционный котел можно изолировать защитным кожухом с теплоизоляцией.
Характеристики индукционного котла для отопления дома
Уровень КПД достигается 99% и поддерживается стабильно высоким во время эксплуатации. Имеет рабочую частоту тока в 50 Гц с минимальными помехами в сети. Вся используемая энергия из сети применяется для получения тепла.
Поэтому при переходе на данный способ отопления затраты на эксплуатацию снижаются на 30%.
Котлы выпускаются мощностью 2,5-500 кВт. Котел имеет максимальную защиту от накипи. В конструкции котла полностью отсутствуют разъемные соединения, благодаря чему вероятность течи заметно снижается.
Схема подключения индукционного котла
В конструкции котла отсутствуют элементы, которые могут подвергаться механическому износу, так как в нем не используются движущиеся детали и устройства. Индукционный нагрев совместим с использованием различных жидких теплоносителей: воды, масла и антифриза. Для использования этих жидкостей не требуется технологическая подготовка. Для установки котла не требуется отдельное помещение. Совместим с различными системами отопления.
Полностью автономен. Не нуждается в профилактических работах в неэксплуатируемый период. Для выполнения монтажных работ и обслуживания нет необходимости привлекать высококвалифицированных сотрудников. Термин эксплуатации индукционного нагревателя для отопления сооружений составляет не менее 30 лет.
Данный тип нагревателя обладает высокой степенью электро‐ и пожаробезопасности, так как нагревательный элемент и индуктор не имеют между собой электрическую связь. Если нагреватель работает в системе отопления и горячего водоснабжения, его граничная температура может превышать температуру теплоносителя до 10‐30°С.
В зоне воздействия высокой температуры полностью отсутствуют электрические контакты. Исключение составляют 2 — 6 выводов термостойкого кабеля, которые достаточно удалены от области нагрева и не требуют каких-либо мер для обеспечения качественного электрического контакта. Эксплуатация индукционной технологии обогрева с промышленной частотой тока дает возможность максимально эффективно применять индукционный котел в различных отраслях промышленности.
Индукционный котел бесшумен в работе и экономичен в использовании, о нем положительные отзывы
Экономичность котла обеспечивается:
- — более малой инерцией нагрева;
- — применением современной автоматики;
- — использование современных радиаторов (чугунные повышают расход энергии).
- — надежность и длительный срок эксплуатации за счет простотой конструкции.
Мероприятия для поддержания экономичности котла
Индукционный котел
Необходимо обеспечить качественную теплоизоляцию помещений. Отопительная система должна быть правильно спроектирована и установлена высококвалифицированным специалистом. С целью обеспечения качественного обогрева помещения необходимо правильно подобрать комплект автоматики. Автоматика может быть установлена электронная или механическая. Механическая автоматика оснащена надежным устройством управления, но она не способна поддерживать точные показатели мощности. Механическая автоматика более выгодна для использования в производственных, нежилых, складских помещениях, гаражах.
В системе отопления, построенной согласно правилам, индукционный котел запускается с малой мощности, прогревая, постепенно увеличивает мощность до номинального значения. Современная автоматика обеспечивает поддержание оптимальной температуры в помещении с погрешностью ± 0,2 °С.
Подбор мощности индукционного котла
Если необходимо отапливать здание площадью 150 кв. метров и высотой потолка 3 м, следует рассчитать отапливаемую площадь. Для этого площадь здания (в нашем случае 150м 2) умножаем на высоту потолков – 3 м. Получаем отапливаемую площадь 450 кв.метров.
Одни киловатт индукционного котла рассчитан на 13 м 2 , значит на просчитанную площадь будет достаточно для обогрева котла мощностью 16кВт.
Данный расчет будет корректным только в случае проведения теплоизоляционных работ перед обогревом сооружения.
Подытожим вышесказанное. Индукционный котел используется для отопления жилых зданий и промышленных объектов. Котел совместим со многими системами отопления. Пригоден для автономного отопления и в комбинации с другими источниками обогрева. Устройство стабильно в работе. Потребляет равное количество энергии не зависимо от срока службы аппарата.
Имеет большой срок эксплуатации и не требует замены комплектующих и межсезонного обслуживания. Практически не образует накипи. К недостаткам можно отнести невозможность полностью очистить котел от накипи и отложений. Так как аппарат не разбирается, его можно только промыть специальными химическими реактивами. Также следует тщательно защищать блок управления от перегрева.
Наличие современной автоматики позволит экономить до 30% ресурсов. В жилых помещениях целесообразно использовать электронную автоматику. Она позволит плавно регулировать мощность прибора, включать и отключать устройство при необходимости, поддерживать заданный температурный режим. Использование дистанционного управления настройками электронной автоматики позволит организовать процесс управления комфортным для пользователя.
Видео: индукционный котёл ВИН