Индукционные котлы для отопления дома

Особенности

В настоящее время многие домовладельцы сталкиваются с проблемами, связанными с проведением отопления. Особенно это касается построек, которые располагаются слишком далеко от линий подачи газа. Конечно, в такой ситуации можно обойтись покупкой газовых баллонов, однако при этом возможны перебои с их поставками. В этом случае оптимальным вариантом станет индукционный отопительный котел, который работает от электричества.

Подобные агрегаты по многим параметрам превосходят традиционные аппараты, работающие с помощью тэнов. Электрический нагрев сам собой является искусственным процессом повышения температуры за счет проведения энергии извне. Существует несколько различных типов этих агрегатов. Сегодня их выпускают многие производители, поэтому перед современными покупателями стоит довольно широкий выбор индукционных котлов на любой кошелек.

Современные индукционные котлы отличает эффективность их работы. Именно поэтому их выбирают многие потребители. С таким агрегатом в доме всегда сохраняется комфортная температура и уютная обстановка, что отмечают многие владельцы частных домов. Однако следует учесть, что подобные отопительные системы, несмотря на свою эффективность, нельзя назвать «дешевым удовольствием».

По этой причине некоторые люди решаются изготовить их самостоятельно. Эта задача является вполне выполнимой, но для этого нужно владеть определенными знаниями и хотя бы минимальным мастерством.

Вихревой индукционный нагреватель

Вихревой индукционный нагреватель (ВИН) представляет собой некую разновидность  индукционной плиты. Он состоит из катушки, магнитопровода и теплообменника. Переменный ток, протекающий по катушке, образует переменное магнитное поле. Если в это поле поместить токопроводящий материал, то он будет разогреваться. Основное преимущество ВИН в том, что температура индуктора не превышает 140град.С. Кроме того, переменное магнитное поле противодействует образованию накипи.  В отличии от вихревого теплогенератора, принцип действия ВИН вписывается в законы физики. КПД вихревого индукционного нагревателя близок к 100%, что дает ему право на применение в системах отопления и иных системах нагрева жидкостей.Однако, что нам обещают продавцы вихревых индукционных нагревателей? А вот здесь начинаются чудеса. Обещают экономию до 50% по сравнению с обычными ТЭНами. Тоесть, либо КПД ТЭНа равен 50%, либо КПД ВИНа равен 200%. Попробуем разобраться. Ваш покорный слуга не поленился и позвонил в несколько компаний продающих вихревые индукционные нагреватели. Самый главный вопрос, который был задан — какое преимущество я получу, заплатив достаточно большие деньги за этот прибор? Вот какие ответы я получил:

У нас очень много продаж и все довольны

Фантастическая надежность и долговечность

Экономия до 50% по сравнению с ТЭНами

Отсутствие шума

Ну, с первым и вторым утверждениями можно поспорить. По поводу шума — ТЭНы тоже не шумят. А, вот, с экономией — это интересно. Оказывается (по утверждению продавцов), образование накипи на ТЭНе снижает его КПД. Соответствено, экономичность ВИНа обусловлена постоянным КПД по сравнению с ТЭНами. Но позвольте, каким образом накипь снижает КПД ТЭНов? Вспомним про закон сохранения энергии. Допустим, подвели мы к ТЭНу 1кВт электрической мощности. Соответственно, мы должны получить 1кВт тепловой энергии. Если тепла получаем меньше, то оставшаяся энергия должна выделяться в каком-то ином виде. Что-0то я не припомню, чтобы ТЭНы в воде светились или выделяли, скажем, электромагнитные волны. Несомненно, накипь снижает теплоотдачу ТЭНа, но это никак не влияет на его КПД. При снижении теплоотдачи, повышается температура самого ТЭНа, а, следовательно, повышается его электрическое сопротивление. При повышении электрического сопротивления, понижается мощность, потребляемая этим ТЭНом. На самом деле, изменение температуры и потребляемой мощности настолько незначительны, что рядовой пользователь этого даже не заметит. Закипит чайник через минуту или через минуту и 5 секунд — имеет ли это значение? При этом, количество электроэнергии, необходимой для подогрева чайника с водой, останется неизменным. Однако, продавцы ВИНов пытаются перевернуть ситуацию с ног на голову и говорят о снижении КПД.

Таким образом, ВИН может быть альтернативой ТЭНам, но никакого выигрыша в экономии он не даст. Чудес на не бывает А что касается «фантастической надежности», за те деньги, которые стоит ВИН, можно купить несколько электрических котлов и устроить резервирование. Надежность будет в несколько раз выше.

Как устанавливать подоконник: пошаговая инструкция, особенности монтажа и рекомендации

Принцип работы парового котла

В первую очередь нужно понять, что называется паровым котлом. Паровой котел – это устройство, генерирующее пар. Существует два вида вырабатываемого пара – насыщенный и перегретый. Температура насыщенного составляет 100 градусов, а давление – 100 кПа. Перегретый пар разогревается вплоть до 500 градусов, а величина давления при этом может превышать 26 МПа. Насыщенный пар используется в агрегатах бытового назначения, а перегретый ввиду своих особенностей применим только на объектах промышленного масштаба.

Сырьем для создания пара является вода, которая перерабатывается в котле, работающем на любом виде топлива. Созданный пар в процессе работы преобразуется в теплоноситель, доставляющий тепловую энергию на участок его применения.

Независимо от особенностей конструкции конкретного устройства, общий принцип работы парового котла всегда остается неизменным:

  • Первым делом воду проходит этап очистки и направляется в резервуар (обычно находящийся в верхней части устройства) при помощи электрического насоса;
  • Накопленная в резервуаре вода поступает в трубы, ведущие к расположенному ниже коллектору;
  • Из коллектора вода направляется вверх, поступая в зону нагрева;
  • В трубе вода преобразуется в пар, выходящий вверх за счет разницы давлений жидкости и газа;
  • В верхней части конструкции располагается сепаратор, позволяющий отделить пар от воды и отвести излишки последней в резервуар;
  • Пар направляется в трубопровод и отправляется к потребителям;
  • В парогенераторах этап нагрева осуществляется еще раз для достижения паром необходимого состояния.

Чтобы хорошо понять, как работает паровой котел, нужно также рассмотреть особенности его конструкции, о чем речь пойдет дальше.

Конструкция индукционного котла

По сравнению с другими конструкциями отопительных котлов, конструкция индукционного котла максимально проста. В конструкцию входят следующие основные части:

  • Элемент, создающий переменное электромагнитное поле (катушка);
  • Теплообменник(и). Ими выступают сердечник катушки и часть корпуса;
  • Электрический шкаф, в котором сосредоточено управление котлом;
  • Подводящие проводники и патрубки на вход и выход теплоносителя.

Остальные элементы котла зависят от фирмы производителя и не имеют принципиального значения для работы.

 По конструкции, а вернее по простоте конструкции, индукционные электрические котлы ближе всего к электрическим ТЭН котлам. С ними и сравним их далее.

Как самому сделать индукционный котел

Теперь о том, как сделать индукционный котел своими руками. Если все делать самостоятельно, нужны немалые познания. Например, два электронщика возились больше полугода, перевели множество запчастей, истратили на них кучу денег. Рабочую установку, в конце концов, собрали, результатом очень довольны, но выложили только фото.

Вот что сотворили два электронщика

На сайтах производителей имеется только общая информация с демонстрацией принципов работы и никаких схем. Оно, в общем-то, и понятно.

Те модели, которые предлагают сделать: пластиковую трубу заполнить отрезками проволоки и сверху намотать проволоку, может, и работают, но явно недоделаны. Необходима серьезная защита: витки катушки оказываются сверху, а по ним бежит ток. Причем из сети 220 В. К тому же нет никакого контроля температуры, что чревато: пластик ведь плавится. Требуется также расчет скорости движения теплоносителя и еще много чего. В общем, небезопасно это.

Это вся схема элементарного индукционного котла, который предлагают сделать своими руками

Ниже расположено видео, в котором представлен один из вариантов такого самодельного индукционного котла отопления. В исполнении он несложен:

В толстостенную пластиковую трубу (на видео — полипропилен с алюминиевым армированием) набиваются металлические элементы. В каких-то вариантах это небольшие куски металлической проволоки 5-7 мм диаметра, в этом видео — проволока магнитного фехраля, которая не будет ржаветь, но магнититься.
С двух сторон на трубу надевается стека. Она не даст проваливаться металлическим элементам.
С обоих закрытых концов устанавливаются фитинги, при помощи которых котел (уже котел) устанавливаться будет в систему. Примерная схема установки изображена на рисунке.
Схема подключения индукционного котла в систему отопления

Обратите внимание на необходимость группы безопасности

На саму трубу наматывается медная проволока. Желательно проволоку найти эмалированную

Витков нужно сделать 90-100, шаг желательно выдерживать. Ну и постарайтесь все-таки чем-то витки прикрыть. Например, так, как на предыдущем варианте из видео (он был забит кусочками проволоки).
После чего нужно котел встраивать в систему отопления, запускать циркуляцию и только потом подключать катушку к электросети. Без теплоносителя труба оплавится очень быстро.

По словам самого автора этого котла, вода греется слабо. Требуется большая мощность (у него порядка 1,8 кВт а нужно 3 кВт).

Принцип действия

Индукционный нагрев — это нагревание материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем. Следовательно — это нагрев изделий из проводящих материалов (проводников) магнитным полем индукторов (источников переменного магнитного поля).

Индукционный нагрев проводится следующим образом. Электропроводящая (металлическая, графитовая) заготовка помещается в так называемый индуктор, представляющий собой один или несколько витков провода (чаще всего медного). В индукторе с помощью специального генератора наводятся мощные токи различной частоты (от десятка Гц до нескольких МГц), в результате чего вокруг индуктора возникает электромагнитное поле. Электромагнитное поле наводит в заготовке вихревые токи. Вихревые токи разогревают заготовку под действием джоулева тепла.

Система «индуктор-заготовка» представляет собой бессердечниковый трансформатор, в котором индуктор является первичной обмоткой. Заготовка является как бы вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. Магнитный поток между обмотками замыкается по воздуху.

На высокой частоте вихревые токи вытесняются образованным ими же магнитным полем в тонкие поверхностные слои заготовки Δ (скин-эффект), в результате чего их плотность резко возрастает и заготовка разогревается. Нижерасположенные слои металла прогреваются за счёт теплопроводности. Важен не ток, а большая плотность тока. В скин-слое Δ плотность тока увеличивается в e раз относительно плотности тока в заготовке, при этом в скин-слое выделяется 86,4 % тепла от общего тепловыделения. Глубина скин-слоя зависит от частоты излучения: чем выше частота, тем тоньше скин-слой. Также она зависит от относительной магнитной проницаемости μ материала заготовки.

Для железа, кобальта, никеля и магнитных сплавов при температуре ниже точки Кюри μ имеет величину от нескольких сотен до десятков тысяч. Для остальных материалов (расплавы, цветные металлы, жидкие легкоплавкие эвтектики, графит, электропроводящая керамика и т. д.) μ примерно равна единице.

Формула для вычисления глубины скин-слоя в мм:

Δ=103ρμπf{\displaystyle \Delta =10^{3}{\sqrt {\frac {\rho }{\mu \pi f}}}},

где ρ — удельное электрическое сопротивление материала заготовки при температуре обработки, Ом·м, f — частота электромагнитного поля, генерируемого индуктором, Гц.

Например, при частоте 2 МГц глубина скин-слоя для меди около 0,047 мм, для железа ≈ 0,0001 мм[источник не указан 463 дня].

Индуктор сильно нагревается во время работы, так как сам поглощает собственное излучение. К тому же он поглощает тепловое излучение от раскалённой заготовки. Делают индукторы из медных трубок, охлаждаемых водой. Вода подаётся отсасыванием — этим обеспечивается безопасность в случае прожога или иной разгерметизации индуктора.

Достоинства и недостатки котлов отопления индукционного типа ↑

Создание системы индукционного отопления сокращает расходы на потребление электроэнергии. У котлов с индукцией много положительных сторон, благодаря которым их стали все чаще устанавливать в домах без газификации. Правда, стоят такие агрегаты недешево.


Индукционный котел с автоматикой

Плюсы использования электрических индукционных котлов ↑

Как и все новинки техники, это оборудование имеет немало преимуществ:

  • С помощью автоматики устанавливается нужный режим температуры жидкости в системе отопления. Датчики температуры и реле поддерживают заданные цифры, это делает индукционные котлы отопления автономными и безопасными.
  • Индукционные котлы могут нагревать любую жидкость — воду, этиленгликоль, масло и другие.
  • КПД всех электрокотлов с индукцией превышает 90%.
  • Простая конструкция делает эти приборы очень надежными. Они могут прослужить до 30 лет при правильной эксплуатации.
  • Благодаря небольшим размерам, необязательно делать отдельное помещение, агрегаты можно легко установить в любой части постройки и самостоятельно ввести в отопительную систему.
  • Из-за постоянной вибрации сердечника и замкнутой системы на нагревателе не образуется накипь.
  • Индукционный котел экономичный. Он включается, только если температура теплоносителя упала. Автоматика доводит ее до заданных цифр и отключает прибор. Все это происходит очень быстро. Работая «вхолостую», он потребляет немного энергии из-за малоинерционности системы.


Прибор не занимает много места

Отрицательные и слабые стороны ↑

Недостатки тоже присутствуют:

  • Высокие цены на эти относительно новые приборы. Львиная доля стоимости заложена в автоматику, но чем лучше она работает, тем больше энергии экономится.
  • Прекращение подачи электроэнергии приводит к отключению отопления в доме. Вариантом решения проблемы является дизельный или бензиновый генератор.
  • Некоторые модели издают сильный шумовой фон при работе. Такие ставят в технических кладовых.
  • Если произойдет прорыв системы, и вода не будет охлаждать сердечник, он расплавит корпус и крепление котла. Если такое случается, отключение проводит автоматика.

Типичная отопительная система

Принцип индукционного нагрева

Данная технология широко применяется в металлургической промышленности.

Индукционному нагреву более 100 лет, поэтому его нельзя назвать новинкой. Он применяется во многих сферах, особенно в промышленных. Установки индукционного нагрева активно используются в металлообрабатывающих цехах. Ранее для плавки металлов использовался уголь или природный газ, теперь же этим занимаются токи высокой частоты. Такая технология в отношении металлов позволяет минимизировать габариты печей и добиться их высокой производительности.

Как вообще работает индукционный нагрев? Принцип действия нагревателей очень прост – нагрев ведется за счет генерации токов высокой частоты, питающих индукторы. Сами индукторы представляют собой мощные катушки, внутри которых создается переменное магнитное поле. Катушки не имеют сердечников – вместо них здесь работают разогреваемые материалы. Например, индукционная печь для плавки металлов представляет собой большую катушку, внутрь которой помещаются металлические заготовки для дальнейшей обработки.

Включение генератора приводит к созданию мощных вихревых потоков магнитной индукции, в результате чего размещенные внутри индукторов металлы начинают разогреваться. Что касается отопительных котлов, то здесь сердечником индуктора является металлическая труба, через которую протекает теплоноситель – под воздействием вихревых токов труба и теплоноситель разогреваются, отправляя тепло в отопительную систему.

Проходя через катушку, теплоноситель нагревается и передает тепло в радиаторы отопления.

Технология индукционного нагрева чрезвычайно проста и эффективна. На ее основе создаются современные отопительные котлы, не требующие частого обслуживания и обладающие продолжительным сроком службы. Правда, их достоинства принято завышать, из-за чего у людей создается масса ложных впечатлений. Вот несколько примеров.

  • Продавцы нередко говорят об экономичности котлов с индукционным нагревом – отчасти это так, но экономия вряд ли превысит несколько процентов. В то же время бренды говорят об экономичности до 20-30%.
  • Быстрота нагрева – индукционные котлы нагревают теплоноситель чуть быстрее ТЭНовых аналогов. Но эту скорость нельзя назвать революционной.
  • Новизна технологии – как мы уже говорили, данная технология известен уже более сотни лет.

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.

Принцип работы

В основе работы лежит принцип электромагнитной индукции:

  • После запуска устройства происходит образование электромагнитного поля. При этом сердечник прогревается до температуры 75- градусов.
  • Вода через входные патрубки подается на теплообменник с сердечником.
  • Подогретый до заданной величины теплоноситель подается в систему труб через выходные патрубки.

Для отопления больших и многоэтажных домов наличие циркуляционного насоса в системе обязательно.

Индукционный подогрев является самым быстрым из всех существующих на данный момент.

Модели состоят из трех основных узлов (слоев):

  • Внутренний – непосредственно сердечник. Изготавливается в виде стальных труб.
  • Изоляция. Необходима для снижения потерь тепла к агрегату.
  • Наружный – корпус. Изготавливается из металла.

В качестве теплоносителя используется – вода или антифриз.

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.
Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwittervKontakte
Напишите комментарий