Виды индукционных котлов для отопления
Различаются два типа устройств с вихревыми токами для нагрева теплоносителя. Первый тип – подача на первичную обмотку напряжения сети 220 в 50 герц, второй – подача напряжения через инвертор. Прибор преобразует стандартное напряжение электросети в токи высокой частоты, примерно в 20 килогерц.
Также различаются используемые материалы – в индукционных котлах SAV замкнутые теплообменники выполнены из стальных труб, а вихревые котлы оснащены теплообменниками из ферромагнитного материала.
Для чего требуется инвертор? Для того чтобы сделать электрокотел индукционный для отопления более надежным, компактным, экономичным и практичным. Однако применение меди для обмотки и сплавов теплообменника, блока автоматики делает инвертор дорогим прибором и это единственная причина по которой индукционные котлы стоят больше, чем электрический обычный котел с ТЭНом.
Выбирая индукционное отопление, сначала нужно подобрать тип котла:
- SAV. Отопительное оборудование без инверторов, работающее от стандартного электроснабжения (50 герц), подаваемоемого на индуктор. Вторичная обмотка представляет собой сеть тонких стальных труб теплообменника и быстро прогревается токами Фуко. Транспортировка носителя принудительная, установлен циркуляционный насос. В ассортименте предлагается оборудование с напряжением в 220 V, 380 V.
- ВИН. Это индукционные котлы вихревые, для работы которых нужен инвертор, преобразующий частоту электросети. Котлы отличаются облегченной массой, компактными размерами. Теплообменник выполнен из ферромагнитного сырья, магнитопровод и вторичная обмотка представлены как в виде теплообменника, так и корпуса котла. В комплектацию оборудования включены блок автоматического управления, насос приточный и циркуляционный.
Устройство и основные элементы котла
Если рассматривать конструкцию прибора, то представляется схема индукционной плиты. Котлы также состоят из нескольких основных элементов:
- Индуктор. Тип трансформатора с двумя обмотками. Первая дополняет сердечник, из-за чего именно в этом элементе образуется электромагнитное поле, выделяющее вихревые токи. Корпус котла является вторичной обмоткой, принимающей токи, а затем передающей тепловую энергию теплоносителю.
- Нагреватель. Элемент представляет собой сердечник катушки и выглядит как труба значительного диаметра или несколько трубок меньшего сечения, соединенных параллельно.
- Патрубки. Нужны для соединения агрегата в тепловую сеть, один патрубок является подающим, второй обратным. По первому внутрь котла поступает теплоноситель, по второму выходит и транспортируется в контур отопительной системы.
- Инвертор. Прибор, преобразующий постоянный ток в высокочастотный.
Индукционный котел отопления своими руками
В бытовых условиях нагреватель можно изготовить из сварочного инвертора или трансформатора.
Котел из сварочного инвертора
Прежде чем приступить непосредственно к сборке необходимо запастись следующими материалами:
- Нержавеющей проволокой диаметром 5-7 мм;
- Отрезком пластиковой термостойкой трубы, длиной приблизительно 500 мм, наружным диаметром не более 50 мм и толщиной стенки не менее 5 мм;
- Просечной или плетеной сеткой из нержавеющей стали с окном не более 4х4 мм. Размер сетки должен полностью перекрывать поперечное сечение пластиковой трубы и обеспечивать возможность надежного крепления;
- Эмалированной медной проволокой диаметром 1,2-1,5 мм. Для намотки катушки понадобится приблизительно 5м;
- Двумя переходниками для соединения котла с отопительной магистралью;
- Сварочным инвертором, позволяющим осуществлять плавную регулировку силы тока.
После того как все необходимые комплектующие подготовлены, можно приступать к работе по сборке индукционного котла. Сборка состоит из нескольких этапов:
1. Нержавеющая проволока нарезается на отрезки длиной 5-6 см в количестве, необходимом для полного заполнения трубы.
2. Одна сторона трубы закрывается сеткой, после чего производится засыпка отрезков проволоки и заделка второй стороны. Внутренняя полость трубы заполняется полностью, а наличие с обоих сторон ограждающей сетки предотвращает попадание кусочков проволоки в трубопроводы отопительной системы.
3. На заполненную трубу наматывается 90-100 витков медной проволоки. В процессе намотки необходимо обеспечить равномерность и одинаковое расстояние между витками. Вся катушка должна быть равноудалена от обоих торцов трубы.
4. На торцы трубы герметично устанавливаются переходники, и производится врезка в существующую отопительную магистраль.
5. Оба вывода катушки подсоединяются к сварочному инвертору.
6. Смонтированный таким образом отопительный контур заполняется теплоносителем, после чего система готова к работе.
Категорически запрещается подключение прибора к электросети до полного заполнения системы теплоносителем.
7. С помощью инвертора выполняется установка необходимого температурного режима.
Такая конструкция индукционного прибора своими руками может эффективно обогревать площадь 50–60 м2. Если же отапливаемая площадь больше, либо требуется дополнительная мощность для автономного горячего водоснабжения, существует второй вариант.
Индукционный котел с использованием трансформатора
При использовании трансформатора, роль нагревательного элемента играет корпус прибора, внутри которого циркулирует теплоноситель. Для изготовления агрегата, помимо навыков сварщика, потребуются:
- Две металлических трубы помещенных одна в другую таким образом, чтобы между ними образовалась полость.
- Два плоских кольца для заделки торцов;
- Сварочный инвертор;
- Трансформатор трехфазный;
- Металлические трубы для входного и выходного патрубков.
1. На некотором расстоянии от торцов в полый цилиндр ввариваются патрубки, обеспечивающие циркуляцию теплоносителя.
2. Путем наматывания медной проволоки на корпус формируется первичная обмотка;
3. Для замедления остывания и уменьшения рассеивания тепловой энергии, изделие помещают в специальный корпус, а образовавшуюся полость заполняют жаростойким теплоизоляционным материалом.
Обеспечение безопасности
Для предотвращения несчастных случаев, при монтаже самодельных индукционных котлов предназначенные для отопления частного дома необходимо придерживаться нескольких правил:
- При подключении изделия к системе отопления, расстояние от стены должно быть не менее 30 см, а от пола и потолка не менее 80 см;
- Устанавливать приборы можно исключительно в замкнутые контуры с принудительной циркуляцией теплоносителя;
- На выходной патрубок следует установить манометр и предохранительный клапан.
Использование явления электромагнитной индукции при изготовлении отопительных котлов позволяет существенно уменьшить габариты изделий, обеспечить высокую производительность и длительный срок службы оборудования.
Устройство и принцип работы котла
При пропускании электрического тока через токопроводящий материал в последнем происходит выделение тепла, мощность которого прямо пропорциональна силе тока и его напряжению (закон Джоуля — Ленца). Вызвать протекание тока в проводнике можно двумя способами. Первый состоит в его непосредственном подключении к источнику электричества. Этот способ будем называть контактным.
Второй – бесконтактный – был открыт Майклом Фарадеем в начале19-го века. Ученый выяснил, что при изменении параметров магнитного поля, пересекающего проводник, в последнем появляется электродвижущая сила (ЭДС). Это явление получило название электромагнитной индукции. Где есть ЭДС – там будет и электроток, а значит и нагрев, причем в данном случае — бесконтактный. Такие токи называют наведенными или вихревыми или токами Фуко.
Индукционный котел отопления — принцип работы
Вызвать электромагнитную индукцию можно по-разному. Проводник можно перемещать или вращать в постоянном магнитном поле, как это делается в современных электрогенераторах. А можно менять параметры самого магнитного поля (интенсивность и направление силовых линий), оставляя при этом проводник неподвижным.
Подобные манипуляции с магнитным полем стали возможными благодаря еще одному открытию. Как выяснил Ханс-Кристиан Эрстед в 1820-м году, намотанный в виде катушки провод при подключении к источнику тока превращается в электромагнит. Меняя параметры тока (силу и направление), мы добьемся изменения параметров генерируемого данным устройством магнитного поля. При этом в проводнике, находящемся в этом поле, будет возникать электрический ток, сопровождающийся нагревом.
Ознакомившись с этим несложным теоретическим материалом, читатель наверняка уже представил себе в общих чертах устройство индукционного котла отопления. Действительно, он имеет довольно простую конструкцию: внутри экранированного и теплоизолированного корпуса имеется труба из особого сплава (можно использовать и сталь, но характеристики при этом будут чуть хуже), установленная в гильзе из диэлектрического материала; на гильзу в виде катушки намотана медная шина, подключаемая к электросети.
Котел индукционный после монтажа
Посредством двух патрубков труба врезается в систему отопления, в результате чего по ней будет протекать теплоноситель. Переменный ток, протекающий через катушку, создаст переменное магнитное поле, которое в свою очередь наведет вихревые токи в трубе. Вихревые токи обусловят нагрев стенок трубы и частично теплоносителя по всему объему, заключенному внутри катушки. Для более быстрого нагрева вместо одной трубы может быть установлено несколько параллельных трубок меньшего диаметра.
Читатели, осведомленные о стоимости индукционных котлов, конечно, заподозрили, что в их конструкции имеется еще что-нибудь. Ведь не может теплогенератор, состоящий только из трубы и куска провода, стоить в 2,5 – 4 раза дороже ТЭНового аналога. Чтобы нагрев был достаточно интенсивным, через катушку нужно пропускать не обычный ток из городской сети с частотой 50 Гц, а высокочастотный, поэтому индукционный котел оснащается выпрямителем и инвертором.
Выпрямитель превращает переменный ток в постоянный, затем он подается на инвертор – электронный модуль, состоящий из пары ключевых транзисторов и управляющей схемы. На выходе инвертора ток снова становится переменным, только с уже гораздо большей частотой. Такой преобразователь имеется не во всех моделях индукционных котлов, некоторые из них все-таки работают на частоте в 50 Гц. Однако, применение высокочастотного переменного тока позволяет значительно уменьшить размеры устройства.
Принцип электромагнитной индукции
В различных описаниях авторы указывают на сходство индукционного котла с трансформатором. Это вполне справедливо: катушка из провода играет роль первичной обмотки, а труба с теплоносителем – замкнутой накоротко вторичной обмотки и одновременно магнитопровода.
Почему же тогда трансформатор не греется? Дело в том, что магнитопровод трансформатора выполнен не из цельного элемента, а из множества изолированных друг от друга пластин. Но даже эта мера не способна полностью предотвратить нагрев. Так, например, в магнитопроводе трансформатора напряжением 110 кВ в режиме холостого хода выделяется ни много ни мало 11 кВт тепла.
Примеры самодельных конструкций
Если вы не собираетесь использовать индукционный котел для осуществления главного отопления в частном доме, а хотите оборудовать им дачу или гараж, то вы можете попытаться сконструировать его самостоятельно. Существует два варианта, как это сделать.
Первый вариант
Для его реализации понадобятся куски пластиковых труб и сварочный инвертор. Имея элементарные знания в области физики и умея пользоваться кусачками, можно самостоятельно смастерить элементарную индукционную модель. Для этого нужно приобрести уже созданный высокочастотный сварочный инвертор с плавной регулировкой мощности тока до 15 ампер или даже выше. Для обогрева большой площади лучше выбрать гораздо более мощный аппарат. Еще понадобится катанка из нержавеющей стали либо обычные отрезки стальной проволоки. Это нужно для выполнения роли нагреваемого элемента. Их длина – около 50 мм, при диаметре 7 мм.
Важной составляющей является медная проволока, которую можно без проблем приобрести в любом тематическом магазине. Не следует использовать обмотку со старых катушек
Корпус, являющийся основой индукционной катушки – это одновременно часть трубопровода, поэтому его можно изготовить из пластиковой трубы с толстыми стенками. Ее внутренний диаметр должен быть 50 мм. К этому корпусу крепят два выходных патрубка для поступления холодного и отдачи горячего теплоносителя. Все внутреннее пространство корпуса нужно полностью заполнить отрезками проволоки и закрыть металлической сеткой, чтобы они не высыпались.
Индукционную катушку делают следующим образом: вокруг уже ранее приготовленной пластиковой трубы постепенно наматывают покрытый эмалью медный провод. Понадобится примерно 90 витков. Получившееся самодельное устройство требуется подключить к трубопроводной сети. Из трубопровода вырезают небольшой участок трубы, а вместо него устанавливают самодельный индукционный котел. Его подключают через инвертор и просто запускают воду.
Второй вариант
Это вариант предусматривает использование трехфазного трансформатора с возможностью и фиксации. Кроме того, понадобится еще и сварочный аппарат. Для изготовления устройства нужно сварить две трубы таким образом, чтобы они были похожи на бублик в разрезе. Эта конструкция выполняет, как проводниковую, так и нагревательную функции. Потом наматывают обмотку, непосредственно на корпус котла в целях его более эффективной работы, несмотря на небольшой вес и размеры. Здесь используется стандартная схема нагрева теплоносителя: он получает большое количество тепловой энергии при контакте с обмоткой.
Схема изготовления такой конструкции несколько сложнее, чем в первом варианте. Котел оборудуется двумя патрубками, как для входа холодного теплоносителя, так и для выхода нагретого. Если придумать и самостоятельно соорудить защитный кожух, то можно минимизировать тепловые потери.
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:
индукционный 25кВт (цена ~ 85тыс. руб. на конец 2017г)
тэновый 24кВт (цена ~ 46тыс. руб. на конец 2017г)
Для первой модели в комплектации поставляются:
насос
датчик протока
группа безопасности
шкаф управления
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:
автоматический выбор мощности в несколько ступеней по 2кВт
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.
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.
погодозависимая автоматика
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.
При этом происходит включение не сразу всех 24квт, а постепенное, плавное повышение мощности от минимального значения. Глазами вы этого, по морганию лампочек никак не увидите.
термозащита по перегреву и замерзанию
датчик низкого давления воды
Если система у вас прохудилась и где-то есть утечка, то котел просто не включится. В индукционном же, будет продолжаться нагрев сердечника.
индикация ошибок
Вы всегда можете подойти к котлу и очень быстро определить по коду ошибки неисправность, из-за которой он ”встал”.
расширительный бак
манометры механические, либо электронные
возможность подключения бойлера
Причем эта возможность уже автоматизирована. Вам останется только выставить температуру воды, а все остальное, котел сделает сам.
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.
Раскрываем главный миф индукционного отопления
Последнее время уже перестали говорить, что КПД при индукционном отоплении выше, чем КПД тэнового котла 2-3 раза. Но сторонники индукционного котла утверждают, что тэновый котёл быстро теряет свои свойства и выходит из эксплуатации, потому что на нём вырастает накипь!
Утверждают, что в течение года мощность тэнового котла уменьшается на 15-20%. Так ли это на самом деле?
Да, отложения не тэне действительно присутствуют, но никогда нельзя путать систему отопления и систему водоснабжения. Например, в системе водоснабжения действительно образуется накипь, точно также, как она образуется в чайнике, который мы видим на кухне каждое утро. Никогда нам это не мешает в трудовой деятельности, мы знаем, и это не подлежит сомнению, что в чайнике вода закипает в любом случае.
Напротив, в известной для нас системе отопления примеси нечасто поступают в воду. Слой отложения очень тонкий и не является сколько-нибудь значимым препятствием для передачи тепла.
Если энергия куда-то ушла из сети, никуда она полностью не исчезает. Она превращается в абсолютное тепло и нагревается теплоноситель, который, в свою очередь, нагревается точно с одним и тем же КПД, как он нагревался раньше и как он будет нагреваться всегда. Если бы было не так, то тэн разорвало бы излишками энергии.
Как только появляется накипь, теплообмен совершается при более высокой температуре. Ни о каком снижении КПД речи быть не может, какая бы температура ни была в тэне.
Самый простой индукционный котел – доступен каждому
Следует отметить, что создавать такие устройства, как индукционные котлы отопления бюджетного типа – это очень просто. Вам не потребуется наличие особого образования или глубоких познаний в отопительной технике. Однако следует заранее подготовить набор материалов и инструментов, которые потребуются вам для работы.
Для материала, который будет нагреваться в электромагнитном поле, лучше всего выбрать отрезки стальной проволоки или катанки. Диаметр не должен превышать 7 миллиметров, а длина – 5 сантиметров. Чтобы сделать корпус котла, который также будет служить в качестве участка трубопровода для носителя тепла и основы катушки индукции, можно взять обычную трубу из пластика, которая имеет толстые стенки (диаметр внутри должен быть не больше 5 сантиметров).
Один из этапов изготовления индукционного котла
Индукционный электрический котел отопления будет подключаться к системе отопления с помощью специальных переходников. Через них будет идти холодный носитель тепла, а выходить – уже нагретый с помощью индукции. Стоит заметить, что первый переходник приваривается к основанию корпуса устройства. На дно трубы из пластика, которая подготавливается заранее, укладывается металлическая сетка – именно она будет в качестве барьера для отрезков металлической проволоки. Далее засыпаются кусочки порезанной по 5 сантиметров проволоки, их должно быть столько, чтобы заполнить все пространство трубы внутри. После этого закрывают верхнюю часть прибора.
Делается она из эмалированного медного провода. На корпус из трубы из пластика наматывают 90 витков провода. Но нужно смотреть, чтобы все было сделано аккуратно, — то есть, между участками должно быть одинаковое расстояние. После того, как такой индуктор готов, можно подсоединять его к отопительной системе.
Индукционный котел подключенный к системе отопления
Индукционные котлы отопления электрические являются компактными устройствами, а в плане конструкции они фактически элементарны. Такой аппарат можно сделать в любом участке трубопровода. Нужно будет лишь вырезать часть трубы из отопительной системы, затем переходниками установить индуктор в этот разрез. Касательно электрической сети, катушка индукционного котла подключается к высокочастотному инвертору. Но помните, что включать такое устройство можно только в том случае, если в системе есть носитель тепла, так как корпус может просто расплавиться от высоких температур.
Какой индукционный котел лучше выбрать
Перед тем как выбрать индукционный электрический котел для отопления, необходимо определить возможности электропроводки в доме. При использовании бытовой сети переменного тока напряжением 220 В допускается установка оборудования мощностью до 8 кВт.
Для коммутации используется отдельная магистраль питания, изготовленная из медного провода сечением 3-5 мм² и оснащенная индивидуальным предохранительным устройством. Оборудование с повышенной мощностью требует подключения к 3-фазной сети напряжением 380 В.
Выбор оборудования для отопления частного дома предусматривает оценку затрат на электроэнергию. Производитель указывает среднесуточную и пиковую мощность индукционных устройств.
Допускается использовать индукционные приборы в качестве дополнительного источника нагрева, работающего параллельно с котлами на твердом, жидком или газообразном топливе. В соединительных магистралях предусматриваются шаровые краны, позволяющие разобщать рабочие контуры.
Наибольшее распространение на рынке получило такое оборудование:
- вихревые установки, собираемые ижевским заводом компании “Альтернативная энергия”;
- котлы с индукционными блоками стандартного типа, собираемые предприятием НПК “ИНЭРА”;
- индукционные электрокотлы отопления компании “Сибтехномаш”;
- дизайнерские установки фирмы “Miraton”, отличающиеся оригинальным внешним видом.
Часть индукционных установок поддерживают установку блока управления, корректирующего рабочие параметры при помощи приложения на смартфоне владельца. Дополнительные температурные датчики обеспечивают снижение энергопотребления в зависимости от внешних погодных условий.
При выборе учитывается площадь обогрева, теплоизоляция дома и ряд других факторов. Рекомендуется обратиться к помощи специалистов, которые оценят возможности установленного оборудования и дадут рекомендации по выбору индукционного котла.
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.
