Индукционни отоплителни котли: видове, преглед на предимствата и недостатъците, как да изберем добър модел

Предимства и недостатъци на индукционните котли

Електрическото отопление е най-простата алтернатива на традиционното отопление с газови котли. Правилно инсталираната система ще зарадва потребителите с топлина, а индукционното отоплително оборудване ще ви позволи да не разчитате на проблеми. Нека разгледаме основните предимства на индукционните уреди:

• Компактни - тези котли са наистина много малки, като на външен вид приличат на тръба с голям диаметър и по-малки по диаметър кранове (отоплителната система е свързана към крановете). Въпреки че някои промишлени дизайни не могат да се определят като компактни;
• Ефективност, близка до 100% - почти цялото електричество се превръща в топлина. Въпреки това се случват малки загуби, тъй като в света няма нищо идеално;
• Дълъг експлоатационен живот - производителите твърдят, че той е поне 20-25 години. И това е вярно, тъй като няма традиционни нагревателни елементи;
• Могат да се използват всички видове топлоносители;
• Индукционните бойлери не образуват котлен камък - това ги отличава от FET, които образуват малко количество котлен камък;
• Повишена надеждност - индукционната бобина има прилично разстояние между намотките, а намотките са отделени от сърцевината с надеждна изолация. В резултат на това няма много неща за разбиване. Единственото нещо, което може да се повреди, е системата за захранване, която включва електронни компоненти;
• Възможността за самосглобяване - в това няма нищо сложно. И няма настройки.

Има и някои недостатъци:

Правилно и качествено монтиран индукционен котел - това е не само приятна гледка, но и гаранция за дълга и надеждна работа на цялата система.

• Скъпо - в една домашна отоплителна система индукционният котел е най-скъпият компонент. Но цената си заслужава;
• Висока консумация на електроенергия - осигурява високи експлоатационни разходи за отопление;
• По-сложна конструкция - има захранваща верига, която липсва при TEN и електродните устройства.

Основният недостатък е високата цена на оборудването, въпреки че в него няма нищо сложно.

Освен това, ако ще използвате индукционен котел с мощност над 7 kW, ще ви е необходимо трифазно захранване - това важи не само за индукционните, но и за всички други електрически отоплителни уреди.

Конструкция и принцип на работа на котела

Ако през проводящ материал протича електрически ток, в него се отделя топлина. Отделяната топлина е правопропорционална на интензитета на тока и напрежението (закон на Джаул-Ленц). Съществуват два начина за предизвикване на протичане на ток в проводник. Първата е да го свържете директно към източник на електроенергия. Този метод ще се нарича метод за контакт.

Вторият метод, безконтактният, е открит от Майкъл Фарадей в началото на XIX век. Той открива, че когато параметрите на магнитното поле, пресичащо проводник, се променят, в проводника се появява електродвижеща сила (ЕДН). Това явление е наречено електромагнитна индукция. Там, където има ЕМП, ще има електрически ток и следователно нагряване, а в този случай то е безконтактно. Такива токове се наричат индуцирани, вихрови или на Фуко.

Индукционен отоплителен котел - принцип на работа

Електромагнитната индукция може да бъде предизвикана по различни начини. Проводникът може да се движи или върти в постоянно магнитно поле, както е в съвременните електрически генератори. Или можете да промените параметрите на самото магнитно поле (интензитет и посока на полевите линии), като оставите проводника неподвижен.

Този вид манипулиране на магнитното поле става възможно благодарение на друго откритие. Както открива Ханс-Кристиан Орстед през 1820 г., навита на руло жица се превръща в електромагнит, когато е свързана с източник на ток. Като променяме параметрите на тока (сила и посока), можем да променяме параметрите на магнитното поле, генерирано от това устройство. В този случай в проводник, намиращ се в това поле, ще се генерира електрически ток, придружен от нагряване.

След като прочете този прост теоретичен материал, читателят вероятно вече си е представил общата структура на индукционния отоплителен котел. Всъщност, той има доста прост дизайн: вътре в екранирания и изолиран корпус има тръба от специална сплав (може да се използва и стомана, но характеристиките ще бъдат малко по-лоши), инсталирана в ръкав от диелектричен материал, медна шина е навита на намотка на ръкава, свързана към електрическата мрежа.

Индукционен котел след монтаж

Тръбата се свързва към отоплителната система с помощта на два отвора, които карат отоплителната среда да преминава през тръбата. Променливият ток, протичащ през намотката, създава променливо магнитно поле, което от своя страна индуцира вихрови токове в тръбата. Вихровите токове предизвикват нагряване на стените на тръбата и частично на топлоносителя в целия обем, затворен в серпентината. За по-бързо нагряване вместо една тръба могат да се монтират няколко паралелни тръби с по-малък диаметър.

Читателите, които са запознати с цената на индукционните котли, разбира се, подозират, че тяхната конструкция не е само това. В края на краищата, един топлинен генератор, състоящ се само от тръба и парче тел, не може да струва 2,5 до 4 пъти повече от своя аналог от TEN. За да бъде отоплението достатъчно интензивно, е необходимо през намотката да преминава не обичайният ток от градската мрежа с честота 50 Hz, а високочестотен, затова индукционният котел е оборудван с изправител и инвертор.

Изправителят преобразува променливия ток в постоянен и след това го подава към инвертора - електронен модул, състоящ се от двойка ключови транзистори и контролна схема. На изхода на инвертора токът отново се превръща в променлив ток, но с много по-висока честота. Не всички модели индукционни котли имат този инвертор, някои все още работят с честота 50 Hz. Използването на високочестотен променлив ток обаче може значително да намали размера на устройството.

Принцип на електромагнитната индукция

В различни описания авторите посочват приликата на индукционния котел с трансформатор. Това е съвсем вярно: намотка от проводник играе ролята на първична намотка, а тръба с охлаждаща течност - късо съединена вторична намотка и едновременно с това магнитна верига.

Защо тогава трансформаторът не е топъл? Факт е, че магнитната сърцевина на трансформатора не е изработена от едно парче, а от множество изолирани една от друга пластини. Но дори и тази мярка не е в състояние да предотврати напълно нагряването. Например магнитната сърцевина на трансформатор 110 kV генерира до 11 kW топлина при работа на празен ход.

Параметри за избор на електрически котли

Първата стъпка е да решим как да изберем подходящия електрически котел за отопление. Понастоящем производителите предлагат редица модели, които се различават не само по дизайнерски характеристики, но и по функционалност. Затова потребителят трябва да знае основните параметри на избора.

Преди да изберете електрически котел за отопление на къщата, трябва правилно да изчислите капацитета му. Работата на всяка отоплителна система има за цел да компенсира топлинните загуби на сградата. Затова е необходимо първо да се изчисли този най-важен параметър. За целта можете да използвате специализирани програми.

Тогава възниква въпросът дали да се закупи фабричен модел или да се направи домашен електрически отоплителен котел. За да го разрешите, експертите препоръчват да анализирате следните фактори:

• Интензивността на работа на устройството. Ако се планира постоянна работа на оборудването - най-добре е да закупите надежден фабричен електрически бойлер за подгряване на вода. При организиране на отоплението на сервизно помещение (гараж) или вила с малка площ е възможно да се направи самостоятелен котел;
• Подаване на топла вода. За осигуряване на БГВ е необходимо инсталирането на двуконтурен електрически котел за отопление на къщата. Да го направите сами е проблематично, тъй като конструкцията няма да има необходимата степен на надеждност. Инсталирането и изчисляването на параметрите на втория контур в домашни условия на практика е невъзможно;
• Общи размери. Те зависят пряко от оборудването и неговия капацитет. Една малка къща може да се отоплява с електродни или индукционни модели. Тъй като е трудно да се направи електрически котел за отопление на къща от този тип, се избират схеми с нагревателни елементи;
• Напрежение в мрежа. Това зависи от мощността на оборудването. Почти всички електрически котли за отопление със собствените си ръце имат капацитет не повече от 9 kW. Той дава възможност за свързване към мрежа 220 V.

Но за потребителя определящ параметър все още е цената на електрическите котли за отопление на батерии. Ето защо в последно време има много възможности за самостоятелно производство на този вид отоплително оборудване. Въпреки това, за да се сравни електрически котли за отопление, направени от собствените си ръце, е необходимо да се научат характеристиките на дизайна и работата на фабричните модели.

Основният мит за индукционното отопление

Напоследък се твърди, че ефективността на индукционното отопление е 2 до 3 пъти по-висока от тази на отоплителната серпентина. Но привържениците на индукционния бойлер твърдят, че нагревателният елемент бързо губи своята ефективност и излиза от строя, защото се нанася котлен камък!

Посочва се, че в рамките на една година капацитетът на нагревателния елемент намалява с 15-20%. Наистина ли е така?

Да, вярно е, че по отоплителния уред се натрупва котлен камък, но никога не трябва да бъркате отоплителната и водната система. Например във водната система се образува котлен камък, както и в чайника, който виждаме всяка сутрин в кухнята. Това никога не ни притеснява в професионалния ни живот, знаем, и няма съмнение в това, че чайникът така или иначе кипва вода.

Напротив, в познатата ни отоплителна система примесите не попадат често във водата. Слоят от утайки е много тънък и не представлява съществена пречка за преноса на топлина.

Ако енергията е излязла някъде от мрежата, тя не изчезва напълно. Тя се превръща в абсолютна топлина и нагрява топлоносителя, който на свой ред се нагрява с точно същата ефективност, с която се е нагрявал преди и с която винаги ще се нагрява. В противен случай нагревателният елемент ще се пръсне от излишната енергия.

Щом се появи котлен камък, топлообменът се извършва при по-висока температура. Не става въпрос за намаляване на ефективността, независимо от температурата в нагревателя.

Принцип на работа

Принципът на електромагнитната индукция е дефиниран през 1831 г. от английския физик Майкъл Фарадей. В началото на ХХ век постулатът му е реализиран под формата на нагревателен елемент за топене на метали. Оказва се, че индукционните котли са станали известни много отдавна и са били използвани, но само на производствено ниво.

Принципът на електромагнитната индукция се основава на образуването на електромагнитно поле, което нагрява всеки феромагнитен материал (към който се прилепва магнит), когато е поставен в центъра на полето. Създаването на електромагнитно поле не е трудно. За целта е необходима намотка, за предпочитане от медна тел, към която се подава напрежение. Вътре в намотката се формира магнитното поле.

Вътре се монтира тръба, изработена от диелектрик (който не позволява преминаването на електрически ток), около нея се навива намотка, а вътре се монтира стоманен прът.

Ако в него се вкара стоманен прът например, той със сигурност ще се нагрее до високи температури. Това е принципът, на който се основава индукционният отоплителен котел.

Нагревателната среда (вода или антифриз) преминава през вътрешната кухина на тръбата и измива пръчката. Загрята от електромагнитното поле, пръчката предава топлината на топлоносителя.

Има един тънък момент в принципа на работа на индукционните котли, който зависи от закона на Джаул Ленц. Ако увеличите съпротивлението на пръчката, можете да увеличите нейното нагряване. Увеличението се извършва по два начина:

• увеличаване на дължината и намаляване на напречното сечение;
• изработете го от метал с по-високо съпротивление, например нихром.

Информация! Тези методи се използват поотделно или в комбинация. Това е начинът за управление на мощността на котела.

Видове индукционни нагреватели за отоплителни системи

На пазара се предлагат два вида устройства. Първият модул работи с вихрови токове за нагряване на нагревателната среда, като подава мрежово напрежение 220 V (50 херца) към първичната намотка, а вторият работи със същите токове, но предава напрежението чрез инвертор. Във втория случай устройството отговаря за преобразуването на стандартното мрежово напрежение в токове с честота до 20 килохерца.

Инверторът е устройство, което увеличава ефективността на индукционния котел, без да увеличава размера и теглото на оборудването. Благодарение на инвертора оборудването работи в икономичен режим. Минусът е само един - използването на медни намотки, поради което инверторните нагреватели са по-скъпи от стандартните модели с нагревателни елементи.

Класифицират се според вида на материала - вихровите устройства са оборудвани с топлообменник от феромагнитни сплави, котлите SAV имат тръбни стоманени топлообменници от затворен тип.

Индукционното нагряване се формира с един вид нагревател:

1. WIN. Инверторни котли, които преобразуват честотата на електрическата мрежа. Компактните и немасивни устройства се монтират удобно в ограничени пространства. Устройствата включват топлообменник от феромагнитна сплав, като вторичната намотка и магнитната верига са представени от топлообменник и корпус. Устройството се допълва от автоматичен блок за управление, захранваща и циркулационна помпа.

1. SAV. Това са котли без инвертори; те работят с ток 220 V (50 Hz), който се подава към индуктора. Вторичната намотка прилича на стоманен тръбен топлообменник, нагрят от токовете на Фуко. Котелът е оборудван с помпа за циркулация на топлоносителя. Предлагат се устройства за напрежение 220 V и 380 V.

Основни елементи и устройство на котлите

Ако схемата на индукционната печка е позната, дизайнът на бойлера също няма да предизвика трудности.

Основните детайли:

• Нагревател. Това е сърцевината на намотката, която може да бъде под формата на една или повече тръби. Ако е единична тръба, размерът ѝ е доста голям, паралелно се свързва мрежа от тръби с по-малко сечение.
• Индуктор. Вид трансформатор с няколко намотки. Първият е допълнение към ядрото, което генерира електромагнитното поле, задвижващо вихровите токове. Вторичната намотка е тялото на устройството, което приема токовете и предава топлината към топлоносителя.
• Инвертор. Намира се в котлите WIN и е необходим за преобразуване на постоянния ток във високочестотен.
• Въздуховоди. Елементи за свързване на отоплителната система. Единият клон е предназначен за подаване на топлоносител за отопление, а вторият - за транспортиране на затоплената вода към отоплителната система.

Намалена ефективност на електрическия котел

Друг аргумент в полза на сравнението - индукционният котел по време на работа не губи първоначалната си мощност. При електрическия нагревател това е нормално поради образуването на варовик.

Съществуват дори изчисления, според които само за една година капацитетът на нагревателния елемент намалява с 15-20%. Това означава, че ефективността му също е намалена.

Нека да разгледаме това подробно.

Почти всеки електрически котел има ефективност над 98%. И дори котли, работещи при свръхвисокочестотни токове от 25 kHz и повече, каква е разликата за вас? Добавяте допълнително процент и половина, но въпреки това цената скача със 100 процента?!

Що се отнася до отлаганията по елемента на нагревателния елемент, те наистина са налице.

А какво се случва, когато няма постоянно подаване на примеси? Върху БНТ обаче може да се отложи малък слой отлагания:

този слой не е достатъчно дебел

не пречи по никакъв начин на преноса на топлина.

Поради това котелът не губи първоначалната си ефективност.

На практика една и съща енергия се предава както върху чист, така и върху замърсен нагревателен елемент, само че при различни температури.

Как да изберем отоплителен уред

Когато избирате инверторен котел за отопление, трябва да вземете предвид много фактори.

Най-важното нещо, което трябва да вземете предвид, е изходната мощност. Този параметър ще остане непроменен през целия експлоатационен период на котела. При изчислението се отчита, че за отоплението на 1 m2 са необходими 60 вата.

Изчислението е много лесно. Съберете площта на всички стаи и я умножете по това число. Ако къщата не е изолирана, ще ви е необходим по-голям отоплителен уред поради по-големите топлинни загуби.

Трябва да изчислите, че за загряването на 1 m2 са необходими 60 вата. Изчислението е много лесно. Съберете общата подова площ на всички помещения и я умножете по това число. Ако къщата не е изолирана, по-добре е да изберете модел с по-висока мощност, тъй като ще има по-големи топлинни загуби.

Начинът, по който се използва къщата, е важен фактор. Ако се използва само за временно пребиваване, не е необходимо постоянно да се поддържа температура в помещенията на предварително определено ниво. В такива случаи може да е достатъчен агрегат с мощност не повече от 6 kW.

При избора на котел си струва да се обърне внимание на неговото оборудване. Удобен е електронен програмен блок с диоден термостат. С него можете да настроите устройството за няколко дни или дори за седмица напред.

Освен това с такова устройство е възможно системата да се управлява дистанционно. Това позволява отоплението на дома да се осъществи преди пристигането.

С него може да настроите устройството да работи за дни или дори седмици напред. Има и възможност за дистанционно управление на системата. Това ви позволява да затоплите къщата предварително преди пристигането.

Дебелината на стената на ядрото също е важен параметър. От това зависи устойчивостта на елемента на корозия. Следователно колкото по-дебели са стените, толкова по-добра е защитата. Това са основните параметри, които трябва да се вземат предвид при избора на устройството и изграждането на отоплителната система. Ако цената не е приемлива, можете да използвате аналози или да построите котела сами. Просто се изискват определени знания и умения.

Как работи индукционният нагревател

Това е много просто. Подайте работно напрежение към бобината. В намотката се създава електромагнитно поле. И след това трябва да четете внимателно - ето същността му:

Електромагнитното поле предизвиква в нагревателната тръба токове на Фуко или вихрови токове и металната тръба започва да се нагрява.

В случай че някой не знае, трансформаторът има магнитна верига, специално съставена от много тънки пластини от електрическа стомана, изолирани една от друга.

Това се прави именно за да се избегнат загубите на енергия от нагряване чрез вихрови токове.

Работата е там, че колкото по-масивен е проводникът, толкова повече ще се нагрява от токовете на Фуко и толкова повече ефектът на вихровите токове може да се увеличи чрез скоростта на изменение на магнитния поток.

Знаете ли, че в един силов трансформатор 110 kV на празен ход, дори без товар? на празен ход, дори без товар, генерира около 11 киловата топлинна енергия?

Това се дължи главно на ефекта на вихровите токове, които нагряват магнитната сърцевина, върху която са облечени първичната и вторичната намотка.

Ако проводникът е солидно парче, загубите на топлина ще се увеличат многократно!

А трансформаторът просто ще изгори от прегряване.

Индукционният електрически бойлер работи на същия принцип и стоманената тръба за вода, която минава през серпентината, се нагрява много, но! - благодарение на циркулацията на водата топлината има време да се разсее от тръбата в отоплителната система и не се стига до прегряване.

Но може ли да бъде по-икономичен в сравнение с електрическите нагреватели? Защо?

Нека първо да помислим, без да разглобяваме и сравняваме тези два вида котли:

Имаме къща.

Няма значение какво е то и къде се намира. Може да е под водата, може да е на Еверест. Тази къща има топлинни загуби от 6 киловата.

Тази къща има топлинни загуби от 6 киловата.

Топлината се губи през стени, прозорци, тавани и т.н., а за да се поддържа постоянна температура, е необходимо да се компенсират тези топлинни загуби, като за целта, разбира се, са необходими и 6 киловата топлина.

И не е важно откъде и как се взема топлината - 6 киловата топлинна енергия - дори да е огън, газ или бензин, най-важното е да се произведат необходимите киловатчаса топлина!

Сега най-важното:

За отоплението на такава къща ще е необходим индукционният нагревател, електрическият котел с нагревателни елементи - всички с еднакъв капацитет, но не по-малко от 6 kw.

С други думи, котелът просто преобразува електрическата енергия в топлина.

А как ще стане това, няма значение, защото най-важното за нас е да е топло в къщата. Енергията просто се преобразува от един вид в друг, от електричество в топлина. Ако един котел е доставил 6 kW топлинна енергия, той е взел поне същото количество електроенергия от мрежата, а като се има предвид, че ефективността на котлите не е 100%, количеството енергия, консумирано от мрежата, е дори малко по-голямо.

Ако котелът е доставил 6 kW топлинна енергия, той е изразходвал поне същото количество електроенергия от мрежата, а предвид факта, че ефективността на котела не е 100%, количеството използвана енергия от мрежата е малко по-голямо.

Енергията просто се преобразува от една форма в друга, от електричество в топлина. И ако котелът е добивал топлина за 6 kW, той е отнел от мрежата поне още толкова електроенергия, а като се има предвид, че ефективността на котлите не е 100%, и консумираната от мрежата енергия е дори малко повече.

Възможно ли е индукционният котел да има по-висока ефективност? Според твърденията на производителите тя достига 98%.

Същото се отнася и за електрическите котли с нагревателни елементи. Ефективността им е до 99%.

Помислете, къде другаде може да отиде енергията в нагревателния елемент, освен да се превърне в топлина?

Цялата енергия, консумирана от електрическата мрежа от нагревателния елемент, се преобразува в топлинна енергия. Приема 5 kW - генерира 5 kW топлина.

100 kW произвежда 100 kW топлина. Е, може би малко по-малка, ако се вземат предвид загубите на енергия при преходното съпротивление на скобите на нагревателния елемент, но отново тази загуба на енергия се разпределя като топлина (нагревателен елемент) и при довеждането на кабелите.

Но както скобите, така и сечението на кабела са едни и същи параметри за вихровия индукционен електрически котел и нагревателния елемент.

Механизъм на работа на индукционен отоплителен котел

Конструкцията на котела се основава на електрически индуктори, които се състоят от 2 намотки на късо съединение. Вътрешната намотка преобразува входящата електрическа енергия във вихрови токове. Електрическото поле се появява в средата на устройството и след това се подава към втората намотка.

Вторичният компонент действа като нагревателен елемент на отоплителния блок и котелното тяло.

Той предава генерираната енергия на топлинната среда на системата за отопление. Топлоносителите, използвани в тези котли, са или специализирано масло, или филтрирана вода, или незамръзваща течност.

Електрическата енергия въздейства върху вътрешната намотка на нагревателя, при което се създават напрежения и вихрови токове. Получената енергия се предава на вторичната намотка, след което сърцевината се нагрява. Когато цялата повърхност на отоплителната среда е нагрята, тя ще предаде топлинния поток към отоплителните уреди.

Как работи индукционният отоплителен котел

Нека си припомним физиката на училищната програма. Ако феромагнитен проводник се постави в променливо електромагнитно поле, енергията на електромагнитното поле се предава необратимо на топлинната енергия на този проводник. Физиката на процеса се описва от двата закона на Максуел и закона на Ленц-Джул, които не ни интересуват тук.

Това означава, че ако през намотката (индуктора) се прокара променлив ток, електрическата енергия на индуктора без контакт ще се превърне в топлинна енергия в проводника, поставен в полето на намотката. След това проводникът може да се използва като нагревателен елемент в отоплителна система.

Думата "безконтактен" е важна в този принцип. Това означава, че в тази система няма загуба на съпротивление на контактните групи или проводници.

Поради тази причина индукционните електрически котли се считат за най-икономични (много висока ефективност).