Индукционные котлы отопления. виды и устройство. работа

Принцип действия

Индукционные электрокотлы на 220в работают, практически так же, как и индукционные плиты. В них используются индуктивные катушки, создающие переменное магнитное поле. При работе обогревателей не используется дополнительное топливо, помимо электрической энергии. На них не оказывают влияние внешние ресурсы.

В состав отопительного устройства входят металлические трубки. Через них осуществляется передача энергии жидкому тепловому носителю. Переменный ток вызывает изменение магнитного поля, которое, в свою очередь, приводит к нагреванию поверхности трубок.

На силу магнитного поля напрямую влияет число витков катушки. При включении обогревателя оно замыкается внутри конструкции. На поверхности сердечника происходит образование вихревых токов. В результате этого его сопротивление изменяется, вызывая нагревание теплового носителя.

Эффективность обогревательного устройства зависит от следующих параметров:

материала, из которого изготовлен сердечник катушки;
силы образующегося магнитного поля;
количества витков на катушке;
вида теплового носителя.

При попадании теплоносителя в обогревательное устройство осуществляется его нагрев. В дальнейшем он используется в общей системе отопления.

Достоинства индукционной конструкции

Электрические котлы индукционные имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными отопительными конструкциями:

коэффициент полезного действия приближается к 100%;
экономятся используемые ресурсы. Устройство преобразует электрический вид энергии в тепловой;
высокая скорость нагревания;
индукционная обмотка не контактирует напрямую с носителем тепла. Конструкция максимально защищена от образования накипи, ржавчины и солевых отложений;
отсутствует разъёмные соединения. Уменьшается вероятность образования течи;
высокий уровень пожарной безопасности;
нет соприкасающихся движущихся элементов. Механический износ практически отсутствует. Срок эксплуатации превышает 30 лет;
устройства хорошо сочетаются с другими системами отопления;
их можно устанавливать практически в любом месте;
не требуется использование дополнительной вентиляции.

Недостатки

Индукционный электрический котел для отопления частного дома используется достаточно широко. Но наряду с указанными выше достоинствами следует рассмотреть и недостатки подобных отопительных конструкций:

прибор обладает небольшими габаритами, но при этом имеет значительный вес. При монтаже на поверхность стены придётся использовать мощные и прочные кронштейны;
при воздействии электромагнитного поля создаются сильные помехи в радиодиапазонах;
считается, что электромагнитные волны не оказывают воздействия на организм человека. Но медицинские специалисты не согласны с этим утверждением;
для осуществления хорошей циркуляции теплоносителя при отоплении строения с несколькими этажами придётся использовать циркуляционный насосный агрегат.

Принцип действия

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.

Данная статья рассказывает о том, как сложить печи для дачи на дровах своими руками. Об особенностях эксплуатации дровяного котла с водяным контуром можно узнать здесь Об особенностях и преимуществах конструкции кирпичной печи с водяным контуром можно смотрите: http://gidpopechkam.ru/pechki/kirpichnaya-vodyanym-konturom.html

Достоинства и недостатки

По уверениям изготовителей, использование индукционных отопительных котлов для обогрева дома – это сплошные преимущества при полном отсутствии минусов. Давайте попробуем разобраться, где правда, а где маркетинговый ход.

1. Высокая эффективность. КПД до 99 % характерен для всех видов электрокотлов.

2. Максимальная защита от накипи. Поскольку прямого контакта индукционной обмотки с теплоносителем нет (в отличие от ТЭНа), образоваться накипь может только внутри труб. Но закрытые системы характеризуются стабильно малым количеством солей. То есть отсутствуют предпосылки для формирования отложений.

3. Экономия ресурсов до 35 %. Прежде чем купить котел индукционного типа и установить его, вспомните, его основная задача – преобразование энергии в тепловую. Для выработки 1 кВт по закону сохранения энергии требуется затратить тоже 1 кВт электричества. Разница лишь в скорости нагрева – индукционный агрегат функционирует быстрее примерно на 20-30 %.

4. Полное отсутствие разъемных соединений в конструкции, что исключает вероятность возникновения течи. Не совсем соответствует действительности: котел включает 4-6 комплектующих, соединенных в блок. В стоимость индукционной отопительной системы ВИН включены сам котел в разборном корпусе, шкаф управления, группа безопасности (датчики и реле) и конденсаторов, клапаны сброса давления, комплект контактов для подключения внешних устройств.

5. Высокая степень электро- и пожаробезопасности. Это действительно так, но нужно следить за тем, чтобы не было течи, а количество термоносителя оставалось постоянным. В противном случае прибор очень быстро раскаляется и есть риск взрыва.

6. Не имеет элементов подверженных механическому износу, поэтому срок действия составляет более 30 лет. Во-первых, сердечник долговечный, но лаковая изоляция на первичной обмотке (тороидальной) подвержена старению. Время ее службы – 7-10 лет. Итогом разрушения станет межвитковое замыкание с соответствующими последствиями. Во-вторых, индукционные котлы – относительно новый продукт, не прошедший тестирование временем, утверждение о 30 годах эксплуатации вряд ли является правдивым.

7. Совместимость с другими системами. Можно подключать теплые полы, газовые или дровяные котлы.

Хитрый счетчик, сберегающий электроэнергию. Окупается за 2 месяца!Это нужно знать каждому, чтобы сэкономить!

8. Не требуют отдельного помещения и вентиляции.

9. Не нуждаются в профилактических работах. Котел – в любом случае оборудование с множеством датчиков, реле, клемм, которые периодически нужно менять, подтягивать. Конечно, по сравнению с газовыми котлами, это незначительно.

Таким образом, большая часть положительных качеств соответствует другим типам электрических агрегатов. Теперь проанализируем недостатки, выявленные за несколько лет эксплуатации.

1. Стоимость. Цена индукционного котла SAV 5 кВт – 40 000 руб. Тогда как ТЭНовый Protherm Skat 6 кВт – 23 000.

2. Значительный вес при небольших габаритах. Поскольку даже самый маломощный агрегат весит от 20 кг, рекомендуется монтировать их на пол либо подвешивать на несущую стену при помощи прочных кронштейнов.

3. Электромагнитное поле генерирует сильные помехи в длинно-, средневолновом и УКВ диапазонах. Хотя производители заявляют, что они не влияют на человеческий организм, сотрудники санитарных и медслужб утверждают обратное. Не зря же в СНиПах зафиксированы нормативы и правила расположения приборов с высоким уровнем излучения.

4. Для работы в системе отопления в доме с 2-3 этажами требуется мощный циркуляционный насос.

Правила подбора оборудования

При выборе модели индукционного котла главными критериями является его мощность и характеристики отапливаемого помещения. Исходят из того, что для отопления 10 кв. м. при высоте потолков до 3 метров требуется 1 кВт.

Таким образом, площадь отапливаемого помещения достаточно разделить на 10 и в результате будет получена необходимая номинальная мощность электрокотла. К примеру, для дома в 100 кв. м. потребуется индукционный нагреватель в 10 кВт.

Если нет желания с высокой точностью рассчитывать необходимую мощность котла, можно воспользоваться упрощенным вариантом. Согласно нему индукционные котлы мощностью всего в 3-4 кВт способны обогреть помещение площадью 30-40 м²

Чтобы не переплачивать за ненужную мощность и не мёрзнуть в случае её недостатка, необходимо оценить конкретные характеристики дома или другого объекта, включая материалы стен, площадь окон, наличие теплоизоляции и прочее и уже на основании этих данных выбирать отопительное оборудование.

Не мешает поинтересоваться у продавца и коэффициентом мощности, то есть соотношением активной и полной мощности выбранной модели. Этот показатель называют косинусом фи (Сos φ) и измеряют в вольт-амперах. Он помогает определить, какая доля потреблённой электроэнергии расходуется непосредственно на нагрев теплоносителя, а какая – на генерирование магнитного поля.

Значения коэффициента мощности находятся в пределах от 0 до 1. У индукционных котлов с хорошо продуманной конструкцией Сos φ составляет 0,97-0,98 кВА, что считается отличным показателем, так как почти всё потреблённое электричество расходуется на нагрев рабочей жидкости.

Разнообразие моделей позволяет подобрать вариант для использования в качестве основного или резервного источника тепла. Мощные котлы, работающие от напряжения 380 В, способны самостоятельно обогревать дома, коммерческие и промышленные объекты большой квадратуры.

Для эксплуатации на даче или в гараже эффективный индукционный котел можно смастерить собственными руками. С подробным руководством по сборке полезной самоделки ознакомит следующая статья.

Устройство индукционного котла

В индукционных котлах использован тот факт, что металлический сердечник, помещенный внутрь катушки индуктивности, быстро нагревается до высоких температур за счет наведенных токов Фуко. Нагревательный элемент таких агрегатов представляет собой мощную индуктивную катушку, которая герметично запаяна в массивный корпус из металла, являющийся одновременно и сердечником. Вода или другой теплоноситель, омывая корпус нагревательного элемента, нагревается, затем поступает в систему отопления. Существует два типа индукционных нагревателей, имеющих некоторые отличия:

Устройство индукционного котла

Вихревые индукционные нагреватели ВИН (Vin). Перед подачей на первичную обмотку катушки индуктивности ток сети 50Гц преобразуется в высокочастотный. Таким образом достигается усиление магнитной напряженности и наводимых токов Фуко, повышается температура нагрева. В таких котлах из ферромагнитных сплавов изготавливают не только вторичную обмотку, но и корпус, что увеличивает площадь нагрева и позволяет нагревать теплоноситель быстрее.
Индукционный котел отопления Sav. Котлы этого типа в качестве теплообменника используют вторичную обмотку, которая выполняется в виде лабиринта с толстыми стенками (для увеличения площади теплоотдачи и лучшего нагрева теплоносителя). Так как проводник находится в переменном поле, катушка дополнительно генерирует реактивную мощность.

Установка индукционного устройства

Система с индукционным котлом оснащается циркуляционным насосом, расширительным баком, запорно-регулируемой аппаратурой (шаровые краны и тому подобное). В частных домах, как правило, используется типовая схема подключения.

Монтаж индукционных котлов производится в соответствии с инструкцией или техническим паспортом. Прибор располагается строго вертикально, нижний патрубок ввода подключается к обратке, верхний – к подающему трубопроводу. Используются только металлические или металлопластиковые трубы.

Если вы решили установить индукционный электрический котел своими руками, не забудьте о заземлении. В непосредственной близости устанавливаются группа безопасности, шкаф управления, на вводе – фильтры, циркуляционный насос и датчик потока.

Обзор индукционных котлов

На российском рынке электрокотлы индукционного типа представлены ЗАО «НПК «ИНЭРА» (брэнд SAV), ООО «Альтернативная энергия» (брэнд ВИН), НПК «Миратрон» (бренд Miratron).

Отзывы об индукционных электронагревателях SAV встречаются в равной степени и положительные, и отрицательные:

«Котел SAV подогревает воду в системе отопления быстрее, чем ТЭНовый, но и остывает сразу – сказывается малая инерционность. Экономия достигается за счет регулировки производительности автоматикой: сначала греет на максимуме, а потом для поддержки температуры жидкости включается на половине мощности».

Сергей Болдовский, Александров.

«Котел САВ 5 по уверениям продавцов функционирует от розетки. На самом деле ему для работы свыше +60 °С нужна трехфазная силовая линия и УЗО. После сбоя или снижения напряжения в сети автоматика отключается, приходится запускать вручную. При обращении к изготовителю предложили заменить. С полученным котлом такая же проблема».

По отзывам вихревой индукционный нагреватель ВИН в определенной степени соответствует заявленным характеристикам.

«Поставил ВИН-7 2 года назад. Жалоб нет, функционирует нормально. Экономии как таковой не заметил, зато накипь не образуется. В общем, кроме цены, ничем не отличается от обычных котлов».

Александр Сокин, Ростов-на-Дону.

По мнению покупателей, бесшумность индукционных котлов – величина условная.

«Подключил к котлу Миратон 6 систему теплого пола. Нагрелся очень быстро, но гул стоит постоянный, неприятный. Контроллер сбоит, заданный уровень температуры не поддерживает».

Рекомендации по выбору

1. При подборе котла упор следует делать на правильный технический расчет теплопотерь дома. Это первый и главный параметр.

2. Второй критерий – количество фаз. Однофазные можно подключить непосредственно к розетке, трехфазные – только отдельная силовая линия. Заземление проводится в любом случае.

3. Следует также учитывать и то, как будет эксплуатироваться индукционный котел. Если он требуется для поддержания сниженной стабильной температуры, достаточно маломощного прибора на 2,5-6 кВт.

4. Некоторые производители предлагают отдельно приобрести в комплект программатор режимов, блок дистанционного управления GSM и другие. С их помощью оптимизируется работа котла, соответственно увеличивается стоимость.

Предлагаем посмотреть ознакомительный видео обзор индукционных электрокотлов:

Разновидности индукционных котлов

Все модели индукционных котлов работают по одному принципу, но имеются отличия в их конструктивном исполнении. По этому критерию они условно подразделяются на несколько видов, которые будут рассмотрены далее.

Кожуховые котлы. Кожух котла имеет цилиндрическую форму. В кожухе находится катушка индуктивности. Как внутри, так и снаружи катушки проходит теплообменник.

Поступающая во входящий патрубок рабочая жидкость проходит по теплообменнику, нагревается и через верхний патрубок поступает в отопительный контур. Котлы кожухового типа в России производит НПК «ИНЭРА». На рынке они известны под брендом SAV.

Котлы с объемными теплообменниками. Такой тип котлов еще называют индуктивно-кондуктивным. Агрегат имеет металлический корпус в виде цилиндра.

В корпусе размещена индукционная катушка с ферромагнитным стержнем, который выполняет функции теплообменника. Индуктивно-кондуктивные котлы на рынке представлены серией ВИН. Производитель – завод теплового оборудования «Альтернативная энергия».

Котлы с трубчатым теплообменником. Классические индукционные котлы имеют теплообменник в виде набора труб, огибающих катушку индуктивности. Первым на рынке был именно такой агрегат.

Индукционные котлы с инверторами. Индукционный котел может быть дополнен инвертором, в котором постоянный электрический ток аккумуляторов преобразуется в переменный высокочастотный и только потом поступает к катушке индуктивности.

Такое решение помогает получать необходимые вихревые токи для генерации тепла при отсутствии основного сетевого питания.

Использование инвертора в схеме с индукционными котлами позволяет стабилизировать поставку питания электрооборудованию и защитить его от перепадов напряжения в сети

Разновидности

Общая классификация такая же, как и для других теплогенерирующих агрегатов – по мощности, питанию (одно- или трехфазные) и так далее. Принципиальное отличие между отопительными индукционными установками – в конструктивном исполнении электрической части. Существует две модификации.

SAV.

На первичную обмотку индукционного нагревателя с блока питания котла подается пром/напряжение (220/50). Вторичная – замкнутый контур, по которому циркулирует жидкость. Он же является частью теплообменника, где и происходит нагрев теплоносителя системы отопления. В качестве такового может использоваться не только вода, но и антифриз. Ток довольно быстро повышает температуру контура, поэтому КПД всех котлов этой категории очень высокий.

ВИН.

Модели называются вихревыми (отсюда и аббревиатура). Главное отличие от предыдущей группы – в питании. На первичную обмотку оно поступает преобразованное, высокочастотное. Напряженность ЭМП усиливается за счет токов Фуко. Этому же способствует и специфика изготовления теплообменника и корпуса котла. Для их производства берутся ферромагнитные сплавы. Постоянное «перемагничивание» инициирует быстрый разогрев материала, поэтому такие котлы несколько эффективнее исполнения SAV. Однако их цена выше за счет совершенства конструкции.

Краткий обзор моделей

1. «Гейзер».

Неплохой котел для организации обогрева частного дома. Второй класс эл/безопасности не требует обустройства защитного зануления. Большой выбор как по мощности котла (4,5 – 250 кВт), так и по специфике монтажа. Если в схеме системы отопления предусмотрена накопительная емкость, устанавливается модификация «Е». В иных случаях (с теплообменником) – котлы категории «Б». Как недостаток отмечается сложность подключения агрегатов. От сети 220/50 работают лишь маломощные индукционные электрические котлы. Всем остальным моделям необходимо 380/3ф. Насколько это актуально для частного дома? Хотя, судя по отзывам владельцев, «Гейзер» отличается надежностью, устойчивостью в функционировании и каких-либо нареканий к этой марке котлов нет.

2. «Миратрон».

Такие котлы ориентированы на обогрев жилых строений (до 300 – 350 м2). Диапазон мощностей (кВт) – от 8,5 до 32. Для большинства домов этого достаточно. Собственники дают самые положительные отзывы о котлах марки «Миратрон», что вполне объяснимо. Во-первых, функционируют практически бесшумно. Во-вторых, не требуют постоянного контроля. В-третьих, экономичность достигается ступенчатым переключением мощности. На начальном этапе работы индукционного котла он разгоняется на повышенной, а потом переходит в оптимальный режим. В-четвертых, особенность конструкции гарантирует, что частный дом в любом случае без отопления не останется. И это, наверное, одно из самых главных преимуществ «Миратрон». Котлы этой марки оснащены несколькими индукционными нагревателями, чем обеспечивается не только возможность ступенчатого переключения, но и аварийное резервирование.

3. «Эдисон».

Ассортимент моделей большой – от небольших бытовых котлов до промышленных установок. Есть ограничение в использовании – только для закрытых контуров. Гарантированный КПД – 98 %.

4. Электрокотлы индукционного типа от ООО «Альтернативная Энергия» (С-Пб).

Все агрегаты ориентированы на отопление частных домов. Мощности котлов (кВт) – от 3 до 75. Второй класс эн/безопасности, возможность подключения к любому контуру обогрева – основная система, «теплый пол» и так далее. Современная схема автоматизации увеличивает стоимость продукции – от 29 890 рублей (3 кВт). Но есть и существенный плюс – компактность оборудования. Судя по отзывам, это и привлекает покупателей.

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.

Основное отличие вихревого индукционного котла заключается в том, что его корпус выступает в роли вторичной обмотки. Поэтому его всегда изготавливают из металла

Как собрать вихревое индукционное устройство?

Как мы уже знаем, такой котел отличается от своего индукционного аналога, однако, изготовить его самостоятельно так же несложно. Правда, теперь понадобятся навыки сварочных работ, ведь устройство должно быть собрано только из металлических деталей.

Для работы понадобится:

Два одинаковых по длине отрезка металлической толстостенной трубы. Их диаметры должны быть разными, так, чтобы одну деталь можно было поместить в другую.
Обмоточная (эмалированная) проволока из меди.
Трехфазный инвертор, можно от сварочного аппарата, но максимально мощный.
Кожух для теплоизоляции котла.

Теперь можно приступать к работе. Начинаем с изготовления корпуса будущего котла. Берем трубу большего диаметра и вставляем внутрь вторую деталь. Их нужно вварить одну в другую так, чтобы между стенками элементов осталось некоторое расстояние.

Получившаяся деталь в разрезе будет напоминать баранку. В качестве основания и крышки корпуса используется стальной лист толщиной не менее 5 мм.

В результате получаем полый бак цилиндрической формы. Теперь нужно врезать в его стенки патрубки под трубы подачи холодной и отводе горячей жидкости. Конфигурация патрубка и его диаметр зависят от труб отопительной системы, возможно, дополнительно понадобятся переходники.

После этого можно приступать к намотке проволоки. Она аккуратно, под достаточным натяжением наматывается на корпус котла.

Принципиальная схема самодельного индукционного котла вихревого типа

Собственно, нагревательным элементом будет служить намотанная проволока, поэтому корпус прибора желательно закрыть теплоизоляционным кожухом. Так удастся сохранить максимум тепла и, соответственно, увеличить КПД устройства и сделать его безопасным.

Теперь нужно врезать котел в отопительную систему. Для этого теплоноситель сливается, отрезается нужный по длине участок трубы и на его место вваривается прибор.

Осталось только запитать отопительный прибор и не забыть подключить к нему инвертор. Устройство готово к эксплуатации. Но прежде, чем провести испытания, нужно заполнить магистраль теплоносителем.

Вы не знаете, какой теплоноситель выбрать для заполнения контура? Рекомендуем ознакомиться с характеристиками различных теплоносителей и рекомендациями по выбору оптимального типа жидкости для отопительного контура.

Только после закачки теплоносителя в систему проводить пробный пуск.

Сначала нужно запустить прибор на минимальной мощности и внимательно отследить качество сварных швов. Если все в порядке, мощность увеличиваем до максимума.

На нашем сайте есть еще одна инструкция по изготовлению индукционного прибора, который можно использовать для подогрева теплоносителя в системе отопления. Чтобы ознакомиться с процессом сборки индукционного нагревателя, переходите по этой ссылке.

Список источников