Індукційні котли для підключення приватного будинку та приміщення

Завдяки розвиваються технологіями електричні водонагрівачі постійно вдосконалюються, і для нагріву води в приватному будинку тепер нерідко використовуються інженерні рішення, які до цього успішно застосовувалися в промислових масштабах. Яскравим прикладом такої конверсії технологій є індукційний котел опалення, в якому використовується явище електромагнітної індукції струму в провідниках.

Щоб зрозуміти принцип дії індукційного котла опалення, потрібно освіжити шкільні знання про електромагнітної індукції і ознайомитися з роботою индукторной печі.

Згадуючи шкільні знання

Електричний струм, що пропускається через котушку індуктивності, створює навколо електромагнітне поле. При приміщенні магнітного матеріалу всередину котушки, силові лінії магнітного поля будуть проходити крізь матеріал. При змінному струмі полюса електромагніту будуть змінюватися відповідно частоті підведеної напруги.

Ідентичність магнітного поля котушки і постійного магніту

При швидкому перемагничивании магнітних диполів (атомів і молекул) вони будуть міняти свій напрямок, тобто здійснювати теплові коливання. До того ж, змінне магнітне поле індукує вихрові струми в осерді, які теж розігрівають провідник відповідно до закону Джоуля-Ленца.

У трансформаторах і електродвигунах змінного струму даний ефект є негативним, і з вихровими струмами борються, набираючи муздрамтеатр з шихтованних пластин, ізольованих одна від одної.

Ізольовані пластини шіхтованного муздрамтеатру трансформатора

У індукторі печі, або в індукційному котлі навпаки – даний ефект має позитивне значення. По суті, спостерігається принцип трансформації струму – на первинну котушку подається змінна напруга, що збуджує електромагнітні коливання і вихрові струми в короткозамкненим осерді.

Опис принципу дії індукційного нагріву

Інтенсивність коливання магнітних диполів і наведені струми в замкнутому сердечнику здатні розігрівати і плавити метал в індукційній печі за дуже короткий час, в залежності від напруженості і частоти змінного електромагнітного поля.

Нагрівання частини сердечника індуктивним методом

Очевидно, що якщо пропускати через сердечник воду, або інший теплоносій, то тепло буде передаватися рідини, нагріваючи її. Даний принцип використовується в індукційних побутових електроплитках, водонагрівачі та котлах.

Наочність роботи індукційної печі

Принцип дії індукційної печі грунтується на вихрових токах Фуко і швидкому перемагничивании металу, що досягається змінним магнітним полем високої частоти, близько 100 кГц. Наочно оцінити ефективність індуктора (печі, індукційного нагрівача) можна подивившись відео нижче.

Завдяки одному витку, поверненому в зворотну сторону, заготовка не виштовхується магнітним полем. Дана конструкція є демонстраційним стендом, який ілюструє можливості індукційного нагріву.

Очевидно, що таким способом можна плавити дорогоцінні й рідко зустрічаються метали в атмосфері інертних газів без контакту розплаву зі стінками печі, що успішно застосовується в виробничих і лабораторних установках.

Безконтактна індукційна плавка металів

Також різновидом індукційної печі є нагрів ковальських заготовок за допомогою індукції. Завдяки внутрішній схемою пристрою відбувається підстроювання частоти в залежності від зміни індуктивності котушки, яке відбувається при приміщенні в неї заготовки. Приклад промислової установки на відео:

Зростаюча популярність індукційних котлів

Зрозуміло, для розігріву ковальських заготовок потрібно значну кількість енергії, а для роботи промислової плавильної печі потрібно потужність, що обчислюється мегаватами, але відносно приватного будинку, для нагрівання невеликих обсягів води, споживання електроенергії і сила струму, необхідна для електромагнітної індукції, буде порівнянна з енергоспоживанням інших потужних домашніх електроприладів.

Індукційний котел в системі опалення

Тому індукційні електричні котли впевнено завойовують свою нішу на ринку, завдяки очевидним перевагам у порівнянні з іншими типами електронагрівачів для будинку або квартири:

  • компактність. Оскільки сердечником індуктора, як правило, є металева труба ненабагато більшого діаметру, ніж трубопроводи системи опалення, а розміри котушки, шару ізоляції і захисного кожуха також незначні, то загальні габарити водонагрівача вигідно відрізняються від інших типів котлів.

    Компактний індукційний водонагрівач у ванній кімнаті

  • довговічність. У порівнянні з ТЕНами, площа теплообміну внутрішньої стінки нагрівається труби (сердечника) індукційного котла в десятки разів більше. Це означає що шар накипу, розподілений по значній поверхні, буде мізерним, і не впливає на ефективність теплопередачі. Тоді як щодо ТЕНів, забрудненість робочої поверхні часто має критичне значення при недостатньому охолодженні і перегріванні внутрішньої спіралі, що призводить до виходу з ладу електрообігрівача.
    Надзвичайно багата накип на робочій поверхні Тена

    Сердечник індукційного водонагрівача має властивість самоочищення від накипу через кавітації (теплового розширення-стиснення) і вібрації через змінного магнітного поля.

  • Безпека. Дана перевага очевидно при порівнянні з котлами на базі ТЕНів, в яких частою поломкою є електричний пробій внаслідок накипу. В індукційному котлі навіть рясна накип, що скупчилася за десятиліття, не вплине сильно на працездатність нагрівача. При повній закупорці, або втрати теплоносія внаслідок розігріву сердечника його індуктивність зміниться, на що повинна відреагувати електрична схема. Сама обмотка індукційного котла надійно ізольована і лише незначно нагрівається через активного опору провідника, а прогорание товстостінної труби і витік води практично виключена.

    Металевий лабіринт індукційного котла запобігає потраплянню води на котушку

Міфи і вигадки

Поряд з перерахуванням достоїнств, слід зауважити, що має місце певна міфологізація індукційних котлів, в якій реальні фізичні фактори доповнюються вигадками недобросовісних менеджерів, підмінами понять, домислами, і непідтвердженими даними майстрів-аматорів.

Існують, як тенденції перебільшувати гідності індукційних котлів, так і деякі упередження проти їх використання.

Наприклад, існує думка, що шкідливий магнітне поле поширюється по трубах водопроводу і по воді всередині, негативно впливаючи на здоров’я людини і роботи побутових приладів будинку.

Дійсно, інтенсивне змінне поле високої частоти може мати шкідливі наслідки для організму і впливати на роботу різних пристроїв, але цей недолік нівелюється екранами індукційного котла (зовнішніми кожухами) і товщиною труби (сердечника).

Надійна конструкція індукційного котла

Вібрація і гудіння в індукційних котлах неякісного складання також можуть створювати незручності. З огляду на велику індуктивність водонагрівача, його схема повинна забезпечувати відсутність індуктивних сплесків напруги в мережі при включенні – прилад потрібно вимкнути.

Прийоми менеджерів

Але набагато частіше можна зустріти перебільшені гідності індукційних котлів або відверто неправдиву інформацію, спрямовану на агітацію і збільшення продажів. Наприклад, рекламується новизна та інноваційність даного методу, хоча індукторні печі успішно застосовуються в металургії вже майже ціле століття, як і промислові індукційні котли.

Промисловий індукційний котел великої потужності

Також, у всіх видах реклами наполегливо мусується твердження про небувалу економічності індукційних котлів (близько 30%), в порівнянні з водонагрівачами для будинку, де використовуються звичайні Тени.

З фізичної точки зору це в принципі неможливо, так як будь-який вид енергії, в тому числі і електроенергія, в незалежності від принципу перетворення і схеми електрообігрівача, в кінцевому підсумку перетворюється в тепло.

Мова тут може йти тільки про якість теплоізоляції самого водонагрівача і сполучних труб, щоб тепло не розсіюється в службовому приміщенні і повністю прямувало в опалювальну систему будинку. З огляду на невеликі габарити індукційного котла, можна з упевненістю сказати, що тепловтрати будуть значно меншими, якщо нагрівач встановлюється десь поза домом.

Якщо ж індукційних електронагрівач встановлюється всередині опалювального приміщення, то під економічністю може матися на увазі тільки лише ефективне використання котла за допомогою алгоритмів і схем управління.

Компактність і електронний блок індукційного котла дійсно збільшують ефективність системи опалення

Тобто, завдяки невеликому обсягу теплоносія і великої площі нагрівання в індукційному котлі, витрати енергії і часу для нагріву води будуть меншими, після чого включається економічний режим підтримки необхідної температури.

Недосконалість приладів обліку електроенергії

Варто особливо згадати явище, на якому грунтується твердження менеджерів про неймовірну, з точки зору термодинаміки, економічності індукційних котлів. Мається на увазі недосконалість електролічильників і систем обліку спожитої електроенергії в квартирах і приватних будинках.

Аби не заглиблюватися в електротехнічну теорію, слід зауважити, що cos α (косинус альфа), часто вказується в паспортах різних електроприладів, у індукційного котла буде порівняно невеликим. А це означає, що електроприлад споживає значну частку реактивної потужності, яка старими механічними електролічильниками з блоком диском не враховувалася.

Застарілий дисковий електролічильник

В цьому випадку, дійсно буде спостерігатися економія коштів, але тільки внаслідок недосконалості схеми обліку електроенергії застарілими лічильниками. Але сучасні електричні цифрові лічильники більш досконалі і практично позбавлені такої вади, тому, відповідно до різними нормативними актами, вони повинні замінити застарілі аналоги.
Відеосюжет про обов’язкову заміну старих електролічильників:


Оскільки технічні характеристики сучасних електролічильників, встановлених в приватних будинках, можуть відрізнятися в плані обліку реактивної потужності, то і рахунки за однакову кількість виробленого тепла за допомогою індукційних котлів будуть варіюватися.

Тому, купуючи індукційний водонагрівач для будинку з метою отримання економії, необхідно звіритися з технічними характеристиками наявного електролічильника, щоб приблизно розрахувати, скільки він буде економити через свою недосконалість.

Саморобні індукційні котли

Буде резонно припустити, що затвердження менеджерів про економічність їх інноваційних технологій мають історичне коріння, так як в епоху поширення механічних електролічильників багато умільці робили індукційний котел своїми руками, який дійсно споживав значно менше електроенергії, у порівнянні з ТЕНами.

Хоч конструкція і схема індукційної печі не є простою, але при наявності деталей, інструментів і навичок, її можна виготовити в домашніх умовах, розрахувавши перетин, довжину, кількість витків і діаметр обмотки індуктивності, встановивши силові ключі на радіатори.

Електрична схема індукційного нагрівача

Котушка індуктивності, в яку поміщається сердечник, в сукупності з конденсатором і дроселями являють собою коливальний контур. Через швидкодіючі діоди зворотного зв’язку сигнал надходить на керуючі висновки силових ключів, завдяки чому відбувається автоматична генерація високочастотних коливань.

На відео нижче майстер пояснює тонкощі збірки саморобної індукційного нагрівача і демонструє його роботу.


При нарощуванні потужності шляхом збільшення напруги і за допомогою додавання ідентичних модулів, встановивши в котушки трубку можна домогтися прийнятного нагрівання потоку проточної води.

Можна знайти відповідні схеми індуктивних котлів в мережі, або повторити промислові зразки. Існують серійно випускаються водонагрівачі, які успішно працюють в опалювальних системах.

Ознайомитися з оглядом різних варіантів саморобного індукційного опалення можна, подивившись відео внизу.

Ссылка на основную публикацию