Как работает индукционный котел

Реальная экономия или наглый обман? Особенности индукционных котлов отопления

Вариант индукционного отопления чаще всего рассматривают в том случае, когда газовая магистраль недоступна и приходится обогревать жилище с помощью дорогостоящего электричества.

Индукционный котёл обычно представляется продавцами более экономной и инновационной альтернативой привычным тэновым обогревателям.

Что собой представляет индукционное отопление

В основе работы лежит явление электромагнитной индукции. Внутри котла создаётся электромагнитное поле, которое нагревает сердечник из ферромагнетика. Он-то и отдаёт тепло воде в системе вместо привычного ТЭНа.

Когда продавцы и производители ВИНов (вихревых индукционных нагревателей) говорят о его экономичности, имеют в виду скорость нагревания элемента и передача тепла в систему.

Если ТЭН нагреет воду в системе отопления в лучшем случае через 20, а то и 30—40 минут, то индукционный элемент на 10—15 минут быстрее.

Важно! В индукционном отоплении выбор теплоносителя довольно широк: это может быть не только вода, но и масло, этиленгликоль и любой антифриз.

Принцип работы и устройство индукционного электрокотла

Подобны трансформатору. Генератор индукционного тока состоит из первичной и вторичной короткозамкнутых обмоток. Первичная обмотка превращает электрическую энергию в вихревой ток, а вторичная обмотка служит корпусом индуктора.

Ещё проще объяснит работу устройства индукционного нагревателя следующий пример:

1. На трубу из диэлектрического материала (непроводящего электроток) наматывается катушка.
2. Внутрь помещается сердечник из мартенситной или ферритной стали (ферромагнетик).
3. Катушка под воздействием электричества создаёт магнитное поле.
4. Магнитное поле нагревает сердечник (до 750 °С).
5. Сердечник нагревает воду, проходящую через трубу.

Справка. Несмотря на то, что индукционный котёл может нагреть быстро большое количество теплоносителя, а явление индукции само создаёт конвекционное движение носителя в системе, чтобы без проблем отопить двухэтажный дом, нужно поставить в систему насос.

Чаще всего индукционный котёл представляет собой довольно компактный, не слишком высокий (40 см), но увесистый (до 23—30 кг) широкий баллон-трубу. Поэтому, чтобы он не обрушился, его ставят на прочные дополнительные крепления. Иногда для усиления эффекта используют спаянную секцию из нескольких таких баллонообразных труб-котлов.

Фото 1. Индукционный котёл, подключенный к отопительному контуру. Представляет из себя баллон небольшого размера.

Реже встречаются конструкции в форме шкафчика.

Но в любом случае индукционный котёл состоит из:

1. Корпуса, состоящего из диэлектрического металла.
2. Электроизоляционного слоя.
3. Сердечника из ферромагнита (толщина до 7 мм).
4. Температурного датчика в корпусе котла.
5. Входного и выходного патрубков соединения с системой труб и радиаторов.
6. Автовыключателей (в пульте управления).
7. Терморегулятора (электроника в пульте управления).

А вот так может выглядеть система отопления, где:

• Насос для циркуляции теплоносителя.
• Отопительные батареи.
• Индукционный котёл.
• Мембранный расширительный бак (для регулировки давления).
• Шкаф пульта управления.
• Запорный шаровой кран.

Внимание! Индукционный котёл годится только для закрытого контура отопления.

Немного о плите на индукции

Эта чудо-плита не похожа на обычные плиты тем, что:

1. Автоматически распознаёт подходящую посуду (только из ферромагнитных металлов и с плоским дном), а под неподходящей даже не включается.
2. Нагревает быстрее, чем газовая или электрическая, следовательно, блюда готовятся оперативнее.
3. Греет строго определённую зону, равную диаметру посуды. Остальная часть плиты остаётся холодной.

Схема такой плиты в разных брендах может существенно отличаться, но её принципиальное устройство одинаково для всех моделей:

• Поверхность из стеклокерамики.
• Под ней изоляционный слой.
• Под изоляцией — индукционная катушка.
• Под катушкой — Блок управления и Преобразователь частоты.

Первичный контур в таком трансформаторе — катушка внутри плиты, а вторичным контуром выступает сама посуда.

В интернете можно встретить даже забавные схемы самодельных отопительных систем с помощью индукционных плит. Но они не выдерживают никакой критики.

Индукционные плиты работают на сверхвысоких частотах от 20 кГц до 60 кГц. Проводя замеры излучений, выявили, что частично они поглощаются самой плитой, а оставшиеся действуют строго в радиусе 30 см от центра плиты. Всё же, несмотря на доказанную безопасность, людям с кардиостимуляторами очень не советуют пользоваться такими плитами, во избежание остановки сердца. А как с вредоносными излучениями у индукционного котла? Ведь он также работает на частотах от 25 кГц и выше.

Плюсы и минусы индукционного электрического котла

Минусы индукционного котла:

1. При справедливости утверждений о том, что такой котёл — экологичный и не выбрасывает в окружающую среду выхлопов, электромагнитное поле он по жилищу распространяет. На него реагируют и люди, и животные, и техника.
2. Безопасен только условно. Если случится утечка теплоносителя, электромагнитное поле не выключится автоматом, сердечник будет продолжать нагреваться вплоть до оплавления корпуса, а произойдёт это буквально за пару секунд. Поэтому очень важна для такого котла сложная и надёжная автоматика контроля, выключающая электропитание при утечках. Стоит она дорого. А на отечественных образцах индукционных нагревателей ради экономии чаще всего стоят дешёвые китайские образцы.
3. Стоит почти в 2 раза дороже ТЭНового. При этом его заявленная экономичность явно завышена и окупать себя будет долго.
4. В рациональности и экономии серьёзно уступает газовым и твердотопливным системам отопления.

Преимущества:

1. В некоторых моделях есть вариант удалённого управления с помощью электронного программатора по GSM-каналу. Это действительно бывает удобно — выставить температуру на 8—10 °С на время отсутствия людей в доме, уехав на недельку, не беспокоясь о промерзании жилища.
2. Нет промежуточных техосмотров, замены ТЭНа и прочих ремонтно-профилактических работ.

Кто придумал отопительный агрегат на индукции

Маркетинговый аргумент про инновацию индукционного котла не выдерживает никакой критики. Принцип индукции был открыт ещё в первой трети XIX века Майклом Фарадеем — исследователем, известным нам по школьному курсу физики.

А в самом начале XX века в Швеции была выпущена в мир первая плавильная индукционная печь для металлургической промышленности.

Конечно же, инженеры и учёные ещё тогда рассматривали индукцию для отопительных котлов в быту. Но, изучив за и против, сочли этот вариант нерациональным.

Индукционным нагревателем для дома и быта начали пользоваться на просторах СНГ в середине 90-х годов. До этого индукционные котлы высокой мощности применялись в СССР только в тяжёлой промышленности для плавки металлов.

Правда ли, что индукционные нагреватели энергосберегающие?

Экономичность данной разновидности котла достигается только первоначальной форой в 5—15 минут скорости нагрева. И то, по сравнению с ТЭНами. Потому что самая экономичная среди электрических систем отопления — «тёплый пол». Все рассуждения о 99 или даже 100% КПД — лукавство и расчёт на массовую безграмотность. Такое же КПД имеют все электронагреватели.

А утверждение, что часть тепла из системы рассеивается, не доходя до теплоносителя одинаково справедливо и для ТЭНовых, и для индукционных котлов. Учитывая высокую стоимость котла и обязательное дополнительное оборудование к индукционной системе за отдельную сумму, экономия в 30—50% на электроэнергии — не больше чем легенда и торговая уловка.

Долговечность. Как и всё на свете, сердечник тоже подвержен разрушению, но делать он это будет, в отличие от ТЭНа, намного дольше – лет 30. Остальные составляющие также имеют хороший запас прочности. Производители дают 10-летнюю гарантию на службу индукционного котла, и они не врут. Если его оснастить качественными европейскими электронными контроллерами, свободно прослужит и до 30—40 лет.

Фото 2. Индукционный котёл, подключенный к закрытой системе отопления. Дополнительно оснащается контроллером, расширительным бачком и насосом.

Учитывая вышесказанное, владелец индукционного котла обнаружит экономию по сравнению с ТЭновым только в длительной перспективе — после пяти лет пользования системой. Но, по сравнению с первоначальными затратами на установку, она может оказаться несущественной.

Схема монтажа прибора для нагрева воды в отопительной системе

Первое, на что стоит обратить внимание — правильный расчёт мощности. Лучше, конечно, пригласить специалиста, но если делаете это сами, пользуйтесь формулой: 60 Вт мощности котла на каждый кв. м. жилища.

Вот ряд стандартных правил, обязательных при установке индукционного отопления:

1. Расстояние от котла до стены превышает 30 см.
2. Расстояние от котла до потолка и пола не меньше 80 см.
3. За патрубком вывода сразу обязательно должны быть вмонтированы манометр, автомат для отвода воздуха и подрывной клапан. Это безоговорочное условие безопасности.
4. Вслед за группой безопасности желательно соединить горячую подачу с обраткой, т. е. замкнуть малый контур. Это предохранительная мера от перегрева.
5. После групп безопасности вмонтировать запорные клапаны.
6. Котёл крепится к стене обязательно вертикально с использованием специальных крепежей или хомутов.

Фото 3. Схема подключения индукционного котла к системе отопления. Стрелками показаны части конструкции.

Вспомогательные приборы крепятся на трубу обратной подачи в следующей последовательности:

1. Бак расширения.
2. Фильтр-отстойник.
3. Фильтр для грубой очистки.
4. Насос.
5. Датчик циркуляции.

Важно! Для индукционного нагревателя обязательно выполнить заземление! Оптимально использовать для этого отдельный провод (лучше шину) и присоединить к заземлению всего дома.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором рассказывается, действительно ли индукционные котлы энергосберегающие?

Вывод

Очевидные преимущества индукционного отопления перед другими видами отопительных систем отсутствуют, учитывая его высокую цену.

Но если рисовать портрет его идеального потребителя, то это будет обладатель дачной усадьбы, расположенной в негазифицированной местности, которому нужна дистанционно регулируемая система отопления для нечастого и умеренного использования.

И есть возможность установить индукционный котёл в подвале, дабы он не слишком «фонил» вредными полями в сторону жильцов, но, напротив, отпугивал мышей, кротов и крыс. Долговечность и отсутствие в периодическом техобслуживании действительно будет плюсом для такого потребителя и оправдает все затраты в длительной перспективе.

Индукционный котел отопления: принцип работы и устройство своими руками

В процессе планирования устройства отопительной системы на даче или в загородном доме многие пытаются решить проблему чрезмерных расходов на энергоносители путем установки индукционного котла отопления. Кроме экономии электроэнергии его устройство таково, что позволяет обходиться без вредных выбросов в окружающую среду и не представляет никакой опасности в процессе использования. Немаловажным аргументом в его пользу является и возможность его самостоятельного конструирования. В данной статье мы рассмотрим, что такое индукционный котел отопления: все про принцип работы + 2 варианта устройства своими руками. Кроме того, нам станут очевидны его преимущества перед обычными электрическими котлами и газовыми агрегатами.

Устройство индукционных котлов

В основу внутреннего устройства такого котла включен индуктор (трансформатор). Обычные бытовые индукционные котлы немного отличается от аналогичных промышленных с цилиндрической системой обмотки. В компактных котлах бытового назначения применяется медная обмотка тороидального типа.

Внешний корпус агрегата выполнен из окрашенного металла, затем идет толстый слой тепло- и электроизоляции, внутри которой находится сердечник с двойной стенкой. Он изготовлен из особой ферромагнитной стали и имеет толщину стенок не менее 10 мм. Тороидальная обмотка, которая намотана на сердечнике — это первичная обмоткой. Именно в ней происходит преобразование энергии электрического поля в магнитное, которое создает вихревые токи. Уже их энергия переносится на вторичную обмотку. В роли вторичной обмотки выступает корпус контура, который под действием этой энергии выделяет большое количество тепла, передающегося теплоносителю. Тороидальная обмотка позволяет создавать агрегаты с небольшим весом и габаритами.

Принцип действия индукционных котлов

В стандартную комплектацию обычно входит сам котел, совершенно необходимый полупроводниковый преобразователь, называемый инвертором, автоматические выключатели, терморегулятор электронный. Сам температурный датчик находится внутри корпуса котла.

Работа индукционных котлов базируется на принципе электромагнитной индукции. Его суть в том, что электроэнергия, потребляемая из сети, создает электромагнитное поле. Теплоноситель подается внутрь котла котел через водный патрубок, который приварен внизу. Переменный ток частотой 20 кГц поступает на котел через инвертор. При включении этого прибора ток протекает через тороидальную обмотку котла. При этом стальной сердечник всего за 7 минут нагревается до температуры 750 градусов.

Произведенное тепло передается теплоносителю, циркулирующему внутри контура. Быстрый нагрев жидкости создает конвекционные потоки. Это означает, что разогретый теплоноситель сильно расширяется и устремляется вверх по конструкции котла и далее в саму систему отопления. Часто этого бывает достаточно, чтобы происходила полноценная работа бытового котла, имеющего среднюю протяженностью отопительного контура. Такой метод позволяет достаточно быстро обогревать всю систему, но для лучшей циркуляции нужно дополнительно устанавливать обычный циркуляционный насос.

Благодаря применению принципа магнитной индукции, разогрев теплоносителя в таких котлах происходит гораздо быстрее, чем в агрегатах с тэнами, а потери тепла минимальны. На сердечнике почти не возникает накипь, какой бы жесткой и известковой не была вода.

Это происходит потому, что вихревые потоки вынуждают сердечник вибрировать, не позволяя образоваться накипи. Одновременно, вскипающие у его тела пузырьки, очищают поверхность сердечника. По причине герметичности всей системы, теплоноситель забирает максимальное (98%) количество выделяемой тепловой энергии. Таким образом, эти параметры очень сильно увеличивают КПД котла, что положительным образом сказывается на его экономичности и сроках эксплуатации.

Плюсы и минусы индукционных котлов

Индукционные котлы обладают рядом безусловных преимуществ перед обычными котлами на ТЭНах:

• Стабильные показатели КПД до 99% практически весь срок эксплуатации.
• Отсутствие нагревающихся элементов, что значительно продлевает срок применения устройства.
• Отсутствие двигающихся элементов, что полностью исключает механический износ и необходимость замены комплектующих.
• Отсутствие разъемных внутренних соединений не дает возможность возникновения течи.
• Полная доступность работы даже при постоянном токе либо низком напряжении в сети.
• Очень быстрый нагрев до нужной температуры теплоносителя (5 – 7 мин).
• Достаточно высокая степень электро- и пожаробезопасности, соответствующая классу II за счет использования сердечника, не связанного напрямую с индуктором.
• Отсутствие необходимости установки дымохода и предоставления под котел отдельно расположенного помещения. Для установки данной системы нет потребности в привлечении высококвалифицированных специалистов.
• Нормативный срок эксплуатации прибора до 25 лет и даже более. Он напрямую зависит от герметичности запаянного внешнего шва и от большой толщины металлических труб для сердечника. Ему не нужны никакие профилактические работы в течение всего срока эксплуатации.
• Котел может использовать все доступные жидкие теплоносители: масло, вода, антифриз, этиленгликоль без какой-либо предварительной подготовки.
• Менять отработку теплоносителя можно всего один раз в 10 лет.
• Хорошая защита от перегрева и различных аварий, бесшумность в ходе работы.
• На котлах установлены электронные автоматизированные системы управления.
• Внутри контура отсутствует накипь.
• Возможность подключения котла к любым отопительным системам закрытого типа.
• Минимально возможный прогрев теплоносителя — 35°С.

Но у индукционных котлов есть недостатки, как перед другими отопительными приборами, так и по индивидуальным специфическим параметрам.

• Такие котлы можно подключить только к закрытому контуру отопления, очень часто с принудительной циркуляцией теплоносителя
• Достаточно большой вес котла при довольно небольших размерах. Вес котла мощностью 2,5 кВт составляет не менее 23 кг при полной высоте 45 см и диаметре 12 см.
• Большая, чем у других котлов цена, которая обусловлена наличием дорогостоящей детали – инвертора.
• Генерируемые на расстояние в несколько метров от котла радиопомехи в длинноволновом, средневолновом и даже УКВ-диапазоне. Они не оказывают воздействия на человеческий организм, но их хорошо чувствуют домашние животные и электронная аппаратура.

Установка индукционного котла и системы управления к нему

Установка таких котлов возможна только в закрытую систему отопления. Это требует наличия расширительного бачка-экспанзомата и насоса для принудительной циркуляции теплоносителя.

Согласно инструкции, индукционный котел выставляется строго вертикально. После этого, к нижнему патрубку ввода подключается обратная труба контура отопления. Выходной патрубок расположен в верхней части устройства (сбоку или сверху). На него закольцовывается подающий трубопровод.

Вес монтируемого котла достаточно серьезный, поэтому креплениям нужно уделить самое особое внимание. Они должны быть очень надежными с учетом того, что при работе котла его вес значительно увеличится за счет поступающего внутрь теплоносителя. Боковое расстояние от котла до окружающих предметов и стен – 300 мм. Расстояние до пола и потолка — 800 мм и не меньше. Важным и обязательным условием при монтаже таких котлов является их заземление. С ним возможно использовать, как металлические, так и металлопластиковые трубы.

Рядом с выводным патрубком встраивается группа приборов безопасности: подрывной клапан, манометр, воздухоотводчик. Расширительный бачок устанавливается на удобном участке обратной трубы системы. Запорная арматура главным образом монтируется уже после группы безопасности.

Монтаж всей системы управления, а также самого котла нужно производить в соответствии с существующими правилами и нормами ПУЭ, схемами и условиями, содержащимися в имеющемся в комплекте техническом паспорте.

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.

Особенности самостоятельной установки и эксплуатации самодельных котлов

Как и в случае котлов, произведенных на заводе, для монтажа самодельной индукционной установки может подойти только отопительная система закрытого типа. В ее состав должен входить центробежный насос, который создает постоянную циркуляцию теплоносителя внутри отопительной системы. Распространенные сегодня пластиковые трубопроводы как нельзя лучше подходят для установки самодельного индукционного котла. Все нормативы, относящиеся к установке магазинных котлов, должны соблюдаться в полной мере и в данном случае. Если установить на систему органы управления и приборы безопасности, то ваша самодельная установка будет мало чем уступать своим заводским собратьям.

Хотя изготовить такой прибор достаточно сложно, и лучше не браться за это дело, не имея «прямых рук», эксплуатировать ее одно удовольствие. Ведь вместе с удобством эксплуатации мы получаем еще и серьезную экономию электроэнергии.

Индукционный котел — лучший источник электротепла для отопительных систем

В этой статье: история создания индукционных котлов; принцип работы и устройство котла; плюсы и минусы индукционных котлов; как установить котел в отопительную систему закрытого типа; выбор индукционного котла.

Топливо органического происхождения, как-то дрова, уголь, нефтепродукты и природный газ, составляют основную группу энергоносителей на Земле, используемых для отопления наших домов и квартир. Однако любая его разновидность имеет два серьезных недостатка, причем второй на бытовом уровне особенно критичен — однажды органического топлива не будет вообще по причине полной выработки, раздобыть его в некоторых районах СНГ по каким-либо причинам крайне затруднительно. И в такой безвыходной ситуации домовладельцы обращаются к отопительным электрокотлам, причем выбор их лежит между котлами с тэнами и котлами с тепловыми электронагревателями — т.е. выбора, как такового, нет. А ведь существуют еще электрические индукционные котлы, причем их эксплуатационные характеристики достаточно высоки…

История индукционного котла

Примерно с 1822 по 1831 годы блестящий английский ученый и исследователь Майкл Фарадей проводил серию опытов с целью преобразования магнетизма в электроэнергию. И только в конце августа 1831 года очередной опыт Фарадея дал результат, на который ученый так рассчитывал — получив электроток в первичной проволочной обмотке, намотанной на круглый сердечник из железа, он открыл электромагнитную индукцию.

Открытие Майкла Фарадея первоначально использовалось в трансформаторах, генераторах и двигателях, а по настоящему востребованным стало лишь спустя 70 лет — с начала XX века темпы развития промышленности потребовали новых способов плавления металлов в условиях цеха. И первая индукционная плавильня была открыта в английском Шеффилде, в 1927 году.

В 80-х годах XX века были созданы индукционные котлы, использовавшиеся для отопления на промышленных предприятиях, в том числе и в СССР: первый их тип потреблял ток частотой 50 Гц, второй — частотой от 1 кГц и выше. Размеры и вес промышленных индукционных котлов довольно внушительны, теплоноситель в них циркулирует по вторичной обмотке из труб, размещенной поверх металлического сердечника с первичной обмоткой. Серийные модели индукционных котлов, предназначенных для бытовых систем отопления и отличающиеся от промышленных аналогов значительно меньшими размерами и весом, появились в России в 90-е годы прошлого века.

Следует отметить, что физик-изобретатель Николо Тесла никакого прямого отношения к индукционному котлу не имеет — разве что, открытием переменного электротока.

Устройство и принцип работы

Корпус индукционного котла многослойный — сердечник с двойной стенкой, затем слой электро- и теплоизоляции, далее внешний (наружный) корпус. В отличие от промышленных индукционных котлов с цилиндрической обмоткой, в бытовых котлах используется тороидальная обмотка медным проводом, выполненная между двумя сваренными друг с другом трубами из ферромагнитной стали со стенкой более 10 мм, диаметр внутренней меньше диаметра внешней. В результате достигается меньший вес, больший КПД и малые габариты котла, по сравнению с промышленными аналогами. Внутренняя труба с тороидальной обмоткой выполняет роль сердечника (магнитопровода), внутренняя — нагревательного элемента для теплоносителя.

Теплоноситель, вода или антифриз, поступает в котел через вводный патрубок, вваренный сквозь обе металлические трубы. Благодаря большой внутренней площади внутренней трубы-теплообменника теплоноситель получает порядка 98% тепловой энергии, генерируемой индукционным котлом, причем за более короткое время, чем нагрев при помощи тэнов, по причине меньшей инерции. Индукционный ток, генерируемый высокочастотным магнитным полем с внешней обмотки на внутреннюю трубу, вызывает нагрев теплоносителя, в то время как вибрации стенок в высоких частотах не позволяют накипи отложиться на металлических стенках. Внешний электро- и теплоизоляционный слой обеспечивает полную защиту от возможных утечек электротока и теплопотерь.

Переменный ток под напряжением, частота которого около 20 кГц, поступает к котлу от полупроводникового инверторного преобразователя. Помимо инвертора в комплектацию инверторного котла входят электронный терморегулятор (датчик температуры встроен в корпус котла) и автоматические выключатели.

Нагрев теплоносителя в индукционном котле происходит за счет нагрева стального сердечника вихревыми токами, вызванными электромагнитным полем, генерируемым током высокого напряжения. При подключении питания котла происходит следующее — ток под высоким напряжением поступает на первичную тороидальную обмотку котла, возникшее в результате электромагнитное поле вдавливает вихревые токи в наружную поверхность стального сердечника, их плотность возрастает и труба сердечника нагревается сначала снаружи, а затем и полностью. Выработанное котлом тепло поглощается циркулирующим через него теплоносителем и доставляется к отопительным приборам. На нагрев сердечника индукционного котла до рабочей температуры 75°С уходит порядка 7 минут.

Характеристики индукционного котла

Данный вид отопительных котлов имеет ряд преимуществ перед традиционными тэновыми нагревателями, однако у него есть и недостатки, в том числе и специфичные только для таких котлов. Рассмотрим пристально плюсы и минусы индукционных котлов, начиная с положительных характеристик:

• полное отсутствие каких-либо нагревательных элементов, а также подвижных и высоконагруженных элементов, подвергающихся износу во время эксплуатации и требующих периодической замены;
• возможность работы от электросети с низким напряжением и с постоянным током, что обычно недопустимо для электрокотлов других типов;
• конструкция котла не содержит разъемных соединений, т.е. вероятность протечки полностью исключена;
• значительно более быстрый нагрев до рабочей температуры, по сравнению с любыми другими видами отопительных электрических котлов;
• защищенность от образования накипи *;
• высокая пожаро- (класс II) и электробезопасность, поскольку нагревательный элемент (сердечник) электрически не связан с индуктором (первичной обмоткой) напрямую, а разница температур между сердечником и теплоносителем не превышает 30°С;
• конструкция котла не требует установки дымохода;
• нет необходимости устанавливать индукционный котел в отдельном помещении;
• как и у любого электрического нагревателя, КПД такого котла близоко к 100%. Кстати, это значение не меняется с годами его эксплуатации, в отличие от котлов с тэнами и электродных;
• средний срок службы составляет 25 лет и выше (зависит от толщины металлических труб, образовывающих сердечник котла), причем никаких профилактических работ с этим оборудованием производить не требуется;
• позволяет использовать в отопительной системе практически любой теплоноситель (воду, антифриз, масло и т.д.), причем без какой-либо его предварительной подготовки;
• замена отработавшего теплоносителя в отопительной системе производится один раз в 10 лет;
• абсолютная бесшумность при работе;
• низкая инерционность, что позволяет экономить электроэнергию за счет эффективного управления работой котла при помощи электронной автоматики **. Следует отметить, что инерционность индукционных котлов ниже, чем у тэновых водонагревателей, однако более высокая, чем у электродных котлов ;
• монтаж котла не требует привлечения специалистов высокой квалификации;
• допускается использование для любых закрытых систем отопления, в том числе для «теплого пола» и для плинтусного отопления — минимальный порог температуры нагрева теплоносителя составляет 35°С.

* — отложения накипи на внутренних поверхностях трубы-сердечника не образуются за счет малой разницы температур между нагревателем и теплоносителем, не превышающей 30°С, а также из-за высокочастотных вибраций, вызванных вихревыми токами, отталкивающих ионы солей от внутренних стенок трубы.

** — электронное управление индукционным котлом обеспечивает меньшее энергопотребление за счет поддержания температуры на строго заданном уровне, т.е. при ее нарастании электропитание котла немедленно отключается и возобновляется лишь при снижении температуры ниже заданной пользователем.

Следует отметить, что максимально допустимое давление в отопительной системе с нагревом теплоносителя от индукционного котла не должно превышать 0,3 МПа.

Минусы индукционных котлов:

• значительные размеры и вес. К примеру, однофазный котел мощностью 2,5 кВт, при высоте в 450 мм и диаметре 121 мм, весит 23 кг;
• высокая стоимость — от 30000 руб. и выше. Отчасти цена индукционных котлов объясняется присутствием в системе управления инверторного пускателя, который сам по себе недешев;
• установка только в закрытые отопительные системы;
• при работе, в зависимости от мощности котла, генерируются помехи в длинноволновом, средневолновом и УКВ-радиодиапазоне на дистанции нескольких метров от его местоположения, полностью экранировать которые невозможно. Впрочем, на человеческий организм это не оказывает никакого воздействия, лишь домашние животные (собаки, кошки) способны почувствовать их.

Как установить индукционный котел

Установка таких котлов допускается только в закрытую отопительную систему, оснащенную насосом принудительной циркуляции и расширительным бачком-экспанзоматом. Индукционный котел выставляется строго вертикально, к патрубку ввода (в зависимости от модели расположен снизу или сбоку, в нижней части корпуса) подключается обратка контура отопления, к выводному патрубку (находится в верхней боковой части корпуса или сверху) — подающий трубопровод. Индукционный котел крепится к стене при помощи креплений, способных выдержать его собственный вес и массу теплоносителя, заполняющего котел во время его работы. Дистанция от корпуса котла до любого близлежащего предмета, стен, потолка и пола должна быть не меньше 300 мм по его бокам, не меньше 800 мм — снизу и сверху.

В ходе установочных работ индукционный котел необходимо обязательно заземлить. Обвязка металлическими трубами не требуется, можно подсоединять металлопластиковые трубы контура непосредственно к патрубкам котла. В отрезок трубопровода, расположенный неподалеку от выводного патрубка котла, встраивается группа безопасности — манометр, воздухотводчик-автомат и подрывной клапан. Запорную арматуру можно устанавливать в отопительный контур после точек размещения группы безопасности, бачок-экспанзомат — на участке обратки. После точки размещения экспанзомата и до ввода трубопровода обратки в индукционный котел, в контур последовательно встраивают фильтр-отстойник, сетчатый фильтр грубой очистки, циркуляционный насос и датчик потока (позволяет контролировать проток теплоносителя по обратному контуру, его поступление в котел). Система управления индукционным котлом устанавливается согласно правил ПУЭ и подключается к котлу согласно схем, приведенных в его техническом паспорте.

Как выбрать индукционный котел

На российском рынке в основном представлены одно- и трехфазные индукционные котлы двух отечественных производителей — ООО «Альтернативная энергия» (брэнд «ВИН») и ЗАО «НПК «ИНЭРА» (брэнд «SAV»), мощностью от 2,5 до 7 кВт (однофазные) и от 7 до 60 кВт (трехфазные).

Помимо обязательных элементов, которыми оснащается отопительная система с индукционным котлом, и для облегчения его управления допускается комплектация блоком электронного программатора режимов работы котла на одну неделю или программатора, позволяющего управлять работой отопительной системы удаленно, по GSM-каналу.

Учитывая, что мощность индукционных котлов не снижается с годами эксплуатации, то подбор необходимой модели производится по соотношению 60 Вт на м2 площади, которую необходимо отапливать. К примеру, для помещений общей площадью 20 м2 понадобится котел мощностью 3 кВт. Для точного расчета необходимой мощности котла применительно к конкретному зданию, необходимо привлечение специалистов, которые оценят степень утепления помещений в нем.

Гарантийный срок для индукционных котлов составляет 3 года на сам котел и год на электрооборудование шкафа, которым он комплектуется. Определяющим моментом в длительности срока безаварийной эксплуатации таких котлов является толщина стальной внутренней трубы-сердечника — чем ее стенка толще, тем дольше она сможет противостоять коррозионным процессам. Оптимальная толщина стенки трубы-сердечника — 10 мм.

Удобство использования электрических индукционных котлов также заключается в возможности поддержания оптимальной температуры в зданиях, навещаемых хозяевами периодически, наездами. В этом случае особенно мощная модель не понадобится, поскольку даже 6 кВт котел способен поддерживать температуру в доме площадью, к примеру, в 120 м2 на уровне 12–15°С. А поскольку в дачном коттедже обычно имеется камин, то, растопив его, можно легко и быстро поднять поддерживаемую индукционным котлом температуру до комфортного уровня, что было бы невозможно в не отапливаемом здании.

Индукционный котел для отопления: правда и мифы

Приняв решение обогревать свой дом с помощью электроэнергии либо установить дополнительный электрический источник тепла, домовладельцы задаются вопросом, — отопитель какого типа задействовать? Здесь выбор невелик, на рынке предлагаются электрические теплогенераторы трех типов: ТЭНовые, электродные и вихревые (индукционные). Последние представляют наибольший интерес, поскольку декларируются производителями в качестве нового и самого экономичного оборудования. Появились индукционные котлы сравнительно недавно, поэтому стоит изучить их подробнее.

Устройство вихревого индукционного котла

В действительности данное техническое решение далеко не ново, явление электромагнитной индукции, за счет которой функционируют электрические индукционные котлы отопления, открыто М. Фарадеем в далеком 1831 году. Просто благодаря современным материалам и технологиям явление взято за основу и реализовано в водогрейных установках относительно недавно.

Нагревание воды происходит за счет вихревых токов (токи Фуко), появляющихся в сердечнике катушки. Образуются они под воздействием переменного электрического поля, создаваемого витками катушки переменным током частотой 50 Гц. Сердечник выполнен в форме трубы, через нее и протекает теплоноситель при нагреве. По сути, аппарат представляет собой индукционный преобразователь электрической энергии в тепловую с эффективностью порядка 98%. Диаметр провода, из которого выполнена катушка, количество витков и размеры сердечника рассчитаны таким образом, чтобы нагревать воду до максимальной температуры 95 ºС и при этом не допустить перегрева обмотки.

Водонагреватели типа «ВИН»

Сердце агрегата – это катушка, состоящая из большого количества витков изолированного провода, и помещенная вертикально в цилиндрический корпус в виде сосуда. Внутрь катушки введен стержень из металла. Корпус сверху и снизу герметично закрыт приваренными крышками, наружу выведены клеммы для присоединения к электрической сети. Внутрь сосуда через нижний патрубок поступает холодный теплоноситель, которым заполняется все пространство внутри корпуса. Нагретая до необходимой температуры вода уходит в систему отопления через верхний патрубок.

Схема нагрева теплоносителя

В силу своей конструкции при подключении к сети теплогенератор постоянно работает на полную мощность, так как снабжать отопительную установку дополнительными устройствами регулировки напряжения нерационально. Гораздо проще использовать циклический подогрев и задействовать автоматику отключения / включения с датчиком температуры воды. Нужно только выставить необходимую температуру на дисплее выносного электронного блока и он будет производить нагрев теплоносителя до этой температуры, отключая водогрейный индукционный элемент при ее достижении. По истечении времени и остывании воды на несколько градусов автоматика снова включит нагрев, этот цикл будет повторяться постоянно.

Поскольку обмотка теплогенератора предусматривает однофазное подключение с напряжением питания 220 В, отопительные агрегаты индукционного типа не производятся с большой мощностью. Причина – слишком большая сила тока в цепи (свыше 50 ампер), под нее потребуется прокладка кабелей большого сечения, что само по себе очень дорого. Чтобы нарастить мощность, достаточно заключить три водогрейных установки в каскад и применить трехфазное присоединение с напряжением питания 380 В. К каждому аппарату каскада подключить отдельную фазу, на фото показан подобный пример работы индукционного отопления.

Отопление индукционными котлами

Конструктивные особенности нагревателей типа «Сибтехномаш»
Используя тот же эффект электромагнитной индукции, другое предприятие разрабатывает и производит водогрейные аппараты несколько иной конструкции, заслуживающей внимания. Дело в том, что электрическое поле, создаваемое многовитковой катушкой, имеет пространственную форму и распространяется от нее во все стороны. Если в агрегатах «ВИН» теплоноситель проходит внутри катушки, то устройство индукционного котла «Сибтехномаш» предусматривает спиралевидный теплообменник, находящийся снаружи обмотки, как показано на рисунке.

Обмотка создает вокруг себя переменное электрическое поле, вихревые токи нагревают витки трубы теплообменника, в которых движется вода. Катушки со змеевиками собраны в каскад по 3 штуки и прикреплены к общей раме. Подключение каждой из них осуществляется к отдельной фазе, напряжение питания — 380 В. Конструкция «Сибтехномаш» имеет несколько преимуществ:

• индукционные нагреватели имеют раздельную разборную конструкцию;
• в зоне действия электрического поля находится увеличенная площадь греющей поверхности и большее количество воды за счет спиральной схемы, что повышает скорость нагрева;
• трубопроводы теплообменника доступны для промывки и обслуживания.

Пример подключения индукционного котла

Невзирая на отличия в конструкции теплогенератора, эффективность его работы составляет 98%, как и в нагревателях типа «ВИН», это значение КПД декларирует сам производитель. Долговечность агрегатов в том и другом случае определяется работоспособностью катушек, а точнее, сроком службы обмотки и электроизоляции, этот показатель заводы – изготовители устанавливают в пределах 30 лет.

Преимущества и недостатки

Реальные достоинства, которыми обладают индукционные котлы для отопления дома или производственного здания, заключаются в следующем:

1. Высокая, как и у всех водогрейных установок, эффективность работы, находящаяся в пределах 97—98%.
2. Долговечность, обусловленная отсутствием движущихся частей и простотой конструкции.
3. Малые габариты, позволяющие поместить отопительное оборудование в помещение любых размеров.
4. Высокая скорость нагрева теплоносителя и отсутствие инерции при его отключении.
5. Комфорт при эксплуатации, индукционный электрокотел не требует к себе постоянного внимания хозяина дома, а частота его обслуживания целиком зависит от качества применяемой в системе воды.

Вихревые нагреватели поставляются с комплектами автоматики управления, что дает возможность связать теплогенераторы с другими климатическими системами дома.

Нагреватель в разрезе

Есть у данного оборудования и недостатки. Главный из них – высокая стоимость, особенно у теплогенераторов типа «Сибтехномаш». Если использовать эти агрегаты для промышленных целей вполне приемлемо, то индукционное отопление частного дома может оказаться неоправданно дорогим.

Опыт практического использования вихревых нагревателей домовладельцами и обслуживающим персоналом сервисных компаний пока что не слишком обширен, но на данный момент существенных нареканий на оборудование нет.

Мифы об индукционных котлах

Один из самых популярных мифов создают торговые представители, продающие индукционные электрические котлы. Суть в том, что эти котлы якобы на 20—30% эффективнее прочих нагревательных электроустановок, особенно ТЭНовых. Данная информация не соответствует действительности, поскольку все теплогенераторы, преобразующие электроэнергию в тепло, работают с эффективностью не ниже 96% в соответствии с физическим законом сохранения энергии. Неоспоримым является лишь факт, что ТЭНы разогревают теплоноситель несколько дольше по причине своей многослойной структуры. Вольфрамовая спираль прогревает сначала кварцевый песок, потом материал трубки, а потом уже воду. При этом энергия никуда не теряется, а КПД ТЭНового агрегата составляет 98%, как и вихревого.

Пример системы отопления

Другой миф гласит о том, что индукционный электрический котел совсем не требует обслуживания, поскольку переменное магнитное поле не дает отложениям оседать на греющих элементах. Этот вопрос зависит от качества воды и накипь на сердечнике катушки появляется точно так же, как и в ТЭНовых нагревателях, если теплоноситель не обессолен. Поэтому хотя бы 1 раз в 2 года сам теплогенератор и система отопления должны проходить процедуру промывки.

Вопреки заверениям продавцов, водонагреватель нельзя ставить в любом помещении. Причины две: опасность поражения током и наличие электромагнитного поля вокруг аппарата. Его лучше поместить в техническом помещении с ограниченным доступом (котельной).

Заключение

Отопительные установки, использующие для нагрева вихревые токи, действительно обладают многими достоинствами, особенно среди них привлекают скорость нагрева, компактность и долговечность. Насколько эти преимущества оправдывают высокую стоимость изделия – решать придется каждому домовладельцу в индивидуальном порядке.

Индукционные котлы для отопления дома

Индукционные котлы в наше время пользуются достаточно высокой популярностью среди потребителей. Это обусловлено тем, что они имеют высокий коэффициент полезного действия, а значит электроэнергии потребляют значительно меньше, чем другие котлы. Работа котла основана на принципе электромагнитной индукции, что является абсолютно новым принципом подачи энергии для силовой бытовой техники.

Устройство и принцип работы индукционных котлов

При подаче переменного напряжения на ввод катушки на ней образуется переменное электромагнитное поле, которое замыкается ближайшим электростатическим путем через корпус аппарата и сердечник, который вставлен внутри катушки и наводит на них низковольтное напряжение. В принципе, можно было бы и без сердечника обойтись, но его вставляют для увеличения площади теплоотдачи. Под воздействием переменного наведенного электромагнитного поля в металле сердечника и корпуса возникают так называемые вихревые токи. По-другому их называют токами Фуко по имени первооткрывателя. Именно они и нагревают металл. Вода отбирает тепло от корпуса и сердечника и разносит тепловую энергию по зданию.

Индукционный котел состоит со следующих основных конструктивных частей:

1. Катушка индуктивности.
2. Теплообменников, которыми могут служить сердечник и корпус.
3. Шкаф управления с автоматами и автоматикой.
4. Проводники.
5. Клеммная коробка.
6. Патрубки: входной и выводной.

Все остальные конструкционные детали используются для удобства эксплуатации и в дизайнерских целях. Существуют упрощенные, самодельные индукционные котлы, в которых сердечником служит обыкновенная металлическая труба, которая заполнена теплоносителем.

Сравнение индукционного котла с ТЭН- котлами

Оба вида устройств являются преобразователями электрической энергии в тепловую. КПД в обоих видах устройств одинаковая — почти 100%, поэтому в этом плане они равноценные. Индукционные котлы значительно дороже, но практика показала, что за 5 — 7 лет эксплуатации за счет обслуживания (замена перегоревших нагревательных элементов) ТЭН- котла их стоимость выравнивается.

Скорость нагрева одинакового объема теплоносителя равными по потребляемой мощности котлами этих видов преобразовательных устройств электрической энергии в тепловую — тоже одинаковая.

Индукционный котел имеет много эксплуатационных преимущества, потому что у него намного большая площадь отдачи тепла теплоносителю, чем в ТЭН- котла.

1. Разность между температурой нагревательного элемента индукционного котла и Т* теплоносителя 10 — 15* С и они разогреваются вместе. На нагревательном элементе индукционного котла накипь практически не образуется. По данной причине его нагревательный элемент даже теоретически выйти со строя не может.
2. ТЭН нагревается от того, что через его проводник с повышенным сопротивлением протекает ток, поэтому в любом случае он нагревается до заданных 600 — 750* С и теплоноситель на его поверхности всегда кипит. Из-за этого ТЭН быстро обрастает накипью. От этого теплоотдача уменьшается, и ТЭН в конце концов перегорает.
3. В индукционном котле можно использовать разные теплоносители, даже нефтепродукты, если их не перегревать свыше 70* С.
4. В ТЭН- котлах можно использовать теплоносителем только воду и к тому же лучше всего дистиллированную.
5. В обслуживании ТЭН- котлы менее практичные, чем индукционные, потому что переходной контакт между проводником электроснабжения и проводником самого ТЭН- а постоянно перегретый, из-за этого окисляется и ослабляется. Необходимо постоянно следить за тем, чтобы проводник электроснабжения не отгорел; в противном случае при отгорании — может быть повреждено резьбовое соединение ТЭН- а; и такой рабочий нагревательный элемент приходится менять. этой проблемы в индукционных котлах не существует, потому что связь его нагревательного элемента с электроснабжением осуществляется через электромагнитное поле переменного тока.
6. Индукционные котлы можно ставить в любом, даже не в обособленном месте. Они пожаробезопасны и работают бесшумно.
7. Индукционные котлы обеспечивают электрическую безопасность человека гораздо высшую, чем ТЭН- котлы, потому что сам ТЭН может перегорать двояко: а) с разгерметизацией корпуса; в этом случае разогретый нихром от попадания на него воды рассыпается — опасности попадания человека под напряжение нет; б) без разгерметизации корпуса; в этом случае разогретый нихром может прилипнуть к корпусу ТЭН- а. Нагревательный элемент продолжает работать, и через воду металлический корпус котла оказывается под напряжением.
8. Индукционную катушку индукционного котла при мощностях 3 КВт и больше на 50 Гц маленькой и компактной сделать пока что не удается. Поэтому ТЭН- котел имеет намного меньшие габариты при той же мощности, чем индукционный котел.