Индукционные котлы отопления: виды, обзор достоинств и недостатков, как выбрать хорошую модель

Достоинства и недостатки индукционных котлов

Электрическое отопление является простейшей альтернативой традиционному отоплению с газовыми котлами. Правильно смонтированная система порадует потребителей теплом, а индукционное отопительное оборудование позволит рассчитывать на отсутствие проблем. Давайте рассмотрим основные преимущества индукционных агрегатов:

• Компактность – данные котлы действительно очень маленькие, по своему внешнему виду они напоминают трубу большого диаметра с патрубками меньшего диаметра (к патрубкам подключается система отопления). Хотя некоторые образцы промышленного назначения нельзя назвать компактными;
• КПД, близкий к 100% — почти вся электроэнергия превращается тепло. Тем не менее небольшие потери все-таки есть, так как ничего идеального в мире нет;
• Продолжительный срок службы – производители заявляют, что он составляет не менее 20-25 лет. И это действительно так, ведь здесь отсутствуют традиционные ТЭНы;
• Возможность работы с любыми видами теплоносителя;
• В индукционных котлах не образуется накипь – этим они выгодно отличаются от ТЭНов, на которых все-таки образуется незначительное количество известковых отложений;
• Повышенная надежность – индукционная катушка отличается приличным межвитковым расстоянием, а от сердечника витки отделяются надежной изоляцией. Поэтому ломаться тут особо нечему. Может выйти из строя разве что система питания, включающая в себя электронные компоненты;
• Возможность самостоятельного монтажа – в этом нет ничего сложного. Да и каких-либо настроек здесь нет.

Есть и определенные недостатки:

Правильно и качественно смонтированный индукционный котел — это не только приятная глазу картина, но и залог долгой и надежной работы всей системы.

• Дороговизна – в домашней системе отопления индукционный котел станет самым дорогим узлом. Но затраты того стоят;
• Высокое потребление электроэнергии – обеспечивает большие расходы на эксплуатацию отопления;
• Более сложная конструкция – здесь присутствует схема питания, которая отсутствует в ТЭНовых и электродных агрегатах.

Главный недостаток – это высокие цены на оборудование, хотя ничего сложного в нем нет.

Кроме того, если вы будете использовать индукционный котел мощностью более 7-к кВт, то вам потребуется трехфазная электросеть – это справедливо не только для индукционных, но и для любых других электрических отопительных агрегатов.

Устройство и принцип работы котла

При пропускании электрического тока через токопроводящий материал в последнем происходит выделение тепла, мощность которого прямо пропорциональна силе тока и его напряжению (закон Джоуля – Ленца). Вызвать протекание тока в проводнике можно двумя способами. Первый состоит в его непосредственном подключении к источнику электричества. Этот способ будем называть контактным.

Второй – бесконтактный – был открыт Майклом Фарадеем в начале19-го века. Ученый выяснил, что при изменении параметров магнитного поля, пересекающего проводник, в последнем появляется электродвижущая сила (ЭДС). Это явление получило название электромагнитной индукции. Где есть ЭДС – там будет и электроток, а значит и нагрев, причем в данном случае – бесконтактный. Такие токи называют наведенными или вихревыми или токами Фуко.

Индукционный котел отопления – принцип работы

Вызвать электромагнитную индукцию можно по-разному. Проводник можно перемещать или вращать в постоянном магнитном поле, как это делается в современных электрогенераторах. А можно менять параметры самого магнитного поля (интенсивность и направление силовых линий), оставляя при этом проводник неподвижным.

Подобные манипуляции с магнитным полем стали возможными благодаря еще одному открытию. Как выяснил Ханс-Кристиан Эрстед в 1820-м году, намотанный в виде катушки провод при подключении к источнику тока превращается в электромагнит. Меняя параметры тока (силу и направление), мы добьемся изменения параметров генерируемого данным устройством магнитного поля. При этом в проводнике, находящемся в этом поле, будет возникать электрический ток, сопровождающийся нагревом.

Ознакомившись с этим несложным теоретическим материалом, читатель наверняка уже представил себе в общих чертах устройство индукционного котла отопления. Действительно, он имеет довольно простую конструкцию: внутри экранированного и теплоизолированного корпуса имеется труба из особого сплава (можно использовать и сталь, но характеристики при этом будут чуть хуже), установленная в гильзе из диэлектрического материала; на гильзу в виде катушки намотана медная шина, подключаемая к электросети.

Котел индукционный после монтажа

Посредством двух патрубков труба врезается в систему отопления, в результате чего по ней будет протекать теплоноситель. Переменный ток, протекающий через катушку, создаст переменное магнитное поле, которое в свою очередь наведет вихревые токи в трубе. Вихревые токи обусловят нагрев стенок трубы и частично теплоносителя по всему объему, заключенному внутри катушки. Для более быстрого нагрева вместо одной трубы может быть установлено несколько параллельных трубок меньшего диаметра.

Читатели, осведомленные о стоимости индукционных котлов, конечно, заподозрили, что в их конструкции имеется еще что-нибудь. Ведь не может теплогенератор, состоящий только из трубы и куска провода, стоить в 2,5 – 4 раза дороже ТЭНового аналога. Чтобы нагрев был достаточно интенсивным, через катушку нужно пропускать не обычный ток из городской сети с частотой 50 Гц, а высокочастотный, поэтому индукционный котел оснащается выпрямителем и инвертором.

Выпрямитель превращает переменный ток в постоянный, затем он подается на инвертор – электронный модуль, состоящий из пары ключевых транзисторов и управляющей схемы. На выходе инвертора ток снова становится переменным, только с уже гораздо большей частотой. Такой преобразователь имеется не во всех моделях индукционных котлов, некоторые из них все-таки работают на частоте в 50 Гц. Однако, применение высокочастотного переменного тока позволяет значительно уменьшить размеры устройства.

Принцип электромагнитной индукции

В различных описаниях авторы указывают на сходство индукционного котла с трансформатором. Это вполне справедливо: катушка из провода играет роль первичной обмотки, а труба с теплоносителем – замкнутой накоротко вторичной обмотки и одновременно магнитопровода.

Почему же тогда трансформатор не греется? Дело в том, что магнитопровод трансформатора выполнен не из цельного элемента, а из множества изолированных друг от друга пластин. Но даже эта мера не способна полностью предотвратить нагрев. Так, например, в магнитопроводе трансформатора напряжением 110 кВ в режиме холостого хода выделяется ни много ни мало 11 кВт тепла.

Параметры выбора электрических котлов

На первом этапе необходимо решить вопрос как правильно выбрать электрокотел для отопления. В настоящее время производители предлагают ряд моделей, отличающихся не только конструктивными особенностями, но и функционалом. Поэтому потребителю нужно знать основные параметры выбора.

До того как выбрать электрокотел для отопления дома следует правильно рассчитать его мощность. Работа любой системы теплоснабжения направлена на компенсацию тепловых потерь здания. Поэтому сначала необходимо рассчитать этот важнейший параметр. Для этого можно воспользоваться специализированными программами.

После этого возникает вопрос – приобрести заводскую модель или сделать самодельный электрокотел для отопления. Для его решения специалисты рекомендуют проанализировать следующие факторы:

• Интенсивность работы устройства. Если планируется постоянная эксплуатация оборудования – лучше всего приобрести надежный заводской электрокотел для водяного теплоснабжения. При организации отопления подсобного помещения (гаража) или загородной дачи с небольшой площадью можно сделать самодельный котел;
• Горячее водоснабжение. Для обеспечения ГВС необходима установка двухконтурного электрокотла для отопления дома. Сделать его самостоятельно проблематично, так как конструкция не будет обладать должной степенью надежности. Установка и расчет параметров второго контура в домашних условиях практически невозможна;
• Габаритные размеры. Они напрямую зависят от комплектации оборудования и его мощности. Теплоснабжение небольшого дома можно сделать с помощью электродных или индукционных моделей. Так как сделать электрокотел для отопления дома подобного типа сложно, выбирают схемы с ТЭНами;
• Напряжение в сети. Зависит от мощности оборудования. Практически все электрокотлы для отопления своими руками имеют мощность не более 9 кВт. Это дает возможность подключения к сети 220 В.

Но для потребителя определяющим параметром все равно остается стоимость электрокотла для батарей отопления. Именно поэтому в последнее время появилось множество вариантов самостоятельного изготовления этого типа отопительного оборудования. Однако для сравнения электрокотлов для отопления, сделанных своими руками, следует узнать особенности конструкции и эксплуатации заводских моделей.

Раскрываем главный миф индукционного отопления

Последнее время уже перестали говорить, что КПД при индукционном отоплении выше, чем КПД тэнового котла 2-3 раза. Но сторонники индукционного котла утверждают, что тэновый котёл быстро теряет свои свойства и выходит из эксплуатации, потому что на нём вырастает накипь!

Утверждают, что в течение года мощность тэнового котла уменьшается на 15-20%. Так ли это на самом деле?

Да, отложения не тэне действительно присутствуют, но никогда нельзя путать систему отопления и систему водоснабжения. Например, в системе водоснабжения действительно образуется накипь, точно также, как она образуется в чайнике, который мы видим на кухне каждое утро. Никогда нам это не мешает в трудовой деятельности, мы знаем, и это не подлежит сомнению, что в чайнике вода закипает в любом случае.

Напротив, в известной для нас системе отопления примеси нечасто поступают в воду. Слой отложения очень тонкий и не является сколько-нибудь значимым препятствием для передачи тепла.

Если энергия куда-то ушла из сети, никуда она полностью не исчезает. Она превращается в абсолютное тепло и нагревается теплоноситель, который, в свою очередь, нагревается точно с одним и тем же КПД, как он нагревался раньше и как он будет нагреваться всегда. Если бы было не так, то тэн разорвало бы излишками энергии.

Как только появляется накипь, теплообмен совершается при более высокой температуре. Ни о каком снижении КПД речи быть не может, какая бы температура ни была в тэне.

Принцип работы

Принцип электромагнитной индукции в 1831 году обозначил английский физик Майкл Фарадей. В начале двадцатого века его постулат был внедрён в производство в виде нагревательного элемента для расплавки металлов. Получается, что индукционные котлы стали известны очень давно, и ими пользовались, но только на уровне производства.

Принцип действия электромагнитной индукции основан на формировании электромагнитного поля, которое нагревает любой ферромагнитный материал (к которому прилипает магнит), если поместить его в центр этого поля. Создать электромагнитное поле несложно. Для этого необходима катушка, лучше из медной проволоки, на которую подаётся напряжение. Именно внутри катушки и образуется магнитное поле.

Внутри установлена труба из диэлектрика (не пропускающего электрический ток), вокруг намотана катушка, внутрь установлен стальной стержень.

Если в неё установить, к примеру, стальной стержень, то он обязательно будет нагреваться до высоких температур. Именно на этом принципе построена конструкция индукционного отопительного котла.

И по внутренней полости трубы, омывая стержень, протекает теплоноситель (вода или антифриз). Нагреваемый электромагнитным полем стержень передаёт тепло теплоносителю.

Есть в принципе работы индукционных котлов один тонкий момент, который зацикливается на законе Джоуля Ленца. Если увеличить сопротивление стержня, то можно увеличить его нагрев. А увеличение проводится двумя способами:

• увеличить длину и уменьшить сечение;
• изготовить его из металла с большим удельным сопротивлением, к примеру, из нихрома.

Справка! Эти методы используют или по отдельности, или в комбинации. Именно таким способом контролируется мощность котла.

Разновидности индукционных нагревателей для системы отопления

В продаже представлены устройства двух типов. Первый агрегат работает с вихревыми токами для прогрева теплоносителя, подавая напряжение сети в 220 V (50 герц) на первичную обмотку, второй – с теми же токами, но передавая напряжение посредством инвертора. Во втором случае агрегат отвечает за преобразование стандартного сетевого напряжения в токи повышенной до 20 килогерц частоты.

Инвертор – прибор, который повышает эффективность индукционного котла без увеличения габаритов и веса оборудования. Благодаря инвертору, оборудование работает в экономичном режиме. Минус только один – применение медной обмотки, за счет чего инверторные нагреватели стоят дороже стандартных моделей с ТЭНами.

Классифицируются приборы по типу материалов – вихревые устройства оснащаются теплообменником из ферромагнитных сплавов, котлы SAV имеют трубчатые стальные теплообменники замкнутого типа.

Индукционное отопление формируется с использованием одного из видов нагревателей:

1. ВИН. Вихревые инверторные котлы, преобразующие частоту электросети. Компактные и немассивные устройства удобно монтируются на ограниченных площадях. Устройства включают теплообменник из ферромагнитного сплава, вторичная обмотка и магнитопровод представлены теплообменником и корпусом. Агрегат дополнен блоком автоматического управления, приточным и циркуляционным насосом.

1. SAV. Это котлы без инверторов, работают от тока в 220 в (50 герц), который подается на индуктор. Вторичная обмотка выглядит как трубчатый стальной теплообменник, нагревается токами Фуко. Для циркуляции теплоносителя котел оборудован насосом. В продаже есть агрегаты для работы от сети напряжения в 220 V, 380 V.

Основные элементы и устройство котлов

Если знакома схема индукционной плиты, то конструкция котла также не вызовет затруднений.

Основные детали:

• Нагреватель. Это сердечник катушки, который может быть в виде одной или нескольких труб. Если это одна труба, то размеры ее довольно большие, сетка из труб меньшего сечения соединяется параллельно.
• Индуктор. Разновидность трансформатора с несколькими обмотками. Первая является дополнением сердечника, за счет чего образуется электромагнитное поле, приводящее в действие вихревые токи. Вторичная обмотка – корпус агрегата, принимающий токи и передающий нагрев теплоносителю
• Инвертор. Есть в котлах ВИН, нужен для преобразования постоянного тока в высокочастотный.
• Патрубки. Элементы для подключения тепловой сети. Один патрубок предназначен для подачи теплоносителя на прогрев, второй – для транспортировки нагретой воды в систему отопления.

Снижение КПД электрокотла

Еще один аргумент при сравнении – индукционный котел в период эксплуатации не теряет своей первоначальной мощности. А вот у тэна из-за образования накипи, это происходит в порядке вещей.

Даже иногда приводятся расчеты, согласно которым, в течение всего одного года, мощность тэнового уменьшается на 15-20%. А значит, снижается и его КПД.

Давайте разберем это поподробнее.

Практически у любого электрического котла КПД превышает 98%. И даже котлы, работающие на токах сверхвысоких частот от 25кГц и выше, что могут для вас изменить? Добавить лишних полтора процента, но при этом подскочить в цене на 100%?!

Что касается отложений на элементе ТЭНа, то они действительно присутствуют.

А что происходит там, где нет постоянной подпитки примесей? На ТЭНе может осесть небольшой слой отложений, однако:

этот слой не достаточно толстый

он никоим образом не препятствует передаче тепла

А соответственно, свое изначальное КПД, котел никоим образом не теряет.

То есть фактически, и на чистом элементе нагрева и на грязном, происходит передача одинакового количества энергии, только при других температурах.

Как выбрать прибор отопления

При выборе инверторного котла для отопления стоит учесть множество факторов

Прежде всего, необходимо обратить внимание на его мощность. На протяжении всего срока эксплуатации котла этот параметр остается без изменения. В расчет берется то, что для обогрева 1 м2 необходимо 60 Вт

Сделать вычисление очень легко. Необходимо добавить площадь всех помещений и умножить на указанное число. Если дом не утеплен, то лучше выбрать более мощные модели, так как будут присутствовать значительные теплопотери

В расчет берется то, что для обогрева 1 м2 необходимо 60 Вт. Сделать вычисление очень легко. Необходимо добавить площадь всех помещений и умножить на указанное число. Если дом не утеплен, то лучше выбрать более мощные модели, так как будут присутствовать значительные теплопотери.

Немаловажным факторов являются особенности эксплуатации дома. Если он используется только для временного проживания, то здесь нет потребности постоянного поддерживания температуры в помещениях на заданном уровне. В таких случаях можно вполне обойтись агрегатом с мощностью не более 6 кВт.

При выборе стоит обратить внимание на комплектацию котла. Удобным является наличие электронного программного блока с диодным терморегулятором. С его помощью можно настроить работу агрегата на несколько дней и даже неделю вперед

Помимо этого, при наличии такого блока есть возможность управлять системой на расстоянии. Это дает возможность заранее прогреть дом до прибытия

С его помощью можно настроить работу агрегата на несколько дней и даже неделю вперед. Помимо этого, при наличии такого блока есть возможность управлять системой на расстоянии. Это дает возможность заранее прогреть дом до прибытия.

Важным параметром является и толщину стенок сердечника. От этого будет зависеть устойчивость элемента к коррозии. Таким образом, чем толще стенки, тем выше защита. Это основные параметры, которые стоит учесть при выборе устройства и сооружении отопительной системы. Если цена не приемлема, то можно воспользоваться аналогами или же соорудить котел самостоятельно. Для этого нужно просто обладать определенными знаниями и навыками.

Как работает индукционный нагреватель

Очень просто. Подаем рабочее напряжение на катушку. В катушке создается электромагнитное поле. Дальше читаем внимательно- тут суть егоработы:

Электромагнитное поле наводит в трубе отопления токи Фуко или вихревые токи и металлическая труба начинает нагреваться.

Если кто не знает- у трансформатора магнитопровод набран специально из множества тонких пластин из электротехнической стали, изолированных друг от друга.

Это сделано именно для того, что бы избежать потерь энергии от нагрева вихревыми токами.

Дело в том, что чем массивнее проводник, тем сильнее он будет нагреваться от токов Фуко, в свою очередь увеличить силу воздействия вихревых токов можно скоростью изменения магнитного потока.

Знаете ли вы что у силового трансформатора напряжением 110 кВ на холостом ходу, даже без нагрузки выделяется тепловая мощность около 11 киловатт?

Это в основном именно за счет воздействия вихревых токов, которые нагревают магнитопровод, на который одеты первичная и вторичная обмотка.

При этом магнитопровод- шихтованный, а если бы он был цельный, то тепловые потери возросли бы многократно!

И тансформатор просто напросто сгорел бы от перегрева.

Индукционный электрокотел работает по этому же принципу и стальная труба с водой, проходящая внутри катушки очень сильно греется, НО!- за счет циркуляции воды тепло успевает отводиться от трубы в систему отопления и перегрева не происходит.

Но может ли он быть экономичнее по сравнению с электрокотлами на тэнах? За счет чего?

Вот давайте сначала без разбора и сравнения этих двух типов котлов подумаем:

Есть дом

Не важно какой и не важно где. Хоть под водой, хоть на Эвересте. У этого дома теплопотери- 6 киловатт

У этого дома теплопотери- 6 киловатт.

Через стены, через окна, через потолок и т.д.- тепло теряется и что бы поддержать постоянную температуру- надо компенсировать эти теплопотери и для этого надо естественно тоже 6 киловатт тепла.

И не важно где и как берется это тепло, эта тепловая энергия- 6 киловатт- хоть костер жги, хоть газ, хоть бензин, самое главное что бы выделялись эти нужные киловатты тепла!

Теперь самое главное:

для обогрева такого дома понадобится что индукционный нагреватель, что электрокотел на ТЭНах- все равно мощностью тоже не менее 6 кВт.

Другими словами- котел просто преобразует электрическую энергию в тепловую.

А каким образом он это делает- совершенно не важно, ведь для нас самое важное что бы в доме было тепло. Энергия- просто преобразуется из одного вида- в другой, из электрической- в тепловую. И если выделил котел тепла на 6кВт, то взял из сети электроэнергии как минимум- столько же, а учитывая что КПД у котлов не 100%, то и энергии потребляется из сети даже больше немного

И если выделил котел тепла на 6кВт, то взял из сети электроэнергии как минимум- столько же, а учитывая что КПД у котлов не 100%, то и энергии потребляется из сети даже больше немного

Энергия- просто преобразуется из одного вида- в другой, из электрической- в тепловую. И если выделил котел тепла на 6кВт, то взял из сети электроэнергии как минимум- столько же, а учитывая что КПД у котлов не 100%, то и энергии потребляется из сети даже больше немного.

Тогда может быть КПД у индукционного котла выше? По заявлением произодителей это значение достигает 98%.

То же самое и у электрокотла с ТЭНами. КПД у них достигает 99%.

Ну сами подумайте- куда еще может деваться энергия в ТЭНе кроме как выделиться в тепло?

Вся энергия, потребленная из сети ТЭНой преобразуется в тепловую энергию. Взяла 5 кВт- выделила 5 кВт тепла.

Взяла 100 кВт- выделила 100 кВт тепла. Ну может чуть-чуть поменьше если учитывать потери энергии в переходном сопротивлении на зажимах тэны, но опять же- эта потеря энергии выделяется в виде тепла (греется зажим) и в подводящих кабелях.

Но- что зажимы, что сечение кабеля- одинаковые по параметрам и на вихревой индукционный электрокотел и на ТЭН.

Механизм действия теплоснабжения из индукционной плитки

Конструкция котла основывается на электрических индукторах, в их состав входят 2 обмотки короткозамкнутые. Внутренняя обмотка видоизменяет поступающую электрическую энергию в вихревые токи. В середине агрегата появляется электрическое поле, поступающее после на второй виток.

Вторичный компонент действует как нагревательное звено агрегата теплоснабжения и корпуса котла.

Передаёт появившуюся энергию на тепловой носитель системы для отопления. В роли тепловых носителей, которые предназначены для таких котлов, используют специализированное масло, отфильтрованную воду или незамерзающую жидкость.

На внутреннюю обмотку нагревателя действует электрическая энергия, которая содействует возникновению напряжения и образования вихревых токов. Полученная энергия передаётся вторичной обмотке, после этого нагревается сердечник. Когда случился нагрев всей поверхности носителя тепла, он передаст поток тепла отопительным приборам.

Как работает индукционный котел отопления

Вспомним физику школьной программы. Если в переменное электромагнитное поля, поместить ферромагнитный проводник, то энергия электромагнитного поля необратимо перейдет в тепловую энергию этого проводника. Физика процесса описывается двумя законами Максвелл и законом Ленца-Джоуля, которые здесь нас не интересуют.

То есть если через катушку (индуктор) пропустить переменный ток, то электрическая энергия индуктора, бесконтактно перейдет в тепловую энергию проводника, помещенного в поле катушки. После чего проводник можно использовать как нагревательный элемент системы отопления.

В данном принципе важно слово «бесконтактно». То есть, в данной системе нет потерь на сопротивление контактных групп и проводов

Именно поэтому, индукционные электрические котлы считаются самыми экономичными (очень высокий КПД).

Как вам статья?