Общее описание индукционных котлов для дома и их подключение

Благодаря развивающимся технологиям электрические водонагреватели постоянно совершенствуются, и для нагрева воды в частном доме теперь нередко используются инженерные решения, которые до этого успешно применялись в промышленных масштабах. Ярким примером такой конверсии технологий является индукционный котел отопления, в котором используется явление электромагнитной индукции тока в проводниках.

Чтобы понять принцип действия индукционного котла отопления, нужно освежить школьные знания об электромагнитной индукции и ознакомиться с работой индукторной печи.

Вспоминая школьные знания

Электрический ток, пропускаемый через катушку индуктивности, создает вокруг электромагнитное поле. При помещении магнитного материала вовнутрь катушки, силовые линии магнитного поля будут проходить сквозь материал. При переменном токе полюса электромагнита будут изменяться соответственно частоте подведенного напряжения.

Идентичность магнитного поля катушки и постоянного магнита

При быстром перемагничивании магнитных диполей (атомов и молекул) они будут менять свое направление, то есть совершать тепловые колебания. К тому же, переменное магнитное поле индуцирует вихревые токи в сердечнике, которые тоже разогревают проводник согласно закону Джоуля-Ленца.

В трансформаторах и электродвигателях переменного тока данный эффект является негативным, и с вихревыми токами борются, набирая магнитопровод из шихтованных пластин, изолированных друг от друга.

Изолированные пластины шихтованного магнитопровода трансформатора

В индукторе печи, или в индукционном котле наоборот — данный эффект имеет положительное значение. По сути, наблюдается принцип трансформации тока – на первичную катушку подается переменное напряжение, возбуждающее электромагнитные колебания и вихревые токи в короткозамкнутом сердечнике.

Описание принципа действия индукционного нагрева

Интенсивность колебания магнитных диполей и наведенные токи в замкнутом сердечнике способны разогревать и плавить металл в индукционной печи за весьма короткое время, в зависимости от напряженности и частоты переменного электромагнитного поля.

Нагрев части сердечника индуктивным методом

Очевидно, что если пропускать через сердечник воду, или другой теплоноситель, то тепло будет передаваться жидкости, нагревая ее. Данный принцип используется в индукционных бытовых электроплитах, водонагревателях и котлах.

Наглядность работы индукционной печи

Принцип действия индукционной печи основывается на вихревых токах Фуко и быстром перемагничивании металла, что достигается переменным магнитным полем высокой частоты, порядка 100 кГц. Наглядно оценить эффективность индуктора (печи, индукционного нагревателя) можно посмотрев видео ниже.


Благодаря одному витку, повернутому в обратную сторону, заготовка не выталкивается магнитным полем. Данная конструкция является демонстрационным стендом, иллюстрирующим возможности индукционного нагрева.

Очевидно, что таким способом можно плавить драгоценные и редко встречающиеся металлы в атмосфере инертных газов без контакта расплава со стенками печи, что успешно применяется в производственных и лабораторных установках.

Бесконтактная индукционная плавка металлов

Также разновидностью индукционной печи является нагрев кузнечных заготовок при помощи индукции. Благодаря внутренней схеме устройства происходит подстройка частоты в зависимости от изменения индуктивности катушки, которое происходит при помещении в нее заготовки. Пример промышленной установки на видео:


Возрастающая популярность индукционных котлов

Разумеется, для разогрева кузнечных заготовок потребуется значительное количество энергии, а для работы промышленной плавильной печи требуется мощность, исчисляемая мегаваттами, но в отношении частного дома, для нагрева небольших объемов воды, потребление электроэнергии и сила тока, необходимая для электромагнитной индукции, будет сопоставима с энергопотреблением других мощных домашних электроприборов.

Индукционный котел в системе отопления

Поэтому индукционные электрические котлы уверенно завоевывают свою нишу на рынке, благодаря очевидным преимуществам по сравнению с другими типами электронагревателей для дома или квартиры:

  • Компактность. Поскольку сердечником индуктора, как правило, является металлическая труба ненамного большего диаметра, чем трубопроводы системы отопления, а размеры катушки, слоя изоляции и защитного кожуха также незначительны, то общие габариты водонагревателя выгодно отличаются от других типов котлов.

    Компактный индукционный водонагреватель в ванной комнате

  • Долговечность. По сравнению с ТЭНами, площадь теплообмена внутренней стенки нагревающейся трубы (сердечника) индукционного котла в десятки раз больше. Это означает что слой накипи, распределенный по значительной поверхности, будет мизерным, и не влияющим на эффективность теплопередачи. Тогда как в отношении ТЭНов, загрязненность рабочей поверхности часто имеет критическое значение при недостаточном охлаждении и перегреве внутренней спирали, что приводит к выходу из строя электронагревателя.

    Чрезвычайно обильная накипь на рабочей поверхности ТЭНа

    Сердечник индукционного водонагревателя имеет свойство самоочищения от накипи из-за кавитации (теплового расширения-сжатия) и вибрации из-за переменного магнитного поля.

  • Безопасность. Данное преимущество очевидно при сравнении с котлами на базе ТЭНов, в которых частой поломкой является электрический пробой вследствие накипи. В индукционном котле даже обильная накипь, скопившаяся за десятилетия, не повлияет сильно на работоспособность нагревателя. При полной закупорке, или потере теплоносителя вследствие разогрева сердечника его индуктивность изменится, на что должна отреагировать электрическая схема. Сама обмотка индукционного котла надежно изолирована и лишь незначительно нагревается из-за активного сопротивления проводника, а прогорание толстостенной трубы и протечка воды практически исключена.

    Металлический лабиринт индукционного котла предотвращает попадание воды на катушку

Мифы и выдумки

Наряду с перечислением достоинств, следует заметить, что имеет место некая мифологизация индукционных котлов, в которой реальные физические факторы дополняются вымыслами недобросовестных менеджеров, подменами понятий, домыслами, и неподтвержденными данными мастеров-любителей.

Существуют, как тенденции преувеличивать достоинства индукционных котлов, так и некоторые предубеждения против их использования.

Например, бытует мнение, что вредное магнитное поле распространяется по трубам водопровода и по воде внутри, оказывая негативное влияние на здоровье человека и работы бытовых приборов дома.

Действительно, интенсивное переменное поле высокой частоты может иметь вредные последствия для организма и влиять на работу различных устройств, но этот недостаток нивелируется экранами индукционного котла (внешними кожухами) и толщиной трубы (сердечника).

Надежная конструкция индукционного котла

Вибрация и гудение в индукционных котлах некачественной сборки также могут создавать неудобства. Учитывая большую индуктивность водонагревателя, его схема должна обеспечивать отсутствие индуктивных всплесков напряжения в сети при включении – выключении котла.

Уловки менеджеров

Но намного чаще можно встретить преувеличенные достоинства индукционных котлов или откровенно неправдивую информацию, направленную на агитацию и увеличение продаж. Например, рекламируется новизна и инновационность данного метода, хотя индукторные печи успешно применяются в металлургии уже почти целое столетие, как и промышленные индукционные котлы.

Промышленный индукционный котел большой мощности

Также, во всех видах рекламы настойчиво муссируется утверждение о небывалой экономичности индукционных котлов (около 30%), в сравнении с водонагревателями для дома, где используются обычные ТЭНы.

С физической точки зрения это в принципе невозможно, так как любой вид энергии, в том числе и электроэнергия, в независимости от принципа преобразования и схемы электронагревателя, в конечном итоге превращается в тепло.

Речь здесь может идти только о качестве теплоизоляции самого водонагревателя и соединительных труб, чтобы тепло не рассеивалось в служебном помещении и полностью направлялось в отопительную систему дома. Учитывая небольшие габариты индукционного котла, можно с уверенностью сказать, что теплопотери будут значительно меньшими, если нагреватель устанавливается где-то вне дома.

Если же индукционных электронагреватель устанавливается внутри отапливаемого помещения, то под экономичностью может подразумеваться только лишь эффективное использование котла при помощи алгоритмов и схем управления.

Компактность и электронный блок индукционного котла действительно увеличивают эффективность системы отопления

То есть, благодаря небольшому объему теплоносителя и большой площади нагревания в индукционном котле, затраты энергии и времени для нагрева воды будут меньшими, после чего включается экономичный режим поддержания необходимой температуры.

Несовершенство приборов учета электроэнергии

Стоит особо упомянуть явление, на котором зиждется утверждение менеджеров о невероятной, с точки зрения термодинамики, экономичности индукционных котлов. Имеется в виду несовершенство электросчетчиков и систем учета потребленной электроэнергии в квартирах и частных домах.

Не углубляясь в электротехническую теорию, следует заметить, что cos α (косинус альфа), часто указываемый в паспортах различных электроприборов, у индукционного котла будет сравнительно небольшим. А это означает, что электроприбор потребляет значительную долю реактивной мощности, которая старыми механическими электросчетчиками с крутящимся диском не учитывалась.

Устаревший дисковый электросчетчик

В этом случае, действительно будет наблюдаться экономия денежных средств, но только вследствие несовершенства схемы учета электроэнергии устаревшими счетчиками. Но современные электрические цифровые счетчики более совершенны и практически лишены подобного недостатка, поэтому, в соответствии с различными нормативными актами, они должны заменить устаревшие аналоги.
Видеосюжет об обязательной замене старых электросчетчиков:



Поскольку технические характеристики современных электросчетчиков, установленных в частных домах, могут различаться в плане учета реактивной мощности, то и счета за одинаковое количество произведенного тепла при помощи индукционных котлов будут варьироваться.

Поэтому, приобретая индукционный водонагреватель для дома с целью получения экономии, необходимо свериться с техническими характеристиками имеющегося электросчетчика, чтобы приблизительно рассчитать, сколько он будет экономить из-за своего несовершенства.

Самодельные индукционные котлы

Будет резонно предположить, что утверждения менеджеров об экономичности их инновационных технологий имеют исторические корни, так как в эпоху распространения механических электросчетчиков многие умельцы делали индукционный котел своими руками, который действительно потреблял значительно меньше электроэнергии, по сравнению с ТЭНами.

Хоть конструкция и схема индукционной печи не является простой, но при наличии деталей, инструментов и навыков, её можно изготовить в домашних условиях, рассчитав сечение, длину, количество витков и диаметр обмотки индуктивности, установив силовые ключи на радиаторы.

Электрическая схема индукционного нагревателя

Катушка индуктивности, в которую помещается сердечник, в совокупности с конденсатором и дросселями являют собой колебательный контур. Через быстродействующие диоды обратной связи сигнал поступает на управляющие выводы силовых ключей, благодаря чему происходит автоматическая генерация высокочастотных колебаний.

На видео ниже мастер объясняет тонкости сборки самодельного индукционного нагревателя и демонстрирует его работу.



При наращивании мощности путем увеличения напряжения и при помощи добавления идентичных модулей, установив в катушки трубку можно добиться приемлемого нагревания потока проточной воды.

Можно найти соответствующие схемы индуктивных котлов в сети, или повторить промышленные образцы. Существуют серийно выпускаемые водонагреватели, которые успешно работают в отопительных системах.

Ознакомиться с обзором различных вариантов самодельного индукционного отопления можно, посмотрев видео внизу.
Первая часть обзора:



Вторая часть


Видео сборки самодельного индукционного котла


Похожие статьи

Поделитесь статьей с друзьями:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *