Indukční kotle: typy, přehled výhod a nevýhod, jak vybrat dobrý model

Výhody a nevýhody indukčních kotlů

Elektrické vytápění je nejjednodušší alternativou k tradičnímu vytápění plynovými kotli. Správně nainstalovaný systém potěší spotřebitele teplem a s indukčním topným zařízením můžete počítat bez problémů. Podívejme se na hlavní výhody indukčních jednotek:

• Kompaktní - tyto kotle jsou skutečně velmi malé, vzhledově připomínají trubku velkého průměru s vývody menšího průměru (topný systém je připojen k vývodům). Ačkoli některé průmyslové vzory nelze označit za kompaktní;
• Účinnost téměř 100 % - téměř veškerá elektřina se přemění na teplo. Přesto dochází k drobným ztrátám, protože nic na světě není dokonalé;
• Dlouhá životnost - výrobci uvádějí, že je minimálně 20-25 let. A to je pravda, protože zde nejsou žádná tradiční topná tělesa;
• Lze použít všechny typy teplonosného média;
• Indukční kotle netvoří vodní kámen - tím se liší od FET, které tvoří malé množství vodního kamene;
• Zvýšená spolehlivost - indukční cívka má mezi cívkami dostatečný prostor a cívky jsou od jádra odděleny spolehlivou izolací. V důsledku toho se toho moc nezlomí. Jediné, co může selhat, je napájecí systém, který obsahuje elektronické součástky;
• Možnost samosestavování - na tom není nic složitého. A nejsou zde žádná nastavení.

Existují určité nevýhody:

Správně a kvalitně namontovaný indukční kotel - to je nejen příjemný pohled, ale také příslib dlouhého a spolehlivého provozu celého systému.

• Drahé - indukční kotel je v domácím topném systému nejdražší součástí. Náklady se však vyplatí;
• Vysoká spotřeba elektrické energie - zajišťuje vysoké náklady na provoz vytápění;
• Složitější konstrukce - je zde napájecí obvod, který u jednotek TEN a elektrod chybí.

Hlavní nevýhodou je vysoká cena zařízení, ačkoli na něm není nic složitého.

Pokud budete používat indukční kotel s výkonem vyšším než 7 kW, budete navíc potřebovat třífázové napájení - to platí nejen pro indukční, ale i pro ostatní elektrické topné jednotky.

Konstrukce a princip činnosti kotle

Prochází-li vodivým materiálem elektrický proud, vzniká ve vodivém materiálu teplo. Tepelný výkon je přímo úměrný intenzitě proudu a napětí (Jouleův-Lenzův zákon). Existují dva způsoby, jak ve vodiči vyvolat tok proudu. První možností je připojit jej přímo ke zdroji elektrické energie. Tato metoda se bude nazývat kontaktní metoda.

Druhý, bezkontaktní, objevil Michael Faraday na počátku 19. století. Zjistil, že když se změní parametry magnetického pole procházejícího vodičem, objeví se ve vodiči elektromotorická síla (EMF). Tento jev se nazývá elektromagnetická indukce. Tam, kde je EMP, vzniká elektrický proud, a tedy i zahřívání, a v tomto případě je bezkontaktní. Takové proudy se nazývají indukované nebo vířivé proudy či Foucaultovy proudy.

Indukční kotel - princip činnosti

Elektromagnetickou indukci lze vyvolat různými způsoby. Vodič se může pohybovat nebo otáčet v konstantním magnetickém poli, jako je tomu u moderních elektrických generátorů. Nebo můžete měnit parametry samotného magnetického pole (intenzitu a směr siločar), zatímco vodič zůstane nehybný.

Tento druh manipulace s magnetickým polem umožňuje jiný objev. Jak zjistil Hans-Christian Ørsted v roce 1820, stočený drát se po připojení ke zdroji proudu změní v elektromagnet. Změnou parametrů proudu (síly a směru) můžeme měnit parametry magnetického pole generovaného tímto zařízením. V takovém případě se ve vodiči umístěném v tomto poli vytvoří elektrický proud, který je doprovázen zahříváním.

Po přečtení tohoto jednoduchého teoretického materiálu si čtenář pravděpodobně již představil obecnou konstrukci indukčního topného kotle. Ve skutečnosti má poměrně jednoduchou konstrukci: uvnitř stíněného a izolovaného pouzdra je trubka ze speciální slitiny (lze použít i ocel, ale vlastnosti budou o něco horší), instalovaná v pouzdře z dielektrického materiálu, měděná sběrnice je navinuta na cívce na pouzdře, připojená k síti.

Indukční kotel po instalaci

Potrubí je připojeno k topnému systému pomocí dvou vývodů, které způsobí, že topné médium proudí potrubím. Střídavý proud protékající cívkou vytváří střídavé magnetické pole, které následně indukuje v potrubí vířivé proudy. Vířivé proudy způsobují ohřev stěn trubky a částečně i chladicí kapaliny v celém objemu uzavřeném uvnitř cívky. Pro rychlejší ohřev lze namísto jedné trubky instalovat několik paralelních trubek menšího průměru.

Čtenáři, kteří jsou si vědomi nákladů na indukční kotle, samozřejmě tuší, že jejich konstrukce není jen tak. Koneckonců, generátor tepla sestávající pouze z trubky a kusu drátu nemůže stát 2,5 až 4krát více než jeho protějšek TEN. Aby byl ohřev dostatečně intenzivní, je nutné, aby cívkou neprocházel běžný proud z městské sítě o frekvenci 50 Hz, ale vysokofrekvenční, proto je indukční kotel vybaven usměrňovačem a měničem.

Usměrňovač mění střídavý proud na stejnosměrný a poté jej přivádí do měniče, elektronického modulu sestávajícího z dvojice klíčových tranzistorů a řídicího obvodu. Na výstupu měniče se proud opět stává střídavým, ale s mnohem vyšší frekvencí. Ne všechny modely indukčních kotlů jsou vybaveny tímto měničem, některé stále pracují s frekvencí 50 Hz. Použití vysokofrekvenčního střídavého proudu však může výrazně zmenšit velikost zařízení.

Princip elektromagnetické indukce

V různých popisech autoři poukazují na podobnost indukčního kotle s transformátorem. To je docela pravda: cívka drátu hraje roli primárního vinutí a trubice s chladicí kapalinou - zkratované sekundární vinutí a současně magnetický obvod.

Proč tedy není transformátor teplý? Magnetické jádro transformátoru totiž není vyrobeno z jednoho kusu, ale z mnoha navzájem izolovaných desek. Ani toto opatření však nedokáže zcela zabránit zahřívání. Například magnetické jádro transformátoru 110 kV generuje při provozu naprázdno až 11 kW tepla.

Parametry pro výběr elektrických kotlů

Prvním krokem je rozhodnout se, jak vybrat správný elektrický kotel pro vytápění. V současné době výrobci nabízejí řadu modelů, které se liší nejen designovými prvky, ale i funkčností. Spotřebitel proto musí znát základní parametry výběru.

Před výběrem elektrického kotle pro vytápění domu je třeba správně vypočítat jeho výkon. Provoz každého topného systému je zaměřen na vyrovnání tepelných ztrát budovy. Proto je nutné nejprve vypočítat tento nejdůležitější parametr. K tomu můžete použít specializované programy.

Pak vyvstává otázka, zda zakoupit tovární model, nebo si vyrobit domácí elektrický kotel. K jeho vyřešení odborníci doporučují analyzovat následující faktory:

• Intenzita provozu zařízení. Pokud je plánován trvalý provoz zařízení - je nejlepší zakoupit spolehlivý tovární elektrický kotel pro ohřev vody. Při organizaci vytápění pomocné místnosti (garáže) nebo venkovské chaty s malou plochou je možné vyrobit kotel vlastní výroby;
• Přívod teplé vody. Pro zajištění TUV je nutná instalace dvouokruhového elektrického kotle pro vytápění domu. Vyrobit si ji sám je problematické, protože konstrukce nebude mít patřičnou míru spolehlivosti. Instalace a výpočet parametrů druhého obrysu v domácích podmínkách je prakticky nemožná;
• Celkové rozměry. Ty jsou přímo závislé na zařízení a jeho kapacitě. Malý dům lze vytápět pomocí elektrodových nebo indukčních modelů. Protože je obtížné vyrobit elektrický kotel pro vytápění domu tohoto typu, volí se schémata s topnými tělesy;
• Napětí v síti. Záleží na výkonu zařízení. Téměř všechny elektrické kotle pro vytápění vlastníma rukama mají výkon nejvýše 9 kW. Poskytuje možnost připojení k síti 220 V.

Pro spotřebitele je však stále rozhodujícím parametrem cena elektrických kotlů pro topné baterie. Proto v poslední době existuje mnoho možností nezávislé výroby tohoto typu topných zařízení. Pro porovnání elektrických kotlů pro vytápění, vyrobených vlastníma rukama, je však nutné se naučit vlastnosti konstrukce a provozu továrních modelů.

Hlavní mýtus indukčního ohřevu

V poslední době se uvádí, že účinnost indukčního ohřevu je 2 až 3krát vyšší než účinnost topné spirály. Zastánci indukčního kotle však tvrdí, že topné těleso rychle ztrácí účinnost a vyřazuje se z provozu, protože se na něm usazuje vodní kámen!

Uvádí se, že během jednoho roku se výkon topného tělesa sníží o 15-20 %. Je to skutečně pravda?

Ano, je pravda, že se na topení usazuje vodní kámen, ale nikdy byste neměli zaměňovat topný systém a vodní systém. Ve vodovodním systému se například tvoří vodní kámen, stejně jako v konvici, kterou vidíme každé ráno v kuchyni. V pracovním životě nás to nikdy netrápí, víme, a je to nesporné, že konvice stejně vaří vodu.

Naopak v nám známém systému vytápění se nečistoty do vody často nedostávají. Vrstva sedimentu je velmi tenká a nepředstavuje významnou překážku pro přenos tepla.

Pokud se energie ze sítě někam ztratí, nezmizí úplně. Mění se v absolutní teplo a ohřívá teplonosnou látku, která se následně ohřívá s naprosto stejnou účinností, s jakou se ohřívala předtím a s jakou se bude ohřívat vždy. Pokud by tomu tak nebylo, ohřívač by praskl přebytečnou energií.

Jakmile se objeví vodní kámen, výměna tepla se provádí při vyšší teplotě. Bez ohledu na teplotu v ohřívači nedochází ke snížení účinnosti.

Princip fungování

Princip elektromagnetické indukce definoval v roce 1831 anglický fyzik Michael Faraday. Na počátku dvacátého století byl jeho postulát realizován v podobě topného tělesa pro tavení kovů. Ukazuje se, že indukční kotle byly známy již dávno a používaly se, ale pouze ve výrobě.

Princip elektromagnetické indukce je založen na vzniku elektromagnetického pole, které zahřívá jakýkoli feromagnetický materiál (na který se přichytí magnet), je-li umístěn do středu pole. Vytvoření elektromagnetického pole není obtížné. Vyžaduje cívku, nejlépe z měděného drátu, na kterou se přivádí napětí. Uvnitř cívky se vytváří magnetické pole.

Uvnitř je instalována trubka z dielektrika (nepropouští elektrický proud), kolem ní je navinuta cívka a uvnitř je instalována ocelová tyč.

Pokud se do něj vloží například ocelová tyč, určitě se zahřeje na vysokou teplotu. Na tomto principu je založen indukční kotel.

A topné médium (voda nebo nemrznoucí směs) proudí vnitřní dutinou trubky a omývá tyč. Tyč zahřátá elektromagnetickým polem předává teplo teplonosnému médiu.

V principu fungování indukčních kotlů je jeden jemný bod, který závisí na Jouleově Lenzově zákonu. Pokud zvýšíte odpor tyče, můžete zvýšit její zahřívání. Zvýšení se provádí dvěma způsoby:

• zvětšit délku a zmenšit průřez;
• vyrobit z kovu s vyšším měrným odporem, např. z nichromu.

Informace! Tyto metody se používají buď samostatně, nebo v kombinaci. Tímto způsobem se řídí výkon kotle.

Typy indukčních ohřívačů pro topné systémy

Na trhu jsou dva typy jednotek. První jednotka pracuje s vířivými proudy, které ohřívají topné médium tím, že do primárního vinutí přivádí síťové napětí 220 V (50 Hz), druhá jednotka pracuje se stejnými proudy, ale napětí přenáší prostřednictvím měniče. Ve druhém případě je jednotka zodpovědná za převod standardního síťového napětí na proudy o frekvenci až 20 kilohertzů.

Invertor je zařízení, které zvyšuje účinnost indukčního kotle, aniž by zvyšovalo velikost a hmotnost zařízení. Díky měniči pracuje zařízení v úsporném režimu. Mínus je pouze jedno - použití měděného vinutí, kvůli kterému jsou invertorové ohřívače dražší než standardní modely s topnými tělesy.

Rozdělení podle typu materiálu - vírová zařízení jsou vybavena výměníkem tepla z feromagnetických slitin, kotle SAV mají trubkové ocelové výměníky tepla uzavřeného typu.

Indukční ohřev je tvořen jedním typem topného tělesa:

1. WIN. Invertorové kotle Swirl, které převádějí síťovou frekvenci. Kompaktní a nemasivní jednotky lze pohodlně instalovat ve stísněných prostorech. Jednotky obsahují výměník tepla z feromagnetické slitiny, sekundární vinutí a magnetický obvod jsou reprezentovány výměníkem tepla a krytem. Jednotka je doplněna automatickou řídicí jednotkou, přívodním a oběhovým čerpadlem.

1. SAV. Jedná se o kotle bez měničů; pracují s proudem 220 V (50 Hz), který je přiváděn do induktoru. Sekundární vinutí vypadá jako ocelový trubkový výměník tepla, ohřívaný Foucaultovými proudy. Kotel je vybaven čerpadlem pro cirkulaci teplonosné kapaliny. Jednotky jsou k dispozici pro napětí 220 V a 380 V.

Základní prvky a uspořádání kotlů

Pokud je schéma indukčního vařiče známé, nebude vám činit potíže ani konstrukce kotle.

Hlavní informace:

• Ohřívač. Jedná se o jádro cívky, které může mít podobu jedné nebo více trubek. Pokud se jedná o jedinou trubici, je její velikost poměrně velká, paralelně je zapojena mřížka trubic menšího průřezu.
• Induktor. Typ transformátoru s několika vinutími. První z nich je doplňkem jádra, které vytváří elektromagnetické pole, jež pohání vířivé proudy. Sekundární vinutí je těleso jednotky, které přijímá proudy a předává teplo teplonosnému médiu.
• Měnič. Nachází se v kotlích WIN a je potřebný pro přeměnu stejnosměrného proudu na vysokofrekvenční.
• Potrubí. Prvky pro připojení topného systému. Jedna odbočka je určena pro přívod teplonosné látky pro vytápění, druhá pro dopravu ohřáté vody do topného systému.

Snížená účinnost elektrického kotle

Další argument pro srovnání - indukční kotel během provozu neztrácí svůj původní výkon. V případě elektrického ohřívače je to naopak normální v důsledku tvorby vodního kamene.

Existují dokonce výpočty, podle kterých se za pouhý jeden rok sníží výkon topného tělesa o 15-20 %. To znamená, že se snižuje i jeho účinnost.

Podívejme se na to podrobněji.

Téměř každý elektrický kotel má účinnost vyšší než 98 %. A dokonce i kotle pracující s proudy o ultravysoké frekvenci 25 kHz a více, jaký by to pro vás mělo význam? Přidat další jedno a půl procenta, ale přesto skokově zdražit o 100 procent?!

Co se týče usazenin na topném tělese, jsou skutečně přítomny.

A co se děje tam, kde není zajištěn stálý přísun nečistot? Na FET se však může usazovat malá vrstva usazenin:

tato vrstva není dostatečně silná

nijak nenarušuje přenos tepla.

Kotel proto neztrácí svou původní účinnost.

Na čistém i znečištěném topném tělese se přenáší prakticky stejná energie, pouze při různých teplotách.

Jak vybrat topný přístroj

Při výběru invertorového kotle pro vytápění je třeba zvážit mnoho faktorů.

Nejdůležitější je vzít v úvahu výkon. Tento parametr zůstává stejný po celou dobu životnosti kotle. Výpočet bere v úvahu, že na ohřátí 1 m2 je potřeba 60 wattů.

Výpočet je velmi snadný. Sečtěte plochu všech místností a vynásobte ji tímto číslem. Pokud dům není izolovaný, budete potřebovat větší topení kvůli vyšším tepelným ztrátám.

Musíte spočítat, že k ohřátí 1 m2 je potřeba 60 Wattů. Výpočet je velmi snadný. Sečtěte celkovou podlahovou plochu všech prostor a vynásobte ji tímto číslem. Pokud dům není izolovaný, je lepší zvolit model s vyšším příkonem, protože dojde k vyšším tepelným ztrátám.

Důležitým faktorem je způsob užívání domu. Pokud se používá pouze k přechodnému pobytu, není třeba neustále udržovat teplotu v prostorách na předem stanovené úrovni. V takových případech může stačit jednotka s výkonem maximálně 6 kW.

Při výběru kotle stojí za to věnovat pozornost jeho vybavení. Šikovná je elektronická programová jednotka s diodovým termostatem. Lze ji použít k nastavení jednotky na několik dní nebo dokonce na týden dopředu.

Kromě toho je s takovou jednotkou možné ovládat systém na dálku. To umožňuje vytápění domu v předstihu před příjezdem.

Pomocí něj lze nastavit provoz jednotky na několik dní nebo dokonce týdnů dopředu. Má také možnost ovládat systém na dálku. Umožňuje vytápět dům předem před příjezdem.

Důležitým parametrem je také tloušťka stěny jádra. Od toho se odvíjí odolnost prvku proti korozi. Čím silnější jsou stěny, tím větší je ochrana. To jsou základní parametry, které je třeba zohlednit při výběru zařízení a konstrukci topného systému. Pokud je cena nepřijatelná, můžete použít analogy nebo si kotel postavit sami. Vyžaduje to prostě určité znalosti a dovednosti.

Jak funguje indukční ohřívač

Je to velmi jednoduché. Přiložte na cívku provozní napětí. V cívce se vytvoří elektromagnetické pole. A pak je třeba si ji pozorně přečíst - zde je návod, jak to funguje:

Elektromagnetické pole vyvolává v topné trubce Foucaultovy proudy nebo vířivé proudy a kovová trubka se začne zahřívat.

Pokud to někdo neví, transformátor má magnetický obvod speciálně vytvořený z mnoha tenkých desek z elektrotechnické oceli, které jsou navzájem izolované.

To se provádí právě proto, aby se zabránilo ztrátám energie při zahřívání vířivými proudy.

Jde o to, že čím masivnější je vodič, tím více se bude zahřívat Foucaultovými proudy a tím více se může zvýšit účinek vířivých proudů rychlostí změny magnetického toku.

Věděli jste, že v napájecím transformátoru 110 kV při volnoběžných otáčkách i bez zátěže? v klidovém stavu, i bez zátěže, generuje asi 11 kilowattů tepelného výkonu?

To je způsobeno především účinky vířivých proudů, které zahřívají magnetické jádro, na němž je primární a sekundární vinutí.

Kdyby byl vodič zcelého kusu, tepelné ztráty by se mnohonásobně zvýšily!

A transformátor by jednoduše shořel přehřátím.

Indukční elektrický kotel funguje na stejném principu a ocelové vodní potrubí, které vede uvnitř spirály, se velmi zahřívá, ale díky cirkulaci vody se teplo stihne z potrubí odvést do topného systému a nedochází k přehřátí.

Může však být úspornější ve srovnání s elektrickými ohřívači? Proč?

Zamysleme se nejprve bez rozebírání a porovnávání těchto dvou typů kotlů:

Máme dům.

Nezáleží na tom, co to je nebo kde to je. Může to být pod vodou, může to být na Everestu. Tento dům má tepelnou ztrátu 6 kilowattů.

Tento dům má tepelnou ztrátu 6 kilowattů.

Teplo se ztrácí stěnami, okny, stropy atd. a pro udržení konstantní teploty je nutné tyto tepelné ztráty kompenzovat, což samozřejmě také vyžaduje 6 kilowattů tepla.

A není důležité, kde a jak se teplo - 6 kilowattů tepelné energie - bere, i když je to oheň, nebo plyn, nebo benzín, nejdůležitější je vyrobit potřebné kilowatty tepla!

Nyní to nejdůležitější:

Pro vytápění takového domu bude potřeba, aby indukční ohřívač, že elektrický kotel na topných tělesech - všechny stejný výkon příliš ne méně než 6 kw.

Jinými slovy, kotel jednoduše přeměňuje elektrickou energii na teplo.

A je jedno, jak to udělá, protože pro nás je nejdůležitější teplo v domě. Energie se jednoduše přeměňuje z jednoho druhu na jiný, z elektřiny na teplo. A pokud kotel vyrobí 6 kW tepla, odebere ze sítě minimálně stejné množství elektřiny a vzhledem k tomu, že účinnost kotlů není 100%, je spotřeba energie ze sítě ještě o něco vyšší.

A pokud kotel dodal 6 kW tepla, odebral ze sítě minimálně stejné množství elektřiny a vzhledem k tomu, že účinnost kotle není 100%, je množství energie spotřebované ze sítě o něco vyšší.

Energie se jednoduše přeměňuje z jedné formy na druhou, z elektřiny na teplo. A pokud kotel odebral teplo za 6 kW, odebral ze sítě nejméně tolik elektřiny, a vzhledem k tomu, že účinnost kotlů není 100%, a energie spotřebované ze sítě ještě o něco více.

Je možné, že indukční kotel má vyšší účinnost? Podle údajů výrobce dosahuje 98 %.

Stejné je to u elektrických kotlů s topnými tělesy. Jejich účinnost je až 99 %.

Zamyslete se nad tím, kam jinam může jít energie z topného tělesa než na teplo?

Veškerá energie, kterou topné těleso spotřebuje ze sítě, se přemění na tepelnou energii. Odběr 5 kW - výroba 5 kW tepla.

100 kW dává 100 kW tepla. No, možná o něco menší, pokud vezmeme v úvahu ztráty energie v přechodových odporech na svorkách topného tělesa, ale opět, tato ztráta energie je alokována jako teplo (topné těleso) a v přívodních kabelech.

Svorky i průřez kabelu však mají stejné parametry pro vírový indukční elektrický kotel i topné těleso.

Mechanismus činnosti indukčního kotle

Konstrukce kotle je založena na elektrických indukčních cívkách a skládá se ze 2 zkratových vinutí. Vnitřní vinutí přeměňuje přicházející elektrickou energii na vířivé proudy. Elektrické pole se objevuje uprostřed jednotky a poté je přivedeno do druhé cívky.

Sekundární prvek slouží jako topné těleso topné jednotky a kotlového tělesa.

Vyrobenou energii přenáší do tepelného média v systému, kde se ohřívá. Jako nosiče tepla se v těchto kotlích používá buď speciální olej, filtrovaná voda, nebo nemrznoucí kapalina.

Elektrická energie působí na vnitřní vinutí ohřívače, čímž vzniká napětí a vířivé proudy. Vzniklá energie se přenáší do sekundárního vinutí a následně se jádro zahřívá. Po zahřátí celého povrchu topného média dojde k předání tepelného toku do topných spotřebičů.

Jak funguje indukční kotel

Připomeňte si fyziku školního programu. Je-li feromagnetický vodič umístěn do střídavého elektromagnetického pole, energie elektromagnetického pole se nevratně přenáší na tepelnou energii tohoto vodiče. Fyzikální podstatu procesu popisují dva Maxwellovy zákony a Lenz-Jouleův zákon, které nás zde nezajímají.

To znamená, že pokud cívkou (induktorem) prochází střídavý proud, elektrická energie induktoru se bez kontaktu přemění na tepelnou energii ve vodiči umístěném v poli cívky. Vodič pak lze použít jako topný prvek v topném systému.

V tomto principu je důležité slovo "bezkontaktní". To znamená, že v tomto systému nedochází ke ztrátě odporu kontaktních skupin nebo vodičů.

Z tohoto důvodu jsou indukční elektrické kotle považovány za nejúspornější (velmi vysoká účinnost).