Індукційний котел опалення своїми руками: теоретична база та

Чи дає індукційна схема нагріву теплоносія якісь реальні переваги? Наскільки вона економічна в порівнянні з ТЕНами? Як влаштований індукційний котел? Трубно зібрати його самостійно? Спробуємо відповісти на ці питання.

Що це таке

Суть явища електромагнітної індукції, відкритої Майклом Фарадеєм в 1831 році - в тому, що в вміщеному в магнітне поле провіднику збуджується електричний струм. Ефект, зокрема, ліг в основу принципу роботи будь-якого сучасного трансформатора.

Якщо намотати на феромагнітний сердечник дві ізольовані обмотки і подати на одну з них, скажімо, 220 вольт, то на другий виникне напруга, що відноситься до цих 220 вольтів так само, як кількість витків вторинної обмотки відноситься до кількості витків первинної.

З обмоток трансформатора можна зняти напругу з необхідними характеристиками і використовувати його для роботи електродвигуна або електроніки. А що, якщо в генеруючу вихрові струми обмотку маєтку не підключений ні до чого ферромагнетик?

Очевидно, що виникає ЕРС (електрорушійна сила) повністю перетворюється в кінетичну енергію руху його молекул. Простіше кажучи - в нагрів.

Довідка: саме таким чином працюють індукційні кухонні плити та плавильні печі на сталеливарних підприємствах.

Підемо далі. Що, якщо помістити феромагнітний сердечник в потік води, що рухається в замкнутому контурі? Очевидно, вода стане охолоджувати його і нагріватися сама.

Таким чином, на виході ми отримаємо готовий електричний котел для опалення дачі.

Варто лише вирішити декілька технічних проблем:

• Підібрати сердечник з нержавіючої матеріалу.
• Ізолювати його від котушки, забезпечивши при цьому герметичність конструкції.
• Зробити так, щоб сама котушка не перегріватися при проходженні через неї великих струмів.

Переваги індукційного схеми

Як правило, ціна індукційних котлів заводського виготовлення в середньому помітно вище, ніж у ТЕНових аналогів, і починається від 20-25 тисяч рублів при 4-кіловатної потужності пристрою.

Щоб не бути голослівними, наведемо параметри декількох пристроїв, присутніх на російському ринку.

Як обгрунтування більш високу вартість виробники і продавці призводять два аргументи:

1. Індукційний котел більш довговічний в порівнянні з ТЕНовим аналогом.
2. Він забезпечує значну (до 40-50%) економію електрики, що дозволить витрат швидко окупитися.

Давайте спробуємо оцінити правдивість обох тверджень.

довговічність

Твердження про те, що індукційна конструкція виключно відмовостійкості і довговічна - абсолютна правда.

Причини?

• В котлі немає рухомих частин. Раз так - повністю відсутня механічний знос конструкції.
• Він позбавлений від основної проблеми ТЕНів - вапнування нагрівальних елементів. Вапняна накип поступово теплоізолюється трубчасті нагрівачі і призводить до їх перегріву.

Цікаво: при порушенні в осерді індуктора вихрових струмів він ледь помітно вібрує, що сприяє самоочищенню поверхні.

економічність

Давайте згадаємо основи фізики.

• З точки зору сера Ісаака Ньютона, енергія нікуди не дівається і нізвідки не береться. Вічний двигун неможливий; для нагріву фіксованого обсягу повітря на 10 градусів потрібно витратити строго певну кількість теплової енергії незалежно від конструкції нагрівача.

• При будь-яких перетвореннях енергії будь-якого типу вона, в кінцевому рахунку, або робить фізичну роботу (тобто переміщує володіє ненульовий масою об'єкт проти вектора гравітації), або використовується для нагріву навколишнього середовища.

Підкреслимо: ККД будь-якого електричного приладу прямого нагріву дорівнює 100%.

Вся витрачена електроенергія повністю перетворюється в тепло; на 1 КВт електричної потужності можна отримати 1 КВт теплової.

Таким чином, єдине, чим можна було б в теорії пояснити нібито більш високу ефективність індукційного котла - менше розсіювання тепла в навколишнє середовище.

Цей аргумент не витримує ніякої критики:

1. При установці котла в опалювальному приміщенні тепло, не поглинене теплоносієм, все одно витрачається на обігрів.

1. На 50% менші тепловтрати при порівнянній або гіршою теплоізоляції корпусу котла виглядають, м'яко кажучи, сумнівно.

Висновки очевидні:

• Ринкова вартість індукційних пристроїв неправомірно завищена.
• Їх економічність - як казав один з героїв Булгакова, типовий випадок так званого брехні. Електрична потужність приладу підбирається з розрахунку стандартних 40 ват на кубометр опалювального приміщення. Спроба обігріти 4-кіловатним приладом 200-метровий будинок призведе лише до усвідомлення недавнім покупцем того, що він був занадто наївний.

очумілі ручки

Незважаючи на нагромадження дезінформації, сама по собі індукційна схема більш ніж має право на життя. Завищена ринкова вартість цілком закономірно призводить до думки виготовляти індукційні котли опалення своїми руками. Як це зробити?

корпус

Він повинен бути:

• Діелектричним.
• Досить міцним.
• Що дозволяє герметично підключити його до опалювального контуру.

Найпростіше і очевидне рішення - поліпропіленова труба діаметром 40 міліметрів. В ідеалі - з армуванням фіброю, яка вельми позитивно вплине на міцність якості корпусу.

обмотка

Для того, щоб ізолювати нагрівається при подачі живлення котушку індуктивності від термопластичного поліпропілену, поверх корпусу бажано наклеїти кілька текстолітових смужок. Чим клеїти? Найпростіше і очевидне рішення - силіконовий герметик: він володіє прийнятною адгезію до пластикам і прекрасно переносить помірний нагрів.

Важливий момент: краще брати герметики від іменитих виробників (Ceresit, Момент і т.д.). Дешеві герметики відрізняються від них в першу чергу куди гіршій адгезією до проблемних поверхонь, до яких, ясна річ, відноситься і гладка стінка поліпропіленової труби.

Сама котушка намотується мідним емальованим дротом діаметром близько 1,5 міліметрів (перетин 2,25 мм 2). Загальна довжина обмотки повинна становити 10-15 метрів. Витки краще накладати з невеликим постійним зазором.

сердечник

Яким він повинен бути?

• Провідним. Вихрові струми НЕ будуть наводитися в діелектрику.
• Феромагнітним. Діамагнетик не стане взаємодіяти з електромагнітним полем.
• Нержавіючим. Корозія в замкнутому контурі опалення нам явно ні до чого.

Ось кілька можливих рішень.

• Гвинтовий шнек, щільно входить в трубу. Рухаючись по канавках в ньому, вода буде відбирати максимум тепла.
• Рубана нержавіюча дріт. Вона не дуже зручна тим, що імпровізований котел доведеться обмежити по обидва боки металевою сіткою.
• Скачані з ніхромового дроту їжачки, щільно вставлені в трубу.
• Нарешті, найпростіша інструкція: аналогічним чином в трубі можна розмістити металеві (нержавіючі) мочалки для посуду.

Після того, як сердечник зайняв своє місце, котел забезпечується по обидва боки перехідниками з поліпропілену діаметром 40 мм на різьблення ДУ20 або ДУ25. Вони не дадуть випасти сердечника і дозволять монтувати котел в будь-який контур, залишивши з'єднання розбірними.

Перетворювач живлення

Що буде, якщо просто підключити намотану нами котушку індуктивності до розетки?

Давайте виконаємо нескладний розрахунок.

• Питомий опір мідного провідника при + 20С одно 0,175 Ом * мм 2 / м.
• При перетині в 2,25 мм і довжині 10 метрів повне опір котушки буде рівним 0,175 / 2,25 * 10 = 0,7 Ома.
• Отже, при подачі на провідник 220 вольт через нього потече струм в 220 / 0,7 = 314 А.

Для порівняння: при розрахунку проводки для міді перетин підбирається з розрахунку 10 А / мм2.

Результат трохи передбачуваний: при подачі струму в 10 з гаком разів вище розрахункового наш провідник просто розплавиться.

Очевидне рішення - знизити напругу живлення. Перетворювач повинен бути досить потужним, щоб віддати як мінімум 2,5 - 3 кіловати.

Готовим перетворювачем такої потужності може стати зварювальний інвертор з регулюванням струму. Регулювання не тільки вбереже обмотку від перегріву, але і дозволить плавно регулювати ефективну потужність опалювального котла. При вихідній напрузі інвертора в 80 вольт максимальна безпечна для температури обмотки потужність складе близько 2 КВт.

витрати

З скільки-небудь істотних витрат варто згадати хіба що зварювальний інвертор (від 6000 рублів) і паяльник для поліпропілену (від 1000 рублів). Ще максимум в 1000 вкладуться всі інші покупки.

висновок

Сподіваємося, що читачеві стануть в нагоді наші рекомендації. У доданому до статті відео можна знайти додаткову інформацію про самостійне виготовлення індукційного котла. Успіхів!