Induktionsvarme kedler: typer, oversigt over fordele og ulemper, hvordan man vælger en god model

Fordele og ulemper ved induktionskedler

Elektrisk opvarmning er det enkleste alternativ til traditionel opvarmning med gaskedler. Et korrekt installeret system vil glæde forbrugerne med varme, og med induktionsvarmeudstyr kan du regne med, at der ikke opstår problemer. Lad os se på de vigtigste fordele ved induktionsenheder:

• Kompakt - disse kedler er faktisk meget små og ligner i udseende et rør med stor diameter og små rørstammer (varmesystemet er forbundet til rørstammerne). Selv om nogle industrielle designs ikke kan betegnes som kompakte;
• Virkningsgrad tæt på 100 % - næsten al elektricitet omdannes til varme. Ikke desto mindre forekommer der små tab, da intet er perfekt i verden;
• Lang levetid - producenterne angiver, at den er mindst 20-25 år. Og det er sandt, da der ikke er nogen traditionelle varmeelementer;
• Alle typer varmeoverførselsmedier kan anvendes;
• Induktionskedler danner ikke kalk - det adskiller dem fra FET-kedler, som danner en lille mængde kalk;
• Øget pålidelighed - induktionsspolen har en god afstand mellem spolerne, og spolerne er adskilt fra kernen af en pålidelig isolering. Derfor er der ikke meget at bryde. Det eneste, der kan fejle, er strømforsyningssystemet, som omfatter elektroniske komponenter;
• Muligheden for selvmontering - der er ikke noget kompliceret ved det. Og der er ingen indstillinger.

Der er nogle ulemper:

Korrekt og kvalitativt monteret induktionskedel - det er ikke kun et behageligt syn, men også et løfte om lang og pålidelig drift af hele systemet.

• Dyrt - i et opvarmningssystem i et hjem er induktionskedlen den dyreste komponent. Men prisen er det hele værd;
• Højt elforbrug - giver høje driftsomkostninger til opvarmning;
• Mere komplekst design - der er et strømkredsløb, som ikke findes i TEN- og elektrodenheder.

Den største ulempe er den høje pris på udstyret, selv om der ikke er noget kompliceret ved det.

Hvis du vil bruge en induktionskedel på mere end 7 kW, skal du desuden bruge en trefaset strømforsyning - dette gælder ikke kun for induktion, men også for alle andre elektriske varmeenheder.

Kedlens konstruktion og funktionsprincip

Hvis en elektrisk strøm løber gennem et ledende materiale, opstår der varme i det ledende materiale. Varmeproduktionen er direkte proportional med strømstyrken og spændingen (Joule-Lenz-loven). Der er to måder at fremkalde strøm i en leder på. Den første er at tilslutte den direkte til en strømkilde. Denne metode vil blive kaldt kontaktmetoden.

Den anden, den kontaktløse, blev opdaget af Michael Faraday i begyndelsen af det 19. århundrede. Han opdagede, at når parametrene for et magnetfelt, der krydser en leder, ændres, opstår der en elektromotorisk kraft (EMF) i lederen. Dette fænomen blev kaldt elektromagnetisk induktion. Hvor der er EMF, vil der være en elektrisk strøm og dermed varme, og i dette tilfælde er det kontaktløst. Sådanne strømme kaldes inducerede strømme, hvirvelstrømme eller Foucault-strømme.

Induktionsvarmekedel - funktionsprincip

Elektromagnetisk induktion kan induceres på forskellige måder. Lederen kan bevæges eller roteres i et konstant magnetfelt, som i moderne elektriske generatorer. Eller du kan ændre parametrene for selve magnetfeltet (intensitet og retning af feltlinjerne), mens lederen forbliver stationær.

Denne form for manipulation af magnetfeltet er muliggjort af en anden opdagelse. Som Hans-Christian Ørsted opdagede i 1820, bliver en spolet ledning til en elektromagnet, når den er forbundet med en strømkilde. Ved at ændre parametrene for strømmen (styrke og retning) kan vi ændre parametrene for det magnetfelt, der genereres af denne enhed. I dette tilfælde vil der blive genereret en elektrisk strøm i en leder, der befinder sig i dette felt, ledsaget af opvarmning.

Efter at have læst dette enkle teoretiske materiale har læseren sandsynligvis allerede forestillet sig den generelle opbygning af en induktionskedel. Faktisk har det et ret simpelt design: inde i det afskærmede og isolerede hus har et rør af en speciel legering (stål kan også bruges, men egenskaberne vil være lidt værre), installeret i en muffe af dielektrisk materiale, en kobberbus er viklet på en spole på muffen, forbundet til nettet.

Induktionskedel efter installation

Røret er forbundet til varmeanlægget ved hjælp af to spidser, som får varmemediet til at strømme gennem røret. Den vekselstrøm, der løber gennem spolen, skaber et vekselmagnetisk felt, som igen inducerer hvirvelstrømme i røret. hvirvelstrømmene vil forårsage opvarmning af rørvæggene og delvist af kølemidlet i hele det volumen, der er indesluttet i spolen. For at opnå hurtigere opvarmning kan der installeres flere parallelle rør med mindre diameter i stedet for ét rør.

Læsere, der kender omkostningerne ved induktionskedler, vil naturligvis formode, at der er mere i deres design. En varmegenerator, der kun består af et rør og et stykke tråd, kan ikke koste 2,5 til 4 gange mere end dens modstykke i TEN. For at opvarmningen skal være tilstrækkelig intensiv, er det nødvendigt at lade spolen passere gennem spolen ikke den sædvanlige strøm fra byens netværk med en frekvens på 50 Hz, men højfrekvent, så induktionskedlen er udstyret med en ensretter og en inverter.

Ensretteren konverterer vekselstrømmen til jævnstrøm og sender den derefter til inverteren, et elektronisk modul bestående af et par nøgletransistorer og et kontrolkredsløb. Ved inverterens udgang bliver strømmen igen til vekselstrøm, men med en meget højere frekvens. Ikke alle induktionskedelmodeller har denne inverter, nogle fungerer stadig ved 50 Hz. Anvendelse af højfrekvent vekselstrøm kan dog reducere enhedens størrelse betydeligt.

Princippet om elektromagnetisk induktion

I forskellige beskrivelser påpeger forfatterne, at induktionskedlen ligner en transformator. Dette er helt rigtigt: en spole af tråd spiller rollen som den primære vikling, og et rør med et kølemiddel - kortsluttet sekundær vikling og samtidig et magnetisk kredsløb.

Hvorfor er transformeren så ikke varm? Transformatorens magnetiske kerne består nemlig ikke af et enkelt stykke, men af mange plader, der er isoleret fra hinanden. Men selv denne foranstaltning er ikke i stand til at forhindre opvarmning fuldstændigt. For eksempel genererer den magnetiske kerne i en 110 kV-transformator op til 11 kW varme i tomgang.

Parametre for valg af elektriske kedler

Det første skridt er at beslutte, hvordan man vælger den rigtige elkedel til opvarmning. I øjeblikket tilbyder producenterne en række modeller, der ikke kun adskiller sig fra hinanden i designfunktioner, men også i funktionalitet. Derfor skal forbrugeren kende de grundlæggende parametre for valget.

Før du vælger en elektrisk kedel til opvarmning af huset bør korrekt beregne sin kapacitet. Ethvert varmesystem har til formål at kompensere for bygningens varmetab. Derfor er det først nødvendigt at beregne denne vigtigste parameter. Du kan bruge specialiserede programmer til at gøre dette.

Spørgsmålet er så, om man skal købe en fabriksmodel eller lave en elvarmekedel til hjemmebygning. For at løse problemet anbefaler eksperter at analysere følgende faktorer:

• Anordningens driftsintensitet. Hvis der er planlagt konstant drift af udstyret - er det bedst at købe en pålidelig fabrik elektrisk kedel til vandopvarmning. Når du organiserer opvarmning af et bryggers (garage) eller et sommerhus på landet med et lille område er det muligt at lave en selvbygget kedel;
• Varmtvandsforsyning. For at kunne levere varmt brugsvand er det nødvendigt at installere en el-kedel med to kredsløb til opvarmning af huset. At lave det selv er problematisk, fordi konstruktionen ikke vil have en passende grad af pålidelighed. Installation og beregning af parametre for den anden kontur er praktisk talt umulig under husforhold;
• Samlede mål. Disse afhænger direkte af udstyret og dets kapacitet. Et lille hus kan opvarmes ved hjælp af elektrode- eller induktionsmodeller. Da det er vanskeligt at lave en elektrisk kedel til opvarmning af et hus af denne type, vælges ordninger med varmeelementer;
• Spænding i et netværk. Det afhænger af udstyrets effekt. Næsten alle elektriske kedler til opvarmning med deres egne hænder har en kapacitet på højst 9 kW. Det giver mulighed for tilslutning til et netværk 220 V.

Men for forbrugeren er det afgørende parameter stadig prisen på elkedler til opvarmning af batterier. Derfor er der i den seneste tid mange muligheder for uafhængig fremstilling af denne type varmeudstyr. Men for at sammenligne elektriske kedler til opvarmning, lavet af deres egne hænder, er det nødvendigt at lære funktionerne i design og drift af fabriksmodeller.

Den vigtigste myte om induktionsvarme

På det seneste er det blevet sagt, at effektiviteten af induktionsvarme er 2 til 3 gange højere end effektiviteten af en varmespole. Men tilhængere af induktionskedlen hævder, at varmeelementet hurtigt mister sin effektivitet og går ud af drift, fordi det bliver kalket!

Det oplyses, at varmeelementets kapacitet reduceres med 15-20 % inden for et år. Er det virkelig sandt?

Ja, det er rigtigt, at der dannes kalk på varmelegemet, men du bør aldrig forveksle varmesystemet og vandsystemet. Der dannes f.eks. kalk i vandsystemet, ligesom der dannes kalk i den kedel, vi ser i køkkenet hver morgen. Det generer os aldrig i vores arbejdsliv, for vi ved, og der er ingen tvivl om det, at kedlen alligevel koger vand.

Tværtimod kommer urenhederne i det varmeanlæg, som vi kender, ikke ofte ind i vandet. Sedimentlaget er meget tyndt og er ikke en væsentlig hindring for varmeoverførslen.

Hvis energien er forsvundet et sted fra netværket, forsvinder den ikke helt. Den bliver til absolut varme og opvarmer varmeoverføringsmediet, som igen opvarmes med nøjagtig samme effektivitet som før, og som det altid vil blive opvarmet. Hvis det ikke var tilfældet, ville varmelegemet sprænges af overskydende energi.

Så snart der opstår kalk, sker varmevekslingen ved en højere temperatur. Der er ikke tale om nogen form for nedsat effektivitet, uanset temperaturen i varmelegemet.

Funktionsprincip

Princippet om elektromagnetisk induktion blev defineret i 1831 af den engelske fysiker Michael Faraday. I begyndelsen af det tyvende århundrede blev hans postulat gennemført i form af et varmeelement til smeltning af metaller. Det viser sig, at induktionskedler blev kendt for længe siden og blev brugt, men kun på produktionsniveau.

Princippet om elektromagnetisk induktion er baseret på dannelsen af et elektromagnetisk felt, der opvarmer ethvert ferromagnetisk materiale (som en magnet klæber til), når det placeres i midten af feltet. Det er ikke svært at skabe et elektromagnetisk felt. Den kræver en spole, fortrinsvis af kobbertråd, som der påføres en spænding. Det er inde i spolen, at det magnetiske felt dannes.

Et rør af dielektrikum (der ikke tillader elektrisk strøm at passere igennem) er installeret indeni, en spole er viklet rundt om det, og en stålstang er installeret indeni.

Hvis der f.eks. indsættes en stålstang i den, vil den nødvendigvis blive opvarmet til høje temperaturer. Dette er det princip, som induktionsvarmekedlen er baseret på.

Og varmediet (vand eller frostvæske) strømmer gennem rørets indre hulrum og vasker stangen. Staven opvarmes af det elektromagnetiske felt og overfører varmen til varmeoverførselsmediet.

Der er en finesse i induktionskedlers funktionsprincip, som er baseret på Joule-Lenz' lov. Hvis du øger modstanden på stangen, kan du øge dens opvarmning. Og stigningen sker på to måder:

• øge længden og mindske tværsnittet;
• lave den af et metal med højere resistivitet, f.eks. nichrome.

Bemærk! Disse metoder anvendes enten hver for sig eller i kombination. På denne måde styrer du kedlens effekt.

Typer af induktionsvarmere til opvarmningssystemer

Der findes to typer af enheder på markedet. Den første enhed arbejder med hvirvelstrømme til opvarmning af varmemediet ved at levere 220 V (50 hertz) netspænding til den primære vikling, den anden arbejder med de samme strømme, men overfører spændingen via en inverter. I det andet tilfælde er enheden ansvarlig for at konvertere standardnetspændingen til strømme med en frekvens på op til 20 kilohertz.

Inverteren er en anordning, der øger effektiviteten af induktionskedlen uden at øge udstyrets størrelse og vægt. Takket være inverteren fungerer udstyret i en økonomisk tilstand. Minus kun én - brugen af kobberviklinger, som gør invertervarmere dyrere end standardmodeller med varmeelementer.

Klassificeret efter materialetype - vortex-enheder er udstyret med en varmeveksler af ferromagnetiske legeringer, SAV-kedler har rørformede stålvarmevekslere af lukket type.

Induktionsopvarmning består af en type varmelegeme:

1. VIND. Swirl inverter kedler, der konverterer netfrekvensen. Kompakte og ikke-massive enheder kan nemt installeres i trange rum. Enhederne omfatter en varmeveksler af ferromagnetisk legering, den sekundære vikling og det magnetiske kredsløb er repræsenteret af en varmeveksler og et kabinet. Enheden er suppleret med en automatisk kontrolenhed, en forsynings- og cirkulationspumpe.

1. SAV. Det er kedler uden omformer; de drives med 220 V (50 Hz) strøm, som tilføres til spolen. Den sekundære vikling ligner en rørformet stålvarmeveksler, der opvarmes af Foucault-strømme. Kedlen er udstyret med en pumpe til at cirkulere varmeoverførselsvæsken. Enhederne fås til 220 V og 380 V spænding.

Grundlæggende elementer og indretning af kedler

Hvis induktionskomfuret er velkendt, vil kedlens design heller ikke volde problemer.

De vigtigste detaljer:

• Varmelegeme. Dette er spolens kerne, som kan være i form af et eller flere rør. Hvis det er et enkelt rør, er dets størrelse ret stor, og et gitter af rør med mindre tværsnit er forbundet parallelt.
• Inducer. En type transformer med flere viklinger. Den første er et supplement til kernen, som genererer det elektromagnetiske felt, der driver hvirvelstrømmene. Den sekundære vikling er enhedens krop, der modtager strømmene og overfører varmen til varmeoverførselsmediet
• Inverter. Den findes i WIN-kedler og er nødvendig til konvertering af jævnstrøm til højfrekvens.
• Kanaler. Elementer til tilslutning af varmesystemet. Det ene grenrør er beregnet til en varmebærerforsyning til opvarmning, det andet - til transport af det opvarmede vand til varmesystemet.

Nedsat effektivitet af den elektriske kedel

Et andet argument i sammenligningen - induktionskedlen under drift mister ikke sin oprindelige effekt. For elvarmeren er dette derimod normalt på grund af kalkdannelse.

Der er endda nogle beregninger, ifølge hvilke varmeelementets kapacitet reduceres med 15-20% på bare et år. Det betyder, at dens effektivitet også reduceres.

Lad os se nærmere på dette.

Næsten alle elkedler har en virkningsgrad på over 98 %. Og selv kedler, der arbejder ved ultrahøjfrekvente strømme på 25 kHz og derover, hvilken forskel ville det gøre for dig? Læg en ekstra halvanden procent oveni, men alligevel en prisstigning på 100 procent?!

Hvad angår aflejringerne på varmelegemets element, er de faktisk til stede.

Og hvad sker der, når der ikke er en konstant tilførsel af urenheder? Der kan dog aflejres et lille lag af aflejringer på FET'en:

dette lag er ikke tykt nok

den forstyrrer ikke varmeoverførslen på nogen måde.

Kedlen mister derfor ikke sin oprindelige effektivitet.

Der overføres praktisk talt den samme energi på både et rent og et snavset varmeelement, blot ved forskellige temperaturer.

Sådan vælger du et varmeapparat

Når du vælger en inverterkedel til opvarmning, er der mange faktorer, du skal overveje

Det vigtigste at overveje er effekten. Denne parameter vil forblive den samme i hele kedlens levetid. I beregningen er der taget højde for, at der skal 60 watt til at opvarme 1 m2

Beregningen er meget nem. Læg arealet af alle rummene sammen og multiplicer med dette tal. Hvis huset ikke er isoleret, har du brug for et større varmeapparat på grund af det større varmetab.

Du skal beregne, at der skal 60 watt til at opvarme 1 m2. Beregningen er meget nem. Læg det samlede gulvareal for alle lokalerne sammen og multiplicer med dette tal. Hvis huset ikke er isoleret, er det bedre at vælge en model med højere wattydelse, da der vil være et større varmetab.

Du bør også tage hensyn til den måde, huset skal bruges på. Hvis det kun bruges til midlertidigt ophold, er der ikke behov for konstant at holde temperaturen i lokalerne på et forudbestemt niveau. I sådanne tilfælde kan det være tilstrækkeligt med en enhed med en kapacitet på højst 6 kW.

Når du vælger en kedel, er det værd at være opmærksom på dens udstyr. En elektronisk programenhed med en diodetermostat er praktisk. Den kan bruges til at indstille enheden til flere dage eller endda en uge i forvejen.

Med en sådan enhed er det desuden muligt at fjernstyre systemet. Dette gør det muligt at opvarme huset inden ankomst.

Den kan bruges til at indstille enheden til at køre i dage eller endda uger i forvejen. Det har også mulighed for at fjernstyre systemet. Det giver dig mulighed for at opvarme huset i forvejen inden ankomsten.

Tykkelsen af kernevæggen er også en vigtig parameter. Elementets korrosionsbestandighed afhænger af dette. Jo tykkere vægge, jo større er beskyttelsen. Det er de grundlæggende parametre, der skal tages i betragtning, når du vælger enheden og konstruerer varmesystemet. Hvis prisen ikke er acceptabel, kan du bruge analoger eller bygge kedlen selv. Det kræver blot en vis viden og færdigheder.

Sådan fungerer induktionsvarmeren

Det er meget enkelt. Påfør en driftsspænding på spolen. Der skabes et elektromagnetisk felt i spolen. Og så skal du læse den omhyggeligt - sådan fungerer den:

Det elektromagnetiske felt inducerer Foucault-strømme eller hvirvelstrømme i varmerøret, og metalrøret begynder at blive varmt.

Hvis nogen ikke ved det, har en transformer et magnetisk kredsløb, der er specielt sammensat af mange tynde plader af elektrisk stål, der er isoleret fra hinanden.

Dette gøres netop for at undgå energitab som følge af opvarmning ved hvirvelstrømme.

Jo mere massiv lederen er, jo mere vil den blive opvarmet af Foucault-strømmene, og jo mere kan effekten af hvirvelstrømmene øges af ændringshastigheden af den magnetiske flux.

Vidste du, at i en strømtransformator 110 kV ved tomgangshastighed, selv uden belastning? selv uden belastning genererer ca. 11 kilowatt termisk effekt i tomgang, selv uden belastning?

Dette skyldes hovedsagelig hvirvelstrømme, som opvarmer den magnetiske kerne, som de primære og sekundære viklinger er beklædt med.

Hvis lederen var et massivt stykke, ville varmetabet blive mange gange større!

Og transformeren ville simpelthen brænde af på grund af overophedning.

En elektrisk induktionskedel fungerer efter samme princip, og stålvandrøret, der løber inde i spolen, bliver meget varmt, men! - på grund af vandcirkulationen har varmen tid til at blive spredt fra røret til varmesystemet, og der opstår ikke overophedning.

Men kan det være mere økonomisk i forhold til elektriske varmeapparater? Hvorfor?

Lad os først tænke uden at skille disse to typer kedler ad og sammenligne dem:

Vi har et hus.

Det er ligegyldigt, hvad det er, eller hvor det er. Det kan være under vand, det kan være på Everest. Dette hus har et varmetab på 6 kilowatt.

Dette hus har et varmetab på 6 kilowatt.

Varme går tabt gennem vægge, vinduer, lofter osv., og for at opretholde en konstant temperatur er det nødvendigt at kompensere for dette varmetab, hvilket naturligvis også kræver 6 kW varme.

Og det er ikke vigtigt, hvor og hvordan varmen tages - 6 kilowatt termisk energi - selv om det er et bål, gas eller benzin, det vigtigste er at producere de nødvendige kilowatt varme!

Nu kommer det vigtigste:

Til opvarmning af et sådant hus vil være nødvendigt, at induktionsvarmeren, at den elektriske kedel på varmeelementer - alle den samme kapacitet også ikke mindre end 6 kw.

Med andre ord omdanner kedlen blot elektrisk energi til varme.

Og det er ligegyldigt, hvordan den gør det, for det vigtigste for os er varme i huset. Energi omdannes simpelthen fra en type til en anden, fra elektricitet til varme. Hvis en kedel har leveret 6 kW varme, har den taget mindst den samme mængde elektricitet fra nettet, og da kedlernes virkningsgrad ikke er 100 %, er den mængde energi, der forbruges fra nettet, endda lidt højere.

Og hvis en kedel har leveret 6 kW varme, har den mindst trukket den samme mængde elektricitet fra nettet, og da kedlens virkningsgrad ikke er 100 %, er den mængde energi, der er brugt fra nettet, lidt højere.

Energi omdannes simpelthen fra en form til en anden, fra elektricitet til varme. Og hvis kedlen udvandt varme for 6 kW, tog den elektricitet fra nettet mindst lige så meget, og da kedlernes effektivitet ikke er 100 %, og den energi, der forbruges fra nettet, endda en smule mere.

Kan det være, at induktionskedlen har en højere virkningsgrad? Ifølge producentens oplysninger når den op på 98 %.

Det er det samme med elkedler med varmeelementer. Deres effektivitet er op til 99 %.

Tænk over det, hvor kan energien i varmeelementet ellers gå hen, ud over at blive omdannet til varme?

Al den energi, der forbruges fra elnettet af varmeelementet, omdannes til varmeenergi. Bruger 5 kW - producerer 5 kW varme.

100 kW giver 100 kW varme. Tja, måske en lille smule mindre, hvis man tager højde for energitab i overgangsmodstanden på varmeelementets klemmer, men igen, dette energitab fordeles som varme (varmeelement) og i at føre kabler.

Men både klemmerne og kabeltværsnittet er de samme parametre for vortex-induktionselektrokedlen og varmeelementet.

Mekanismen for drift af en induktionsvarmekedel

Kedlens konstruktion er baseret på elektriske induktorer og består af 2 kortslutningsviklinger. Den interne vikling omdanner den indkommende elektriske energi til hvirvelstrømme. Det elektriske felt opstår i midten af enheden og ledes derefter til den anden spole.

Den sekundære komponent fungerer som varmeelement i varmeenheden og kedelhuset.

Den overfører den genererede energi til systemets varmemedium til opvarmning. De varmebærere, der anvendes til disse kedler, er enten specialiseret olie, filtreret vand eller ikke-frossen væske.

Elektrisk energi virker på varmelegemets interne vikling, hvilket skaber spændinger og hvirvelstrømme. Den resulterende energi overføres til den sekundære vikling, hvorefter kernen opvarmes. Når hele overfladen af varmemediet er blevet opvarmet, overfører det varmestrømmen til varmeapparaterne.

Sådan fungerer induktionsvarmekedlen

Husk på fysikken i skoleprogrammet. Hvis en ferromagnetisk leder placeres i et elektromagnetisk vekselfelt, overføres det elektromagnetiske felts energi irreversibelt til lederens varmeenergi. Fysikken i processen beskrives af Maxwells to love og Lenz-Joule-loven, som vi ikke er interesseret i her.

Det vil sige, at hvis der sendes vekselstrøm gennem spolen (spolen), vil spolens elektriske energi uden kontakt blive omdannet til varmeenergi i den leder, der er placeret i spolens felt. Lederen kan derefter anvendes som et varmeelement i et varmesystem.

Ordet "kontaktløs" er vigtigt i dette princip. Det betyder, at der i dette system ikke er noget modstandstab i kontaktgrupper eller ledninger.

Det er derfor, at elektriske induktionskedler anses for at være de mest økonomiske (meget høj effektivitet).