Индукционный котел отопления: принцип работы, достоинства и недостатки

Электрические индукционные котлы отопления позиционируются как очень экономичные средства обогрева жилья. В этой статье мы попытаемся трезво оценить эти устройства: расход электричества, удобство использования и прочие особенности решения.

На фото — герой нашей статьи.

Что это такое

Индукционный отопительный котел, как вполне логично следует из названия, использует принцип электромагнитной индукции. Если намотать из толстой проволоки катушку и пропустить через нее достаточно большой ток — в ней и, отчасти, вокруг нее возникнет электромагнитное поле.

Если поместить в катушку сердечник из любого ферромагнетика (говоря попросту — металла, к которому липнет магнит) — в нем возникнут вихревые токи, которые неизбежно заставят частицы металла двигаться быстрее. Нагреют.

А теперь давайте намотаем катушку на трубу из диэлектрика, а внутри любым способом закрепим стальной сердечник. Осталось вставить получившуюся конструкцию в контур отопления — вот, собственно, и готов, сделанный своими руками индукционный электрический котел отопления.

Принцип работы прост и понятен:

• Потребляемая электроэнергия преобразуется в электромагнитное поле.
• Его энергия тратится на нагрев сердечника.
• Сердечник отдает избыточное тепло теплоносителю — воде, маслу или этиленгликолю.
• Быстрый и сильный нагрев воды или другой жидкости в определенной области порождает в ней конвекционные потоки. Нагревшийся теплоноситель расширяется и стремится вверх. Создающийся перепад достаточен для работы контура умеренной протяженности; если нужно ускорить циркуляцию теплоносителя — используется обычный циркуляционный насос отопления.

Как видите, принципиальная схема устройства очень проста.

Обратите внимание: конструкция позиционируется как инновационное сверхэкономичное решение, позволяющее расходовать на 20-30 процентов меньше электроэнергии.

Мифы и реальность

Любой продавец заинтересован в продаже своего товара и ради того, чтобы его покупали, вполне способен исказить факты. Давайте проанализируем все основные тезисы, упоминающиеся в рекламе этого типа нагревательных устройств.

Новизна

Тезис: перед нами инновационная разработка, основанная на новом физическом принципе.

Реальность:

• Явление индукции было открыто Майклом Фарадеем почти два века назад — в 1831 году.
• В металлургии индукционные плавильные печи массово применяются со второй половины 20-го века.
• Ни новые материалы, ни какие-то высокие технологии при изготовлении индукционных котов не применяются.

Вывод: давно известный принцип работы используется лишь для того, чтобы создать и занять новую рыночную нишу.

Сэр Майкл Фарадей оспаривает новизну принципа.

Экономичность

Тезис: индукционные котлы для отопления дома позволяют экономить электричество, потребляя при той же теплоотдаче на 20-30 процентов меньше аналогов.

Реальность:

• Любой электрический прибор прямого нагрева, не совершающий механической работы (то есть не перемещающий никакой массы против вектора гравитации), преобразует 100% потребляемой электрической мощности в мощность тепловую.
  КПД может различаться лишь за счет рассеивания тепла вокруг котла вместо нагрева теплоносителя.

Заметьте: если котел размещен в отапливаемом помещении — это тепло не теряется, а опять-таки идет на подогрев воздуха.

• Эффективность нагрева теплоносителя определяется температурой нагревательного элемента. В случае ТЭНа ее приходится искусственно ограничивать; монолитный сердечник может разогреваться почти до точки плавления.
  В рекламных заявлениях часто приводятся результаты эксперимента, в котором индукционный котел нагрел фиксированный объем теплоносителя до определенной температуры за 3 часа, в то время как ТЭНовому на это понадобилось шесть. При этом затраты электроэнергии были незначительно меньше, нежели у индукционного.
  Авторы эксперимента демонстративно игнорируют тот факт, что за 6 часов любой контур отопления рассеет намного больше тепла, чем за 3. Законы физики просты: чтобы получить киловатт-час тепловой энергии методом прямого нагрева с помощью электричества, нужно потратить киловатт-час электроэнергии. Точка.

• Большое количество тепла неизбежно будет выделяться на самой индуктивной катушке — просто потому, что она представляет собой проводник с ненулевым сопротивлением и текущим в нем большим током.
  Нецелевое рассеивание тепла будет определяться качеством внешней теплоизоляции котла. Впрочем, если он расположен в доме — опять-таки тепло пойдет на его обогрев.

Выводы: мы имеем дело с манипулированием информацией ради подъема продаж.

Если верить маркетологам, можно предположить, что внутри индукционного котла спрятан вечный двигатель.

Долговечность

Тезис: срок безотказной службы устройства превышает 25 лет. Оно крайне надежно по сравнению с традиционными отопителями и не нуждается в обслуживании.

Реальность:

• Котлы этого типа не содержат ни одной подвижной детали. Механический износ отсутствует как класс.
• Медная обмотка достаточной толщины при должном охлаждении теплоносителем будет служить неограниченно долго. Межвитковый пробой из-за плохой изоляции ей тоже не грозит: катушка наматывается не виток к витку, а с небольшими промежутками между ними.
• Сердечник при нагреве неизбежно будет подвергаться эрозии водой и пузырьками пара, постепенно разрушаясь. Однако при его достаточной толщине это очень долго не станет проблемой.
• Схема управления котлом должна содержать несколько довольно мощных транзисторов (ей придется управлять большими токами).
  Срок службы полупроводников редко превышает 10 лет; впрочем, он в большой степени определяется тонкостью техпроцесса.

Грубо говоря, транзисторы, произведенные 30 лет назад, живут в несколько раз дольше нынешних. Здесь все зависит от примененной элементной базы.

Выводы: отопительные индукционные котлы вполне могут быть куда более долговечными по сравнению, как с традиционными ТЭНовыми устройствами с их ограниченным сроком службы нагревательных элементов, так и с электродными, в которых анод неизбежно растворяется в воде за несколько лет.

В самом деле, чему ломаться в столь простом устройстве?

Неизменность характеристик

Тезис: для традиционных котлов характерно падение мощности благодаря накипи на нагревательных элементах. Здесь же характеристики неизменны.

Реальность:

• Реклама несколько переоценивает вред от накипи. В замкнутом контуре большому количеству известковых отложений неоткуда взяться; да и теплопроводность слоя отложений не настолько низка, чтобы серьезно теплоизолировать ТЭН.
• Применительно к сердечнику индукционного котла, однако, утверждение представляет собой чистую правду: накипь на нем практически не образуется даже в том случае, если вода богата известью.

Вихревые токи заставляют сердечник вибрировать, да и вскипающие у его поверхности мельчайшие пузырьки воды (при максимальной мощности, разумеется) разрушают любую накипь.

Выводы: в данном случае реклама говорит полуправду. Достоинства предлагаемого решения не преувеличиваются; зато переоцениваются недостатки конкурирующей технологии.

Эта каноническая фотография ТЭНа после нескольких лет эксплуатации — явное преувеличение проблемы.

Бесшумность

Тезис: устройство работает абсолютно бесшумно, выгодно отличаясь этим от альтернатив.

Реальность:

• Электрический котел отопления любого типа не издает при своей работе громких звуков. Просто в силу своего устройства: нагрев воды не требует никаких акустических колебаний.
• Бесшумным индукционный нагреватель будет лишь в том случае, если для циркуляции воды используется порождаемая им конвекция. С другой стороны, ТЭНовые котлы всегда снабжаются насосами, которые вовсе не беззвучны.
• Если в контуре с нагревателем интересного нам типа большое гидравлическое сопротивление вынуждает применить насос — уровень шума будет таким же, как у ТЭНового котла.

Выводы: рекламное заявление правдиво только при специфичных условиях. Они выполняются далеко не всегда.

Компактность

Тезис:  индукционные отопительные котлы имеют небольшие размеры, благодаря которым могут монтироваться в любом помещении.

Реальность: при разумной мощности это действительно так. Устройству не нужна сколь-нибудь большая емкость, в которой нагревательные элементы греют теплоноситель: он представляет собой всего лишь отрезок трубы с намотанной на него катушкой.

Нюанс: в ТЭНовых электрических котлах существенную часть объема корпуса занимают циркуляционный насос и расширительный бак.

Выводы: в целом заявление абсолютно правдиво.

Иногда размер имеет значение.

Безопасность

Тезис: устройство абсолютно безопасно.

Реальность: при утечке теплоносителя сердечник, оставшийся без охлаждения, расплавит крепление и корпус в считанные секунды. Положиться можно только на автоматическое отключение при перегреве или датчик давления.

Выводы: в плане безопасности эксплуатации конструкция ничем не отличается от конкурирующих решений.

Общая оценка

Перед нами удобное и компактное устройство для обогрева без каких-либо конструктивных недостатков. Цена котла этого типа примерно вдвое превышает стоимость ТЭНового нагревателя. При этом ни реальной экономии, ни каких-либо других чудес ждать от него не приходится.

Инструкция по монтажу вполне стандартна:

• В контуре должен присутствовать расширительный бачок;
• Для приборов мощностью от 7 КВт нужны 380 вольт;
• В системе с естественной циркуляцией котел монтируется строго вертикально;
• Для приборов большой мощности или в контуре с высоким гидравлическим сопротивлением обязательна установка циркуляционного насоса в систему отопления.

Для увеличения тепловой мощности несколько котлов могут объединяться в каскад.

Как обычно, некоторое количество дополнительной информации об индукционных нагревателях вы найдете в видео в конце статьи. Теплых зим!