In dit artikel: De geschiedenis van het maken van inductieketels; het werkingsprincipe en het apparaat van de ketel; voor- en nadelen van inductieketels; hoe een ketel in een gesloten verwarmingssysteem te installeren; selectie van een inductieketel.
Organische brandstoffen, zoals hout, kolen, olieproducten en aardgas, vormen de belangrijkste groep energiedragers op aarde die worden gebruikt om onze huizen en appartementen te verwarmen. Elk van zijn variëteiten heeft echter twee ernstige nadelen, en de tweede is vooral kritiek op huishoudelijk niveau – als er eenmaal helemaal geen biologische brandstof zal zijn vanwege de volledige productie, is het om welke reden dan ook buitengewoon moeilijk om het in sommige regio’s van het GOS te krijgen. En in zo’n wanhopige situatie wenden huiseigenaren zich tot het verwarmen van elektrische boilers, en hun keuze ligt tussen boilers met verwarmingselementen en boilers met thermische elektrische verwarmingstoestellen – d.w.z. er is geen keuze als zodanig. Maar er zijn ook elektrische inductieketels en hun operationele kenmerken zijn vrij hoog …
Inductieketel geschiedenis
Van ongeveer 1822 tot 1831 voerde de briljante Engelse wetenschapper en onderzoeker Michael Faraday een reeks experimenten uit met als doel magnetisme om te zetten in elektriciteit. En pas eind augustus 1831 gaf een ander Faraday-experiment het resultaat waarop de wetenschapper hoopte – nadat hij een elektrische stroom had ontvangen in een primaire draadwikkeling die op een ronde ijzeren kern was gewikkeld, ontdekte hij elektromagnetische inductie.
De ontdekking van Michael Faraday werd oorspronkelijk gebruikt in transformatoren, generatoren en motoren, maar werd pas 70 jaar later echt gewild – sinds het begin van de 20e eeuw vereiste het tempo van de industriële ontwikkeling nieuwe methoden voor het smelten van metalen in een werkplaats. En de eerste inductiesmelter werd in 1927 geopend in Sheffield, Engeland.
In de jaren 80 van de twintigste eeuw werden inductieketels gemaakt, die werden gebruikt voor verwarming in industriële ondernemingen, ook in de USSR: het eerste type verbruikte stroom met een frequentie van 50 Hz, het tweede – met een frequentie van 1 kHz en hoger. De afmetingen en het gewicht van industriële inductieketels zijn behoorlijk indrukwekkend, het koelmiddel erin circuleert door een secundaire wikkeling van pijpen die bovenop een metalen kern met een primaire wikkeling is geplaatst. Seriemodellen van inductieketels bedoeld voor huishoudelijke verwarmingssystemen en die in veel kleinere afmetingen en gewicht verschillen van industriële analogen, verschenen in Rusland in de jaren 90 van de vorige eeuw.
Opgemerkt moet worden dat de natuurkundige-uitvinder Nikolo Tesla geen directe relatie heeft met de inductieketel – behalve misschien door de ontdekking van elektrische wisselstroom.
Apparaat en werkingsprincipe
Het lichaam van een inductieketel is meerlagig – een kern met een dubbele wand, dan een laag elektrische en thermische isolatie en dan een buitenste (buitenste) behuizing. In tegenstelling tot industriële inductieketels met een cilindrische wikkeling, wordt in huishoudelijke boilers een ringkernkoperdraadwikkeling gebruikt, gemaakt tussen twee ferromagnetische stalen buizen die aan elkaar zijn gelast met een wand van meer dan 10 mm, de binnendiameter is kleiner dan de buitendiameter. Als gevolg hiervan worden een lager gewicht, een hoger rendement en kleine afmetingen van de ketel bereikt in vergelijking met industriële analogen. De binnenband met ringkernwikkeling fungeert als kern (magnetisch circuit), de binnenband is een verwarmingselement voor het koelmiddel.
De koelvloeistof, water of antivries, komt de ketel binnen via een inlaatleiding die door beide metalen leidingen is gelast. Vanwege het grote inwendige oppervlak van de binnenste buis-warmtewisselaar ontvangt de warmtedrager ongeveer 98% van de thermische energie die wordt gegenereerd door de inductieketel, en in een kortere tijd dan verwarming met verwarmingselementen, vanwege de lagere traagheid. De inductiestroom die wordt opgewekt door het hoogfrequente magnetische veld van de buitenste wikkeling naar de binnenpijp veroorzaakt verwarming van het koelmiddel, terwijl de trillingen van de wanden bij hoge frequenties voorkomen dat kalkaanslag zich ophoopt op de metalen wanden. De buitenste elektrische en warmte-isolerende laag biedt volledige bescherming tegen mogelijke elektrische stroomlekken en warmteverliezen.
Een wisselstroom onder spanning, waarvan de frequentie ongeveer 20 kHz is, wordt aan de ketel geleverd vanuit een halfgeleideromvormer. Naast de omvormer bevat het omvormerketelpakket een elektronische thermostaat (een temperatuursensor is ingebouwd in het ketellichaam) en stroomonderbrekers.
Verwarming van het koelmiddel in een inductieketel vindt plaats door de verwarming van de stalen kern door wervelstromen veroorzaakt door het elektromagnetische veld dat wordt gegenereerd door de hoogspanningsstroom. Wanneer het ketelvermogen is aangesloten, gebeurt het volgende: een hoogspanningsstroom vloeit naar de primaire ringkernwikkeling van de ketel, het resulterende elektromagnetische veld drukt de wervelstromen in het buitenoppervlak van de stalen kern, hun dichtheid neemt toe en de kernpijp warmt eerst van buitenaf en vervolgens volledig op. De warmte die door de ketel wordt gegenereerd, wordt geabsorbeerd door de warmtedrager die er doorheen circuleert en wordt afgegeven aan de verwarmingsapparaten. Het duurt ongeveer 7 minuten om de kern van een inductieketel te verwarmen tot een bedrijfstemperatuur van 75 ° C.
Inductieketel kenmerken
Dit type verwarmingsketels heeft een aantal voordelen ten opzichte van traditionele verwarmingselementen, maar heeft ook nadelen, waaronder die welke alleen specifiek zijn voor dergelijke ketels. Laten we de voor- en nadelen van inductieketels eens nader bekijken, te beginnen met de positieve eigenschappen:
- volledige afwezigheid van verwarmingselementen, evenals bewegende en zwaarbelaste elementen die tijdens het gebruik aan slijtage onderhevig zijn en periodiek moeten worden vervangen;
- het vermogen om te werken vanuit een laagspannings- en constant stroomnet, wat meestal onaanvaardbaar is voor andere soorten elektrische boilers;
- de ketelconstructie bevat geen losneembare verbindingen, d.w.z. de kans op lekkage is volledig uitgesloten;
- aanzienlijk snellere verwarming tot bedrijfstemperatuur, in vergelijking met andere soorten elektrische verwarmingsketels;
- bescherming tegen kalkaanslag *;
- hoog vuur (klasse II) en elektrische veiligheid, aangezien het verwarmingselement (kern) niet rechtstreeks elektrisch is verbonden met de inductor (primaire wikkeling) en het temperatuurverschil tussen de kern en het koelmiddel niet groter is dan 30 ° С;
- het ontwerp van de ketel vereist geen installatie van een schoorsteen;
- het is niet nodig om de inductieketel in een aparte ruimte te installeren;
- Zoals bij elke elektrische kachel is het rendement van een dergelijke ketel bijna 100%. Overigens verandert deze waarde niet in de loop van de jaren van zijn werking, in tegenstelling tot ketels met verwarmingselementen en elektrode;
- de gemiddelde levensduur is 25 jaar en meer (afhankelijk van de dikte van de metalen buizen die de ketelkern vormen) en er zijn geen onderhoudswerkzaamheden aan deze apparatuur vereist;
- stelt u in staat om bijna elke koelvloeistof in het verwarmingssysteem te gebruiken (water, antivries, olie, enz.), En zonder enige voorafgaande voorbereiding;
- vervanging van het afgewerkte koelmiddel in het verwarmingssysteem wordt eens in de 10 jaar uitgevoerd;
- absoluut geruisloze werking;
- lage inertie, wat energie bespaart door een efficiënte regeling van de werking van de ketel door middel van elektronische automatisering **. Opgemerkt moet worden dat de traagheid van inductieketels lager is dan die van verwarmingselementen, maar hoger dan die van elektrodeketels;
- de installatie van de ketel vereist geen tussenkomst van hooggekwalificeerde specialisten;
- het is toegestaan om te gebruiken voor alle gesloten verwarmingssystemen, inclusief voor “warme vloeren” en voor plintverwarming – de minimumtemperatuurdrempel voor het verwarmen van het koelmiddel is 35 ° С.
* – kalkaanslag op de binnenoppervlakken van de kernbuis wordt niet gevormd door het kleine temperatuurverschil tussen de verwarmer en het koelmiddel, niet meer dan 30 ° C, en door hoogfrequente trillingen veroorzaakt door wervelstromen die zoutionen afstoten van de binnenwanden van de buis.
** – elektronische regeling van de inductieketel zorgt voor minder energieverbruik door de temperatuur op een strikt gespecificeerd niveau te houden, d.w.z. wanneer deze stijgt, wordt de stroomtoevoer naar de ketel onmiddellijk uitgeschakeld en alleen hervat als de temperatuur onder de door de gebruiker opgegeven temperatuur daalt.
Opgemerkt moet worden dat de maximaal toegestane druk in een verwarmingssysteem met verwarming van het koelmiddel uit een inductieketel niet hoger mag zijn dan 0,3 MPa.
Nadelen van inductieketels:
- aanzienlijke omvang en gewicht. Een enkelfasige ketel met een vermogen van 2,5 kW, een hoogte van 450 mm en een diameter van 121 mm weegt bijvoorbeeld 23 kg;
- hoge kosten – vanaf 30.000 roebel. en hoger. Gedeeltelijk is de prijs van inductieketels te wijten aan de aanwezigheid van een inverterstarter in het besturingssysteem, die op zichzelf niet goedkoop is;
- installatie alleen in gesloten verwarmingssystemen;
- tijdens bedrijf wordt, afhankelijk van het vermogen van de ketel, interferentie gegenereerd in het langegolf-, middengolf- en VHF-radiobereik op een afstand van enkele meters van de locatie, die niet volledig kan worden afgeschermd. Dit heeft echter geen effect op het menselijk lichaam, alleen huisdieren (honden, katten) kunnen ze voelen..
Hoe een inductieketel te installeren
Installatie van dergelijke ketels is alleen toegestaan in een gesloten verwarmingssysteem dat is uitgerust met een geforceerde circulatiepomp en een expansomat-expansievat. De inductieketel is strikt verticaal geplaatst, de retourleiding van het verwarmingscircuit is verbonden met de inlaatleiding (afhankelijk van het model, onderaan of aan de zijkant, in het onderste deel van het lichaam), en de toevoerleiding is verbonden met de uitlaatpijp (aan de bovenkant van het lichaam of van bovenaf). De inductieketel is aan de muur bevestigd met bevestigingsmiddelen die zijn eigen gewicht kunnen dragen en het gewicht van het verwarmingsmedium dat de ketel tijdens bedrijf vult. De afstand van het ketellichaam tot een nabijgelegen object, muren, plafond en vloer moet aan de zijkanten minimaal 300 mm bedragen, minimaal 800 mm – van onderen en van boven.
Bij installatiewerkzaamheden moet de inductieketel worden geaard. Omsnoeren met metalen buizen is niet vereist, u kunt de metaal-kunststof buizen van het circuit rechtstreeks op de boilermondstukken aansluiten. Een veiligheidsgroep is ingebouwd in het gedeelte van de pijpleiding dat zich nabij de uitlaat van de ketel bevindt – een manometer, een automatische ontluchter en een explosieve klep. De afsluiters kunnen in het verwarmingscircuit worden geïnstalleerd na de plaatsingspunten van de veiligheidsgroep, de expansomattank – in het retourgedeelte. Na het punt waar de expansomat is geplaatst en voordat de retourleiding in de inductieketel wordt geleid, worden achtereenvolgens een bezinkfilter, een grofmazig filter, een circulatiepomp en een stromingssensor in het circuit ingebouwd (hiermee kunt u de stroom van het koelmiddel langs het retourcircuit regelen, de stroom naar de ketel). Het regelsysteem van de inductieketel is geïnstalleerd in overeenstemming met de regels van de PUE en is aangesloten op de ketel in overeenstemming met de schema’s in het technisch paspoort.
Hoe een inductieketel te kiezen
Op de Russische markt zijn er voornamelijk een- en driefasige inductieketels van twee binnenlandse fabrikanten – LLC “Alternative Energy” (merk “VIN”) en CJSC “NPK” INERA “(merk” SAV “), met een capaciteit van 2,5 tot 7 kW ( eenfasig) en van 7 tot 60 kW (driefasig).
Naast de verplichte elementen die zijn uitgerust met een verwarmingssysteem met een inductieketel en om de bediening ervan te vergemakkelijken, is het toegestaan om te voltooien met een elektronische programmeereenheid voor ketelbedrijfsmodi gedurende een week of een programmeur waarmee u de werking van het verwarmingssysteem op afstand kunt regelen via een GSM-kanaal.
Aangezien het vermogen van inductieketels in de loop van de jaren niet afneemt, wordt de selectie van het vereiste model gemaakt met een verhouding van 60 W per m2 te verwarmen gebied. Bijvoorbeeld voor panden met een totale oppervlakte van 20 m2 je hebt een cv-ketel nodig met een vermogen van 3 kW. Om het vereiste ketelvermogen in relatie tot een specifiek gebouw nauwkeurig te berekenen, is het noodzakelijk om specialisten in te schakelen die de mate van isolatie van het gebouw erin zullen beoordelen..
De garantietermijn voor inductieketels is 3 jaar voor de ketel zelf en een jaar voor de elektrische uitrusting van de kast waarmee deze is voltooid. Het bepalende moment in de duur van de probleemloze werking van dergelijke ketels is de dikte van de stalen binnenste buiskern – hoe dikker de wand, hoe langer deze corrosieve processen kan weerstaan. De optimale wanddikte van de kernbuis is 10 mm.
Het gemak van het gebruik van elektrische inductieketels ligt ook in de mogelijkheid om de optimale temperatuur te behouden in gebouwen die van tijd tot tijd door de eigenaren worden bezocht. In dit geval is een bijzonder krachtig model niet nodig, omdat zelfs een ketel van 6 kW de temperatuur in een huis met een oppervlakte van bijvoorbeeld 120 m kan handhaven2 op het niveau van 12-15 ° С. En aangezien er meestal een open haard in een chalet is, kunt u door deze te smelten gemakkelijk en snel de temperatuur verhogen die door de inductieketel wordt gehandhaafd tot een comfortabel niveau, wat onmogelijk zou zijn in een onverwarmd gebouw.
Wat maakt de inductieketel tot de beste bron van elektrische warmte voor verwarmingssystemen?