Снижение КПД электрокотла
Еще один аргумент при сравнении – индукционный котел в период эксплуатации не теряет своей первоначальной мощности. А вот у тэна из-за образования накипи, это происходит в порядке вещей. 
Даже иногда приводятся расчеты, согласно которым, в течение всего одного года, мощность тэнового уменьшается на 15-20%. А значит, снижается и его КПД.
Давайте разберем это поподробнее.
Практически у любого электрического котла КПД превышает 98%. И даже котлы, работающие на токах сверхвысоких частот от 25кГц и выше, что могут для вас изменить? Добавить лишних полтора процента, но при этом подскочить в цене на 100%?!
Что касается отложений на элементе ТЭНа, то они действительно присутствуют.
В системах водоснабжения в бойлерах прямого нагрева, на рабочий элемент осаждается некая ”накипь”. Она на самом деле постепенно препятствует быстрому прогреву воды. 
А что происходит там, где нет постоянной подпитки примесей? На ТЭНе может осесть небольшой слой отложений, однако:
этот слой не достаточно толстый
он никоим образом не препятствует передаче тепла
Для примера, пусть на чистой поверхности греющего элемента, теплообмен условно происходит при t=60 градусов. Как только эта поверхность загрязнится отложениями, теплообмен никуда не исчезнет, а начнет происходить при больших градусах, допустим 75-80С.А соответственно, свое изначальное КПД, котел никоим образом не теряет.
То есть фактически, и на чистом элементе нагрева и на грязном, происходит передача одинакового количества энергии, только при других температурах.
Как сделать индукционный котел отопления своими руками для отопления дома
«Индукционники» различной производительности в свободном доступе представлены на рынке климатической техники, но стоимость их существенно завышена. Это вынуждает умельцев собирать отопители из доступных компонентов. Чтобы не паять сложные электронные схемы, делают индукционные котлы отопления своими руками из инверторов, сварочного аппарата или кухонных плит, работающих на принципе индукции.
Из индукционной плитки
Обычный кухонный прибор можно использовать для создания электрокотла. У мастера есть 2 способа, как реализовать проект. Тем, кто не хочет вникать в тонкости процесса и создавать сложные конструкции, подойдет использование электроприбора по прямому назначению. Для этого на него устанавливают закрытую нагревательную емкость со входным и выходным патрубками. Последние подключают к отопительному контуру, а нагрев будет происходить аналогично кипячению воды в кастрюле.
Второй способ более сложен в реализации. Для этого придется прибор полностью разобрать и извлечь необходимые элементы. Мастеру понадобятся медный сердечник для изготовления катушки и блок управления для питания силовой части. Однако такой прием имеет несколько недостатков:
- Подбор величины индукции самодельной конструкции. Мастеру понадобится опытным путем определить количество витков, соответствующее оптимальному. Только в этом случае работа будет максимально эффективной.
- Несоответствие системы управления. Контроллер плитки не рассчитан на работу в составе котловой автоматики. Он будет по времени отключать нагрев, даже если теплоноситель не достиг заданной температуры.
Из инвертора
Преобразователь постоянного напряжения в переменное может служить источником высокочастотного сигнала для сборки «индукционника». Прибор подбирают или изготавливают соответствующей мощности, способной генерировать достаточное количество тепла. Мастеру также понадобится первичная катушка и блок конденсаторов.
Обмотку изготавливают из медной трубы или проволоки в керамической изоляции. В первом случае по катушке можно пустить воду для охлаждения и дополнительного отбора тепла. Элемент сворачивают вокруг цилиндра подходящего диаметра. В зависимости от мощности прибора понадобится не менее 5-6 витков. Края катушки подключают к блоку конденсаторов и инвертору напряжения.
С питанием от сварочного аппарата
Функцию частотного генератора может выполнять современный сварочный агрегат. Он способен генерировать ток с частотой 20-50 кГц, что отлично подходит для создания «индукционника». Последовательность изготовления:
- К отрезку пластиковой трубы диаметром 2 дюйма и длиной 0,6 м приклеивают полоски текстолита, на которые наматывают обмотку из 50-100 витков медной проволоки в эмалевой изоляции. Между отдельными кольцами оставляют не менее 5 мм.
- В трубу насыпают куски нержавеющей проволоки.
- С двух концов припаивают полипропиленовые переходники размером, соответствующим присоединительным фитингам отопительного контура.
- Обмазывают катушку эпоксидкой для обеспечения надежной электроизоляции.
- Края обмотки подключают к выводам сварочного инвертора. Их необходимо сделать самостоятельно, подключив проводники в точки, где напряжение еще не выпрямлено.
- Все элементы устанавливают в шкаф, который закрепляют на стене. Выполняют все необходимые подключения.
Для автоматизации процесса нагрева можно подключить сварочный аппарат через силовое реле или контактор, управляемые термостатом. Такая связка позволит включать и отключать агрегат при достижении заданных температур.
Достоинства индукционных котлов отопления
Индукционные котлы обладают многими абсолютными и сравнительными достоинствами, включая следующие:
- самый высокий КПД среди всех электрокотлов;
- неизменность энергетических характеристик;
- минимальные требования к теплоносителю;
- повышенная надежность;
- рекордно долгий срок службы;
- способность работать автономно;
- простой монтаж без системы вентиляции;
- автоматическая система управления;
- нет нужды в доставке и хранении топлива:
- нагрев теплоносителя до 95 градусов;
- высокий уровень безопасности.
Прибор преобразует электрическую энергию в тепловую с коэффициентом полезного действия 98-99%. Чтобы нагреть теплоноситель требуется 7-10 минут. Простая конструкция, в которой нет движущихся механических частей, стальные сплавы, используемые в качестве материалов изготовления, делают индукционные котлы рекордно долговечными.
Вывести из строя такое оборудование может только повреждение электроизоляции. Но как показывает практика эксплуатации трансформаторов, которые по своей конструкции во многом схожи с индукционными котлами, они действительно способны прослужить многие десятки лет.
По заверениям производителей, агрегаты, работающие за счет эффекта электромагнитной индукции, обеспечивают бесперебойный обогрев помещений на протяжении 100 тысяч часов, то есть 30 отопительных сезонов. При этом их мощность со временем не снижается, чего нельзя сказать про электродные и обычные тэновые котлы.
Индукционные котлы могут использоваться как в качестве основного, так и в качестве дополнительного оборудования. К примеру, готовить теплоноситель для нерегулярно используемой системы теплый пол
Те же причины, которые определяют долговечность и повышенную надежность индукционных нагревателей, одновременно снижают стоимость эксплуатации. Индукционный котел не нуждается в регулярном сервисном обслуживании и ремонте, что экономит средства.
По сравнению со многими другими видами топлива, использование электроэнергии для обогрева домов остается наиболее выгодным. Особенно это касается негазифицированных населенных пунктов.
Конструкция сертифицированного индукционного котла предотвращает короткие замыкания. Производители заявляют, что любая модель имеет наивысший класс электробезопасности. Не следует путать индукционный котел и с СВЧ-печью, так как для его работы используется другая частота электротока.
Нагревание теплоносителя в индукционном котле происходит равномерно – перепад температур в системе не больше 30°С. То есть локальные перегревы, способные привести к возгоранию, отсутствуют, что делает такие агрегаты пожаробезопасными.
Благодаря омагничиванию теплоносителя, мелкой вибрации, незаметной для окружающих и турбулентным завихрениям, в индукционных котлах практически не образуется минеральных отложений, что благоприятно сказывается на эффективности. Напомним, что толстый слой накипи замедляет скорость и эффективность нагрева теплоносителя.
Для наращивания мощности может использовать каскад из трех и более индукционных котлов с общим шкафом управления. Такое решение поможет обогреть двухэтажный особняк
Если соблюдать указанные в инструкции правила эксплуатации, то после монтажа и установки температурного режима о котле можно не вспоминать на протяжении всего отопительного сезона. В отличие от твердотопливных «собратьев», индукционные приборы не требуют регулярной загрузки дров и угля и удаления золы. Не требуется чистка труб, что отличает их от других типов электрокотлов.
Сам котел и дополнительное оборудование к нему занимает немного места и может быть установлено в помещении небольшой площади. Компоненты системы управления позволяют использовать индукционные котлы в одной связки с другим климатическим оборудованием.
Индукционные котлы можно интегрировать в интеллектуальную систему управления домашним оборудованием, именуемой “Умный дом”
Варианты самодельных устройств
На просторах интернета размещено достаточное количество разнообразных конструкций, создаваемых для различных целей. Взять индукционный малогабаритный нагреватель, сделанный из компьютерного блока питания 250—500 Вт. Модель, показанная на фото, пригодится мастеру в гараже или автосервисе для плавки стержней из алюминия, меди и латуни.
Но для отопления помещений конструкция не подойдет по причине малой мощности. В интернете есть два реальных варианта, чьи испытания и работа засняты на видео:
- водонагреватель из полипропиленовой трубы с питанием от сварочного инвертора либо индукционной кухонной панели;
- стальной котел с нагревом от той же варочной панели.
Теперь давайте подробнее разберем, как делаются индукционные нагреватели своими руками, а главное, — как они потом функционируют.
Изготавливаем нагревательный элемент из трубы
Если вы плотно занимались поиском информации по данной теме, то наверняка столкнулись с этой конструкцией, поскольку мастер выложил ее сборку на популярном видеоресурсе YouTube. После чего многие сайты разместили текстовые версии изготовления этого индуктора в виде пошаговых инструкций. Вкратце нагреватель делается так:
- Внутрь трубы из полипропилена диаметром 40 мм и длиной 50 см наталкиваются металлические ершики для мытья посуды (можно рубленую проволоку — катанку). Они должны притягиваться магнитом.
- К трубе припаиваются отводы с резьбами для подключения к отопительной сети.
- Снаружи вдоль корпуса приклеиваются 4—5 стержней из текстолита. На них наматывается провод сечением 1.7—2 мм² со стеклоизоляцией, применяющийся в сварочных трансформаторах.
- Варочная панель разбирается и «родной» индуктор плоской формы демонтируется. Вместо него подключается самодельный нагреватель из трубы.
Как нетрудно догадаться, роль нагревательного элемента здесь играют металлические ершики, находящиеся в переменном магнитном поле катушки. Если запустить варочную панель на максимум, одновременно пропуская через импровизированный котел проточную воду, то ее удастся нагреть на 15—20 °С, что и показали испытания агрегата.
Поскольку мощность большинства индукционных плит лежит в пределах 2—2.5 кВт, то с помощью теплогенератора можно обогреть помещения общей площадью не более 25 м². Есть способ увеличить нагрев, подключив индуктор к сварочному аппарату, но здесь есть свои сложности:
- Инвертор выдает постоянный ток, а нужен переменный. Для подсоединения индукционного нагревателя аппарат придется разобрать и найти на схеме точки, где напряжение еще не выпрямлено.
- Нужно взять провод большего сечения и подобрать число витков путем расчета. Как вариант, медную проволоку Ø1.5 мм в эмалевой изоляции.
- Понадобится организовать охлаждение элемента.
Проверку работоспособности индуктивного водонагревателя автор демонстрирует в своем видео, представленном ниже. Испытания показали, что агрегат требует доработки, но конечный результат, к сожалению, неизвестен. Похоже, что умелец оставил проект незавершенным.
Из сварочного инвертора
Самым простым бюджетным вариантом является изготовление индукционного нагревателя, используя сварочный инвертор:
- Для этого берём полимерную трубу, стенки её должны быть толстыми. С торцов монтируем 2 вентиля и подсоединяем разводку.
- Засыпаем в трубу кусочки (диаметр 5 мм) металлической проволоки и монтируем верхний вентиль.
- Далее, делаем 90 витков вокруг трубы медной проволокой, получаем индуктор. Нагревательным элементом является труба, генератором используем сварочный аппарат.
- Прибор должен стоять в режиме переменного тока с высокой частотой.
- Подсоединяем медную проволоку к полюсам сварочного аппарата и проверяем работу.
Работая индуктором, будет излучаться магнитное поле, при этом, вихревые токи будут раскалять рубленую проволоку, что приведёт к закипанию воды в полимерной трубе .
Особенности эксплуатации
Самодельная сборка нагревателя – это лишь половина дела
Не менее важное значение имеет правильная эксплуатация получившейся конструкции. Изначально, каждый такой прибор представляет определенную опасность, поскольку он не способен самостоятельно контролировать уровень нагрева теплоносителя. В связи с этим, каждому нагревателю требуется определенная доработка, то есть установка и подключение дополнительных контрольных и автоматических устройств
В связи с этим, каждому нагревателю требуется определенная доработка, то есть установка и подключение дополнительных контрольных и автоматических устройств
В связи с этим, каждому нагревателю требуется определенная доработка, то есть установка и подключение дополнительных контрольных и автоматических устройств.
В первую очередь выход трубы оборудуется стандартным набором устройств, обеспечивающих безопасность – предохранительным клапаном, манометром и приспособлением для отвода воздуха. Следует помнить, что индукционные водонагреватели будут нормально работать лишь при наличии принудительной циркуляции воды. Самотечная схема очень быстро приведет к перегреву элемента и разрушению пластиковой трубы.
Во избежание подобных ситуаций, в нагревателе устанавливается термостат, подсоединенный к устройству аварийного отключения. Опытные электротехники используют для этих целей терморегуляторы с температурными датчиками и реле, отключающие цепь при достижении теплоносителем заданной температуры.
Самодельные конструкции отличаются довольно низкой эффективностью, поскольку вместо свободного прохода, на пути воды имеется препятствие в виде частиц проволоки. Они почти полностью перекрывают трубу, вызывая повышенное гидравлическое сопротивление. При нештатных ситуациях возможны повреждения и разрыв пластика, после чего горячая вода непременно приведет к короткому замыканию. Обычно такие нагреватели используются в небольших помещениях, в качестве дополнительной системы отопления в холодное время года.
Использование индукционных катушек вместо традиционных ТЭН в отопительном оборудовании позволило значительно увеличить КПД агрегатов при меньшем потреблении электроэнергии. Индукционные нагреватели появились в продаже относительно недавно, к тому же по достаточно высоким ценам. Поэтому народные умельцы не оставили эту тему без внимания и придумали, как сделать индукционный нагреватель из сварочного инвертора.
Особенности эксплуатации самоделки
При благополучной сборке индукционного устройства нужно научиться правильно его использовать. Каждая система представляет опасность, т.к. не умеет автоматически регулировать интенсивность нагрева теплоносителя. Проблема решается посредством некоторых доработок, которые сводятся к монтажу и подсоединению дополнительных механизмов.
Индукционная катушка
Рабочая катушка состоит из проволоки диаметром 3.3 мм. Рекомендуется изготавливать ее из медной трубы, в которую можно интегрировать примитивный контур охлаждения. В процессе работы катушка подвергается интенсивного нагреву. Поэтому нужно собирать ее из устойчивых к температурному воздействию материалов.
Индукционная катушка должна быть из материалов, устойчивых к температурному воздействию.
Модуль резонансного конденсатора
Для сборки резонансного конденсатора, который напоминает небольшую батарею, нужно использовать 23 небольших конденсатора. Емкость детали составит 2,3 мкФ. Допускается применение конденсаторов емкостью 100 нФ.
Такие типы не предназначаются для схемы индукционного нагревателя, но они хорошо справляются со своей задачей.
Установка индукционного нагревателя
Чтобы исключить перегрев индукционного нагревателя и деформацию трубы из пластика, нужно предусмотреть термостат и подключить его к системе аварийного отключения.
Особенности вихревого индукционного котла
С принципом работы индукционного отопительного прибора мы уже знакомы. Существует его разновидность: вихревой индукционный котел или ВИН, действующий несколько иначе.
Отличительные черты ВИН
Как и индукционный аналог, он работает от высокочастотного напряжения, поэтому обязательно оборудуется инвертором. Особенность ВИН устройства заключается в том, что вторичная обмотка у него отсутствует.
Ее роль выполняют все металлические детали прибора. Их обязательно изготавливают из материалов, которые проявляют ферромагнитные свойства. Таким образом, когда на первичную обмотку устройства поступает ток, резко возрастает напряженность электромагнитного поля.
Оно в свою очередь генерирует ток, сила которого стремительно увеличивается. Вихревые токи провоцируют перемагничивание, в результате которого все ферромагнитные поверхности очень быстро, почти мгновенно, разогреваются.
Вихревые устройства достаточно компактны, но за счет использования металла, их вес велик. Это дает дополнительное преимущество, поскольку все массивные элементы корпуса принимают участие в теплообмене. Таким образом КПД агрегата приближается к 100%.
Эту особенность устройства нужно учитывать, если принято решение самостоятельно изготовить котел ВИН. Он может быть выполнен только из металла, пластик использоваться не должен.
Основное отличие вихревого индукционного котла заключается в том, что его корпус выступает в роли вторичной обмотки. Поэтому его всегда изготавливают из металла
Как собрать вихревое индукционное устройство?
Как мы уже знаем, такой котел отличается от своего индукционного аналога, однако, изготовить его самостоятельно так же несложно. Правда, теперь понадобятся навыки сварочных работ, ведь устройство должно быть собрано только из металлических деталей.
Для работы понадобится:
- Два одинаковых по длине отрезка металлической толстостенной трубы. Их диаметры должны быть разными, так, чтобы одну деталь можно было поместить в другую.
- Обмоточная (эмалированная) проволока из меди.
- Трехфазный инвертор, можно от сварочного аппарата, но максимально мощный.
- Кожух для теплоизоляции котла.
Теперь можно приступать к работе. Начинаем с изготовления корпуса будущего котла. Берем трубу большего диаметра и вставляем внутрь вторую деталь. Их нужно вварить одну в другую так, чтобы между стенками элементов осталось некоторое расстояние.
Получившаяся деталь в разрезе будет напоминать баранку. В качестве основания и крышки корпуса используется стальной лист толщиной не менее 5 мм.
В результате получаем полый бак цилиндрической формы. Теперь нужно врезать в его стенки патрубки под трубы подачи холодной и отводе горячей жидкости. Конфигурация патрубка и его диаметр зависят от труб отопительной системы, возможно, дополнительно понадобятся переходники.
После этого можно приступать к намотке проволоки. Она аккуратно, под достаточным натяжением наматывается на корпус котла.
Принципиальная схема самодельного индукционного котла вихревого типа
Собственно, нагревательным элементом будет служить намотанная проволока, поэтому корпус прибора желательно закрыть теплоизоляционным кожухом. Так удастся сохранить максимум тепла и, соответственно, увеличить КПД устройства и сделать его безопасным.
Теперь нужно врезать котел в отопительную систему. Для этого теплоноситель сливается, отрезается нужный по длине участок трубы и на его место вваривается прибор.
Осталось только запитать отопительный прибор и не забыть подключить к нему инвертор. Устройство готово к эксплуатации. Но прежде, чем провести испытания, нужно заполнить магистраль теплоносителем.
Вы не знаете, какой теплоноситель выбрать для заполнения контура? Рекомендуем ознакомиться с характеристиками различных теплоносителей и рекомендациями по выбору оптимального типа жидкости для отопительного контура.
Только после закачки теплоносителя в систему проводить пробный пуск.
Сначала нужно запустить прибор на минимальной мощности и внимательно отследить качество сварных швов. Если все в порядке, мощность увеличиваем до максимума.
На нашем сайте есть еще одна инструкция по изготовлению индукционного прибора, который можно использовать для подогрева теплоносителя в системе отопления. Чтобы ознакомиться с процессом сборки индукционного нагревателя, переходите по этой ссылке.
https://youtube.com/watch?v=RLev9e9Ydjc
Конструкция и принцип работы
Электрокотлы имеют довольно простую конструкцию. Все устройства оборудованы нагревательным элементом и ёмкостью для проводника тепла. По типу нагревательного элемента электрокотлы разделяются на:
- устройства с тэнами (трубчатыми нагревателями);
- индукционные котлы;
- приборы с электродными нагревателями.
Электрокотлы классифицируются на 3 вида Читать подробнее: индукционный котел отопления своими руками.
Передвигаться теплоноситель по системе может в принудительном порядке с помощью установки дополнительного оборудования (насосов). Также для этой цели могут использоваться элементарные законы физики и сила земной гравитации. При автоматической циркуляции насос устанавливается на входе обратки.
Устройство с тепловым электронагревателем
Такие устройства считаются самыми популярными благодаря простой конструкции и небольшой стоимости. ТЭН (нагревательный элемент) устанавливается в ёмкость, где и прогревается проводник тепла до нужной температуры. При прохождении тока по спирали тэна она нагревается до высокой температуры, благодаря чему и происходит нагрев жидкости.
Нагревательный элемент защищён от перегревания, так как вода постоянно циркулирует и охлаждает его. Чтобы поддерживать постоянный уровень температуры проводника тепла, устанавливается термостат, который отключает тэн в случае превышения установленной температуры. Включается аппарат снова, когда показатели будут уменьшены до минимальных.
Электрический котёл для отопления своими руками сделать несложно, если сравнивать его изготовление с другими видами отопительного оборудования. Он не будет обладать достоинствами покупных аналогов, но всё же возложенную на него функцию выполнит.
Для самостоятельного изготовления устройства понадобятся только нагревательные трубчатые элементы и ёмкость. Но идеальным такой котёл считать не стоит, поскольку его КПД будет ниже 80%. Многое зависит и от качества тэнов, на которых образуется накипь из-за растворённых в воде солей. Зачастую она приводит к выходу оборудования из строя из-за перегрева. Как показывает практика, накипь слоем 1 мм снижает КПД на 10-15%. Но даже учитывая это, электрические конструкции для нагрева помещений пользуются большой популярностью.
КПД такого устройства будет далек от 100%
Индукционные аппараты
Такие устройства, в отличие от тэновых моделей, имеют КПД, приближённый к 100%. К тому же они долговечны. Срок их службы составляет около 25-35 лет, при этом дополнительно они могут выполнять функцию бойлера, нагревая воду. Благодаря преобразованию энергии практически без потерь котлы индукционного типа имеют самую высокую энергоэффективность.
Тем не менее такой тип оборудования не стал популярным у домашних мастеров, поскольку индукционный самодельный электрокотел для отопления дома сделать очень сложно. Связано это с необходимостью использования электронных преобразователей напряжения.
Конструкция такого устройства состоит из катушки (индуктора), которая установлена на металлический сердечник. Последний представляет собой змеевик из труб, по которым движется теплоноситель.
Индукционный котёл отличается от тэновых устройств тем, что площадь соприкосновения воды или антифриза с нагревательным элементом у него в несколько раз выше. Поэтому и КПД индукционных агрегатов равняется 99-100%. Накипи в них образуется в несколько раз меньше, поскольку создаются микровибрации, которые предотвращают такой процесс. Электрокотлы также имеют защиту от перегревания элекроэлемента, так как вода постоянно циркулирует.
Электродный агрегат
Конструкция на электродной основе чем-то напоминает «армейский» кипятильник. Она состоит из двух лезвий, между которыми есть зазор в 1-2 мм. В качестве теплоносителя используется вода с растворённой солью.
Электродный котёл включает в себя отрезок металлической трубы. Внутри расположен электрод, который закрыт с помощью втулок. Обязательно должно быть хорошее заземление с трубой, которое соединяют с корпусом котла.
Такой котёл имеет простую конструкцию
При подготовке теплопроводника необходимо правильно рассчитать количество соли, так как от этого показателя будет зависеть сила тока в цепи, то есть мощность устройства. Для корректировки температуры используют термостат. Также прибор оснащён автоматической системой отключения.
