Индукционный котел отопления своими руками: теоретическая база и практическое воплощение

Содержание

• 1 Что это такое
• 2 Достоинства индукционной схемы
  • 2.1 Долговечность
  • 2.2 Экономичность
• 3 Очумелые ручки
  • 3.1 Корпус
  • 3.2 Обмотка
  • 3.3 Сердечник
  • 3.4 Преобразователь питания
• 4 Расходы
• 5 Заключение

Дает ли индукционная схема нагрева теплоносителя какие-то реальные преимущества? Насколько она экономична по сравнению с ТЭНами? Как устроен индукционный котел? Трубно ли собрать его самостоятельно? Попробуем ответить на эти вопросы.

На фото — самодельный индукционный котел.

Что это такое

Суть явления электромагнитной индукции, открытой Майклом Фарадеем в 1831 году — в том, что в помещенном в магнитное поле проводнике возбуждается электрический ток. Эффект, в частности, лег в основу принципа работы любого современного трансформатора.

Если намотать на ферромагнитный сердечник две изолированные обмотки и подать на одну из них, скажем, 220 вольт, то на второй возникнет напряжение, относящееся к этим 220 вольтам так же, как количество витков вторичной обмотки относится к количеству витков первичной.

С обмоток трансформатора можно снять напряжение с необходимыми характеристиками и использовать его для работы электродвигателя или электроники. А что, если в генерирующую вихревые токи обмотку поместить не подключенный ни к чему ферромагнетик?

Очевидно, возникающая ЭДС (электродвижущая сила) полностью преобразуется в кинетическую энергию движения его молекул. Проще говоря — в нагрев.

Пойдем далее. Что, если поместить ферромагнитный сердечник в поток воды, движущейся в замкнутом контуре? Очевидно, вода станет охлаждать его и нагреваться сама.

Принципиальная схема индукционного котла.

Таким образом, на выходе мы получим готовый электрический котел для отопления дачи.

Стоит лишь решить несколько технических проблем:

• Подобрать сердечник из некорродирующего материала.
• Изолировать его от катушки, обеспечив при этом герметичность конструкции.
• Сделать так, чтобы сама катушка не перегревалась при прохождении через нее больших токов.

Достоинства индукционной схемы

Как правило, цена индукционных котлов заводского изготовления в среднем заметно выше, чем у ТЭНовых аналогов, и начинается от 20-25 тысяч рублей при 4-киловаттной мощности устройства.

Чтобы не быть голословными, приведем параметры нескольких устройств, присутствующих на российском рынке.

Модель Электрическая мощность, Вт Стоимость, рубли Производитель Площадь обогрева ВИН-5 4250 27000 Россия 60-150 Индикатор 4000 18000 Украина 200 Эдисон-5 5000 35000 Европа 100-120 ИНЭРА SAV 4500 30000 Россия 50-80

В качестве обоснования более высокой стоимости производители и продавцы приводят два аргумента:

Индукционный котел более долговечен по сравнению с ТЭНовым аналогом.

Он обеспечивает значительную (до 40-50%) экономию электричества, что позволит затратам быстро окупиться.

Эта табличка предлагает сравнить расходы в случае использования котлов разных конструкций. Не спешите верить ей.

Давайте попробуем оценить правдивость обоих утверждений.

Долговечность

Утверждения о том, что индукционная конструкция исключительно отказоустойчива и долговечна — абсолютная правда.

Причины?

• В котле нет движущихся частей. Раз так — полностью отсутствует механический износ конструкции.
• Он избавлен от основной проблемы ТЭНов — известкования нагревательных элементов. Известковая накипь постепенно теплоизолирует трубчатые нагреватели и приводит к их перегреву.

Экономичность

Давайте вспомним основы физики.

• С точки зрения сэра Исаака Ньютона, энергия никуда не девается и ниоткуда не берется. Вечный двигатель невозможен; для нагрева фиксированного объема воздуха на 10 градусов нужно потратить строго определенное количество тепловой энергии вне зависимости от конструкции нагревателя.

Сэр Ньютон не верил в чудеса.

• При любых преобразованиях энергии любого типа она, в конечном счете, либо совершает физическую работу (то есть перемещает обладающий ненулевой массой объект против вектора гравитации), либо используется для нагрева окружающей среды.

Таким образом, единственное, чем можно было бы в теории объяснить якобы более высокую эффективность индукционного котла — меньшее рассеивание тепла в окружающей среде.

Этот аргумент не выдерживает никакой критики:

При установке котла в отапливаемом помещении тепло, не поглощенное теплоносителем, все равно расходуется на обогрев.

Выделяющееся на обмотке тепло расходуется на обогрев дома.

На 50% меньшие теплопотери при сопоставимой или худшей теплоизоляции корпуса котла выглядят, мягко говоря, сомнительно.

Выводы очевидны:

• Рыночная стоимость индукционных устройств неправомерно завышена.
• Их экономичность — как говорил один из героев Булгакова, типичный случай так называемого вранья. Электрическая мощность прибора подбирается из расчета стандартных 40 ватт на кубометр отапливаемого помещения. Попытка обогреть 4-киловаттным прибором 200-метровый дом приведет лишь к осознанию недавним покупателем того, что он был слишком наивен.

Вы в самом деле поверили в нарушение закона сохранения энергии?

Очумелые ручки

Несмотря на нагромождения дезинформации, сама по себе индукционная схема более чем имеет право на жизнь. Завышенная рыночная стоимость вполне закономерно приводит к мысли изготавливать индукционные котлы отопления своими руками. Как это сделать?

Корпус

Он должен быть:

• Диэлектрическим.
• Достаточно прочным.
• Позволяющим герметично подключить его к отопительному контуру.

Самое простое и очевидное решение — полипропиленовая труба диаметром 40 миллиметров. В идеале — с армированием фиброй, которая весьма положительно повлияет на прочностные качества корпуса.

Армированная фиброй полипропиленовая труба.

Обмотка

Для того, чтобы изолировать нагревающуюся при подаче питания катушку индуктивности от термопластичного полипропилена, поверх корпуса желательно наклеить несколько текстолитовых полосок. Чем клеить? Самое простое и очевидное решение — силиконовый герметик: он обладает приемлемой адгезией к пластикам и прекрасно переносит умеренный нагрев.

Сама катушка наматывается медным эмалированным проводом диаметром около 1,5 миллиметров (сечение 2,25 мм2). Общая длина обмотки должна составлять 10-15 метров. Витки лучше накладывать с небольшим постоянным зазором.

Намотанная по текстолиту катушка.

Сердечник

Каким он должен быть?

• Проводящим. Вихревые токи не будут наводиться в диэлектрике.
• Ферромагнитным. Диамагнетик не станет взаимодействовать с электромагнитным полем.
• Нержавеющим. Коррозия в замкнутом контуре отопления нам явно ни к чему.

Вот несколько возможных решений.

• Винтовой шнек, плотно входящий в трубу. Двигаясь по канавкам в нем, вода будет отбирать максимум тепла.
• Рубленая нержавеющая проволока. Она не очень удобна тем, что импровизированный котел придется ограничить с обеих сторон металлической сеткой.
• Скатанные из нихромовой проволоки «ежики», плотно вставленные в трубу.
• Наконец, самая простая инструкция: аналогичным образом в трубе можно разместить металлические (нержавеющие) мочалки для посуды.

Мочалка из нержавеющей стружки вполне может стать нагревательным элементом для котла.

После того, как сердечник занял свое место, котел снабжается с обеих сторон переходниками с полипропилена диаметром 40 мм на резьбы ДУ20 или ДУ25. Они не дадут выпасть сердечнику и позволят монтировать котел в любой контур, оставив соединения разборными.

Преобразователь питания

Что будет, если просто подключить намотанную нами катушку индуктивности к розетке?

Давайте выполним несложный расчет.

• Удельное сопротивление медного проводника при +20С равно 0,175 Ом*мм2/м.
• При сечении в 2,25 мм и длине 10 метров полное сопротивление катушки будет равным 0,175/2,25*10=0,7 Ома.
• Следовательно, при подаче на проводник 220 вольт через него потечет ток в 220/0,7=314 А.

Результат немного предсказуем: при подаче тока в 10 с лишним раз выше расчетного наш проводник попросту расплавится.

Очевидное решение — снизить напряжение питания. Преобразователь должен быть достаточно мощным, чтобы отдать как минимум 2,5 — 3 киловатта.

Готовым преобразователем такой мощности может стать сварочный инвертор с регулировкой тока. Регулировка не только убережет обмотку от перегрева, но и позволит плавно регулировать эффективную мощность отопительного котла. При выходном напряжении инвертора в 80 вольт максимальная безопасная для температуры обмотки мощность составит около 2 КВт.

Для наших целей подойдет самый недорогой прибор: потребность в токе не превысит 30 ампер.

Расходы

Из сколь-нибудь существенных затрат стоит упомянуть разве что сварочный инвертор (от 6000 рублей) и паяльник для полипропилена (от 1000 рублей). Еще максимум в 1000 уложатся все прочие покупки.

Заключение

Надеемся, что читателю пригодятся наши рекомендации. В приложенном к статье видео можно найти дополнительную информацию о самостоятельном изготовлении индукционного котла. Успехов!