Индукционное отопление дома или как Вам недоговаривают главного

Сегодня производители позиционируют индукционный котел отопления как инновационное и дорогое оборудование, которое может работать на любых площадях. Однако стоит знать, что самый простой вид прибора – катушка с проволочной обмоткой, дополненная диэлектрической трубкой со стальным внутренним стержнем. При подаче электрического тока сердечник нагревается и передает тепло на магистраль отопления. Простое устройство следует рассмотреть подробнее.

Немного теории

Сделать это устройство под силу каждому

Многие знают, что существуют индукционные кухонные плиты, но не многие знают о принципе их работы. А это очень просто – специальная катушка плиты вырабатывает магнитные поля определенной частоты, которые при воздействии с металлом, возбуждают в нём электрические вихри.

Последние в свою очередь за счёт сопротивления металла его нагревают. Так происходит нагрев кухонной посуды: кастрюль и сковород. Главное условие в этом процессе – металл с магнитными свойствами, — например, нержавейка, чугун и железо, а вот алюминий и другие цветные металлы нагреваться не будут.

Принцип действия

Принцип работы индукционной печи иллюстрирует рис. справа. В сущности она – электрический трансформатор с короткозамкнутой вторичной обмоткой:

Принцип действия индукционной печи

  • Генератор переменного напряжения G создает в индукторе L (heating coil) переменный ток I1.
  • Конденсатор С совместно с L образуют колебательный контур, настроенный на рабочую частоту, это в большинстве случаев повышает техпараметры установки.
  • Если генератор G автоколебательный, то С часто исключают из схемы, используя вместо него собственную емкость индуктора. Она у описанных ниже высокочастотных индукторов составляет несколько десятков пикофарад, что как раз соответствует рабочему диапазону частот.
  • Индуктор в соответствии с уравнениями Максвелла создает в окружающем пространстве переменное магнитное поле с напряженностью H. Магнитное поле индуктора может как замыкаться через отдельный ферромагнитный сердечник, так и существовать в свободном пространстве.
  • Магнитное поле, пронизывая помещенную в индуктор заготовку (или плавильную шихту) W, создает в ней магнитный поток Ф.
  • Ф, если W электропроводящая, индуцирует в ней вторичный ток I2, то тем же уравнениям Максвелла.
  • Если Ф достаточно массивна и цельная, то I2 замыкается внутри W, образуя вихревой ток, или ток Фуко.
  • Вихревые токи по закону Джоуля-Ленца отдает полученную им через индуктор и магнитное поле от генератора энергию, нагревая заготовку (шихту).

Электромагнитное взаимодействие с точки зрения физики достаточно сильно и обладает довольно высоким дальнодействием. Поэтому, несмотря на многоступенчатое преобразование энергии, индукционная печь способна показать в воздухе или вакууме КПД до 100%.

Примечание: в среде из неидеального диэлектрика с диэлектрической проницаемостью >1 потенциально достижимый КПД индукционных печей падает, а в среде с магнитной проницаемостью >1 добиться высокого КПД проще.

Индукционный нагреватель для плавки и закалки металла своими руками

Добрый день. Ну и хватит о добром. Начитавшись и насмотревшись на всем известный индукционный генератор по схеме ZVC драйвера, решил сделать нечто похожее для закалки небольших металлических предметов, в гаражную автомастерскую и для плавки свинца на грузила. Схема стандартная, обычный высокочастотный мультивибратор, который повторили уже сотни человек.

Схема ZVC драйвера

Стандартный вариант генератора

Усиленный вариант схемы

Но видно мне войти в их число не судьба…

Были куплены все необходимые детали — новые полевые транзисторы, новые фаст диоды и стабилитроны. Всё перед пайкой было испытано на транзистор-тестере, в том числе для определения правильной цоколёвки.

Была собрана шикарная катушка из чистой меди диаметром 5 мм. Но работать сей девайс упорно отказывался.

Подозрение пало на дросселя, которые большинство радиолюбителей рекомендует мотать на желтых порошковых кольцах от БП АТХ.

Добыча искомых и установка также оказалась безрезультативной — индукционный нагреватель металлов как не работал раньше, так и не собирался работать дальше. Подключение различных вариантов катушек совместно с конденсаторами разной емкости картину не изменили — «открывает рыба рот, но не слышно что поёт», то есть транзисторы открываются, ток тянут, а генерации не происходит…

В конце концов всё это изрядно надоело, многодневные танцы с бубном закончились, и пришлось с поклоном идти к китайцам на ихний Алиэкспресс, заказывать за 7 долларов готовый модуль генератора.

Спустя 2 недели эта штука была доставлена курьером прямо на дом и после подключения к компьютерному блоку питания на 12 В успешно заработала.

Причём она работала и от 5-ти вольт, и с маленькой штатной катушкой, и с большой самодельной, в общем генерировала мощное электромагнитное поле во всех позах (с теми же деталями и схемой). Раскаляет 3 мм штырь до красна за 20 секунд. С железкой 6 мм возится несколько минут, при этом жутко греется само (в основном транзисторы и катушка).

Читайте также:  Варианты отопления дачного дома своими руками

На что тут грешить — даже не знаю. Может конденсаторы не те, может транзисторы… В любом случае факт остается фактом: промышленная плата заработала, а самодельная нет. Так что кто хочет — может смело кинуть в меня куском канифоли, другие — посочувствовать, третьи сами попробовать собрать этот индукционник и написать в комментариях о результатах…

Как выбрать индукционный котел?

Сегодня производители предлагают большой ассортимент устройств, поэтому важно обращать внимание на определенные характеристики и основные показатели. Тщательный осмотр, чтение инструкции от производителя поможет выбрать оборудование, которое будет соответствовать всем требованиям.

Специалисты предлагают принимать в расчет следующие моменты:

  1. Безопасность теплогенератора. Чтобы минимизировать риск утечки тепла, важно обращать внимание на отсутствие прямого контакта теплоносителя с током или магнитным полем.
  2. Стабилизатор напряжения. Прибор придется докупать, но он необходим для предупреждения сбоев в сети напряжения при включении агрегата в работу.
  3. КПД. Иногда пользователь обнаруживает огромную разницу между заявленным и реальным КПД. Дело в том, что вся электроэнергия передается со 100% КПД, а потери возникают при плохом утеплении корпуса. Следует знать, что отговорки продавцов о том, что КПД снижен из-за отложений накипи, не являются правдивыми – кальциевые слои являются хорошими проводниками тепла и не могут стать причиной сниженного выхода тепловой энергии. Поэтому если продавец заявляет, что реальный коэффициент полезного действия у прибора ниже заявленного, следует поискать оборудование другого производителя. Также нельзя верить фразе об экономии в 30% при высоком КПД. Дело в том, что индукционный котел не является оборудованием газового типа, где избыточное тепло выделяется через дымовую трубу. И если экономия составляет почти треть выработки, то вопрос о том, куда будет деваться избыток тепла, даст продавцу понять, что обмануть покупателя не получится.
  4. Уровень шума, размеры, масса прибора. Если при тестировании котла он издает шум, то есть неисправность в виде кавитации насоса, перегрева или поставлен слишком узкий трубопровод. Оборудование индукционного типа должно работать очень тихо, быть легким по массе и компактным по габаритам.
  5. Прибор регулировки температуры. Кроме удобства такой элемент позволяет неплохо экономить на отоплении. Экономичность системы описана в характеристиках КИТ (коэффициент использования топлива) и никак не характеризует КПД.

На заметку! Специалисты советуют регулировать не показатель температуры подачи воды в радиатор, а уровень температуры в помещениях. Для этого пригодится комнатный выносной термостат или терморегулятор на радиаторе.

Раскрываем главный миф индукционного отопления

Последнее время уже перестали говорить, что КПД при индукционном отоплении выше, чем КПД тэнового котла 2-3 раза. Но сторонники индукционного котла утверждают, что тэновый котёл быстро теряет свои свойства и выходит из эксплуатации, потому что на нём вырастает накипь!

Утверждают, что в течение года мощность тэнового котла уменьшается на 15-20%. Так ли это на самом деле?

Да, отложения не тэне действительно присутствуют, но никогда нельзя путать систему отопления и систему водоснабжения. Например, в системе водоснабжения действительно образуется накипь, точно также, как она образуется в чайнике, который мы видим на кухне каждое утро. Никогда нам это не мешает в трудовой деятельности, мы знаем, и это не подлежит сомнению, что в чайнике вода закипает в любом случае.

Напротив, в известной для нас системе отопления примеси нечасто поступают в воду. Слой отложения очень тонкий и не является сколько-нибудь значимым препятствием для передачи тепла.

Если энергия куда-то ушла из сети, никуда она полностью не исчезает. Она превращается в абсолютное тепло и нагревается теплоноситель, который, в свою очередь, нагревается точно с одним и тем же КПД, как он нагревался раньше и как он будет нагреваться всегда. Если бы было не так, то тэн разорвало бы излишками энергии.

Как только появляется накипь, теплообмен совершается при более высокой температуре. Ни о каком снижении КПД речи быть не может, какая бы температура ни была в тэне.

Порядок сборки котла с ТЭНами своими реками

Перед тем, как сделать электрический котел своими руками, стоит позаботиться о наличии надежной линии электропитания. К обычным сетям с напряжением в 220 V и частотой в 50 Гц можно подключать лишь оборудование мощностью не более 6 кВт. Если требуется более мощный котел, для него нужно сделать трехфазную разводку и отдельный ввод.

Итак, начинаем сборку самодельного электрического котла отопления из трубы сечением 159 мм с толщиной стенки в 10 мм. Эта труба послужит корпусом котла. Для него понадобится либо изготовленная в заводских условиях полусфера сечением 159 мм и толщиной 10 мм, либо листовой металл с толщиной от 8 мм аналогичного сечения.

Свод котла, в который впоследствии будут врезаны нагревательные элементы, можно изготовить из швеллера толщиной 8 мм.

Читайте также:  Выбираем камни для бани и сауны: обзор наиболее популярных камней

В купол котла врезаем муфту сечением ¾ дюйма. В эту муфту мы будем вкручивать сливной вентиль. Кроме того, понадобится 2 патрубка сечением 1 дюйм для притока и обратки. Резьбу на патрубках можно делать как внутреннюю, так и внешнюю. Все зависит от того, с какой вам удобнее работать.

Для сброса излишнего давления нужно подготовить патрубок под врезку перепускного канала. Также вам понадобится 3 переходника, в каждый из которых будет вкручен ТЭН для электрокотла. Еще один переходник нужен будет для термодатчика. Кроме того, понадобятся держатели для автоматики.

Обратите внимание, что резьбу на патрубках и переходниках желательно нарезать сразу.

Подготовленные патрубки с резьбой, такой же, как и на ТЭНах, нужно сразу вкрутить в переходники. Это нужно, чтобы резьба во время приваривания к своду не повредилась. Для разметки мест врезки нагревательных элементов внешний диаметр трубы нужно разбить на 6 равных секторов по размеру радиуса. Затем чертим три одинаковых сектора строго под углом 120°.

На следующем этапе приступаем к резке. Закончив с разметкой, с помощью плазменного резака вырезаем отверстия под патрубки для ТЭНов. Их резку следует выполнять только по внешнему контуру. Со всеми остальными патрубками это не имеет принципиального значения.

Приступаем к сварочным работам. Патрубки сперва перехватываем в нескольких точках, чтобы их не повело. Затем проверяем точность расположения, при необходимости слегка простукиваем молотком, а затем выполняем сплошной шов. Важно, чтобы переходники для ТЭНов в электрокотле для отопления своими руками выступали над поверхностью свода котла на 1 см.

Далее необходимо убедиться, что нагревательные элементы полностью поместятся внутри корпуса электрокотла. Поэтому после наложения сплошного шва необходимо вкрутить ТЭНы в переходники.

Приступаем к вырезанию свода из швеллера. В его центре делаем отверстие для патрубка воздушного клапана, после чего привариваем сам патрубок. Сбоку делаем отверстие для термодатчика и также привариваем патрубок под него.

Все выступы, заусенцы и остатки сварочных работ необходимо тщательно зачистить с помощью болгарки. Внутренняя поверхность площадки свода должна быть идеально ровной. Патрубки для установки ТЭНов будут выступать лишь с внешней стороны на 1 см.

У нас получился довольно мощный электрокотел своими руками с 3 ТЭНами. Если вам нужен агрегат попроще, по такому же принципу его можно собрать на 1 или 2 ТЭНа.

Преимущества и недостатки индукционных котлов

Что касается достоинств оборудования, то тут можно сказать одно – единственной альтернативой по объему расходов может стать только отопление на газе. По всем остальным параметрам индукционные котлы превосходят доступные прочие системы отопления.

Рекомендуем к прочтению:Альтернативное отопление частного дома без электричества и газа

К преимуществам относят:

  • нет ограничений по типу теплоносителя;
  • сниженный риск поломок, ремонта;
  • простоту обслуживания оборудования;
  • не образуется накипь из-за наличия высокочастотных вибраций;
  • срок пользования 40 лет;
  • работа без шума;
  • нет сервисного обслуживания.

Особое устройство индукционного котла отопления гарантирует ускоренный прогрев теплоносителя – субстанция прогревается до нужных температур в течение 5 минут. Если хозяин выбирает качественный вид котла от надежного производителя, то риск утечки сведен к нулю, это агрегаты монолитного типа, поэтому утечка явно заводской брак, а такие котлы можно обменять.

Минусы тоже есть, но их мало:

  1. Требования к теплоносителю достаточно высокие, поэтому необходимо дополнить систему полипропиленовым фильтром с показателем не менее 5 мкр. Также нужно позаботиться о хороших воздухоотводчиках.
  2. Высокая вероятность завоздушивания системы из-за контакта теплоносителя с магнитным полем. Чтобы устранить проблему, на всех радиаторах следует ставить краны спуска (Маевского).

Если в доме с индукционным котлом отопления плохо работают мобильные телефоны, прерывается Wi-Fi, то это следствие магнитного поля, лучше предусмотреть установку экранирующих устройств. Массивность изделий и высокая цена агрегатов с инвертором – минусы, но они нивелируются широким списком достоинств приборов.

Как сделать индукционный котел своими руками из индукционной плитки?

Разберите нагревательный элемент и используйте медный провод для наматывания на теплообменник. Используйте блок управления плиткой для питания обмотки, выставив нужную мощность на панели управления.

Однако этот метод имеет целый ряд своих минусов:

  • Необходимость в самостоятельном расчете индуктивности вновь намотанной катушки. Не факт, что она совпадет с первоначальным значением. Прибор может выйти из строя.
  • Большинство индукционных плит оснащено функцией автоматического отключения через 2-3 часа работы. Это значит, что котел будет регулярно отключаться.
  • Мощность плиток, как правило, не превышает 2,5 кВт. По этой причине, используя детали от индукционной плиты, вы сможете изготовить только маломощный котел.

Есть и более простой способ использования индукционной плиты, не разбирая ее: установить на плитку герметично выполненный бак из нержавеющей стали с входным и выходным штуцерами и подключить к системе отопления.

Важно! Перед каждым, кто купил новый холодильник, возникает проблема: куда деть старый? На нашем портале полезных советов есть статья, которая поможет решить этот вопрос, для этого переходите по ссылке «Старый холодильник».

Индукционный электрический котёл своими руками

Простота конструкции позволяет домашним умельцам изготовить индукционный отопительный котёл вин самостоятельно. При изготовлении простейшего варианта такого нагревателя потребуется приобрести высокочастотный сварочный инвертор.

Читайте также:  2.4.6 Размещение запорно-регулирующей арматуры

Желательно, чтобы он был снабжён устройством для плавной регулировки тока. От величины сварочного тока (не менее 15 ампер) зависит мощность конструкции.

Также следует подготовить следующие материалы:

  • толстостенную пластиковую трубу, внутренний диаметр которой чуть менее 5 см;
  • проволока из нержавейки 7 мм;
  • переходники для подсоединения к отопительной системе;
  • эмалированный медный провод;
  • мелкая металлическая сетка.

Проволока нарезается на кусочки около 5 см. Затем берётся пластиковая труба, на дне которой закрепляется металлическая сетка, а затем к основанию крепится переходник. Эта труба будет выполнять одновременно две функции — станет участком трубопровода отопительной системы и основой индукционной катушки.

Внутренняя часть трубы полностью заполняется обрезками проволоки. Они послужат материалом, нагреваемым электромагнитным полем, а закреплённая сетка из металла не даст им провалиться в трубопровод. Затем на верхнюю часть пластиковой трубы также устанавливается переходник.

Схема индукционного котла

Следующим этапом работы станет изготовление катушки. Вокруг основы из пластиковой трубы, заполненной обрезками проволоки, аккуратно наматываются 90 витков подготовленного медного провода. Провод должен быть расположен в средней части трубы.

Готовое устройство устанавливается с помощью переходников в разрыв трубопровода отопительной системы. Установка производится строго вертикально.

После монтажа катушку следует соединить с высокочастотным инвертором, а отопительную систему заполнить теплоносителем. Нагревательное устройство должно быть обязательно подключено к заземлению. Теперь можно начинать пользоваться нагревательным устройством, изготовленным собственноручно.

Для предотвращения потерь тепла и более эстетичного внешнего вида следует изготовить теплоизоляционный корпус.

Также смотрите видео о том, как сделать индукционное отопление своими руками:

Если посчитать средства, затраченные на приобретение составляющих для изготовления самодельного ВИН котла, то очевидно, что его стоимость будет намного меньше готового изделия, приобретённого в магазине.

Изучение потребительского спроса на рынке котельного оборудования говорит, что большая часть покупателей, использующих для отопления жилья электроэнергию, отдают предпочтение современным индукционным котлам заводского изготовления, оборудованными различными системами безопасности, мощными и экономичными. Такая обогревательная техника нового поколения с каждым годом становится более популярной.

Мы подобрали для Вас ещё восемь полезных статей, смотрите далее.

  • Делаем своими руками септик для частного дома: пошаговая инструкция
  • Как выбрать автономную канализацию в частном доме
  • Что делать если затопили соседи сверху, куда обращаться
  • Таблица расчетов теплоотдачи радиаторов отопления
  • Как сделать разводку водопровода в частном доме своими руками
  • Как выбрать хороший очиститель воздуха от пыли для дома
  • Оборудование для колодцев: пластиковые кольца
  • Чем хороша пластиковая крышка на колодец: обзор производителей

Немного теории

При конструировании самодельной «индукционки» нужно твердо помнить: минимум потребляемой мощности не соответствует максимуму КПД, и наоборот. Минимальную мощность от сети печка возьмет при работе на основной резонансной частоте, Поз. 1 на рис. Болванка/шихта при этом (и на более низких, дорезонансных частотах) работает как один короткозамкнутый виток, а в расплаве наблюдается всего одна конвективная ячейка.

Режимы работы тигельной индукционной печи

В режиме основного резонанса в печке на 2-3 кВт можно расплавить до 0,5 кг стали, но разогрев шихты/заготовки займет до часа и более. Соответственно, общее потребление электричества от сети будет большим, а общий КПД – низким. На дорезонансных частотах – еще ниже.

Вследствие этого индукционные печи для плавки металла работают чаще всего на 2-й, 3-й и др. высших гармониках (Поз. 2 на рис.) Требуемая для разогрева/расплавления мощность при этом возрастает; для того же полкило стали на 2-й понадобится 7-8 кВт, на 3-ей 10-12 кВт. Но прогрев происходит очень быстро, за минуты или доли минут. Поэтому и КПД выходит высокий: печка не успевает «съесть» много, как расплав уже можно лить.

У печей на гармониках есть важнейшее, даже уникальное достоинство: в расплаве возникает несколько конвективных ячеек, мгновенно и тщательно его перемешивающих. Поэтому можно вести плавку в режиме т. наз. быстрой шихты, получая сплавы, которые в любых других плавильных печах выплавить принципиально невозможно.

Немного теории

Если же «задрать» частоту в 5-6 и более раз выше основной, то КПД несколько (ненамного) падает, но проявляется еще одно замечательное свойство индукционки на гармониках: поверхностный нагрев вследствие скин-эффекта, вытесняющего ЭМП к поверхности заготовки, Поз. 3 на рис. Для плавки этот режим используется редко, но для разогрева заготовок под поверхностную цементацию и закалку – милое дело. Современная техника без такого способа термообработки была бы просто невозможна.

О левитации в индукторе

А теперь проделаем фокус: накрутим первые 1-3 витка индуктора, затем перегнем трубку/шину на 180 градусов, и остальную обмотку навьем в обратном направлении (Поз 4 на рис.) Подключим к генератору, введем в индуктор тигель в шихтой, дадим ток. Дождемся расплавления, уберем тигель. Расплав в индукторе соберется в сферу, которая там останется висеть, пока не выключим генератор. Тогда – упадет вниз.

Эффект электромагнитной левитации расплава используют для очистки металлов путем зонной плавки, для получение высокоточных металлических шариков и микросфер, и т.п. Но для надлежащего результата плавку нужно вести в высоком вакууме, поэтому здесь о левитации в индукторе упомянуто только для сведения.