Indukcyjne kotły grzewcze: rodzaje, przegląd zalet i wad, jak wybrać dobry model

Na rynku urządzeń gospodarstwa domowego indukcyjny kocioł grzewczy pozostaje nowością, chociaż popularność takiego innowacyjnego rozwiązania gwałtownie rośnie. Wśród kotłów elektrycznych udział modeli indukcyjnych wynosi około 30%. Czym różni się ten agregat od swoich konkurentów z zwykłymi grzałkami lub elektrodami?

Opowiemy wszystko o zasadzie działania i unikalnych zaletach urządzenia, którego praca opiera się na wykorzystaniu indukcji. W zaproponowanym przez nas artykule przedstawiono i szczegółowo opisano jego odmiany. Nasze porady dotyczące montażu pomogą bez problemu urządzić lub zmodernizować system ogrzewania domku, sklepu lub magazynu.

Specyfika budowy i eksploatacji

Indukcyjny kocioł jest w stanie wytwarzać ciepło i ogrzewać pomieszczenia dzięki indukcji elektromagnetycznej. To zjawisko fizyczne odkrył już Faraday podczas swoich doświadczeń z cylindrycznym prętem magnetycznym, wokół którego w formie spirali nawinięty był drut miedziany.

Budowa agregatu indukcyjnego

Nowoczesny indukcyjny kocioł grzewczy zawiera również cewkę indukcyjną i rdzeń. Podczas przepływu przez cewkę zmiennego prądu elektrycznego powstaje pole elektromagnetyczne.

Pole wytwarza prądy wirowe, które nagrzewają rdzeń, a ciepło z niego przekazywane jest czynnikowi grzewczemu. Ilość tego ciepła określa się wzorem Joule'a-Lenza.

Indukcyjny kocioł grzewczy to złożony, wieloskładnikowy agregat. Aby lepiej zrozumieć zasadę działania urządzenia indukcyjnego, warto przypomnieć sobie szkolny kurs fizyki.

Indukcyjny kocioł grzewczy składa się z dwóch głównych części. W jednej z nich, składającej się z cewki i rdzenia, powstaje pole magnetyczne. Druga część to wymiennik ciepła z płynem roboczym (czynnikiem grzewczym).

Funkcję czynnika grzewczego pełni zwykła woda lub mieszanina wody z glikolem etylenowym. Możliwe jest również użycie innych płynów, których wybór zależy od konkretnego modelu kotła.

System grzewczy z kotłem indukcyjnym zawsze jest włączany w zamknięty obieg. W schemacie montażowym znajduje się również zbiornik membranowy, niezbędny do przyjęcia nadmiaru wody, który powstaje w wyniku jej rozszerzalności cieplnej. Jeśli taki zbiornik nie jest przewidziany w zestawie, nabywa się go osobno.

Specyfika użytkowania w obiegach grzewczych

Kotły indukcyjne są przeznaczone do pracy w systemie z wymuszonym obiegiem. Dlatego w schemacie podłączenia koniecznie musi znajdować się pompa obiegowa, stymulująca przemieszczanie się cieczy roboczej w obiegu grzewczym.

Taka konieczność wynika z relatywnie małych objętości wymienników ciepła – z powodu szybkiego nagrzewania woda w nich wrze szybciej, niż powstaje cyrkulacja grawitacyjna.

Kotły indukcyjne są dostarczane w zestawie z zewnętrznym modułem sterującym, przeznaczonym do automatyzacji pracy urządzeń grzewczych.

W systemach wieloobiegowych pompy obiegowe instaluje się na każdym obiegu. Jeśli w domu działa system ogrzewania podłogowego, w zestawie powinny znajdować się rozdzielacz i dodatkowa pompa.

System sterowania kotłem obejmuje oprócz termoregulatora i czujników temperatury także tzw. grupę bezpieczeństwa, która ma zapobiegać przegrzaniu, przekroczeniu ciśnienia i granicy wytrzymałości elementów.

W skład grupy bezpieczeństwa wchodzą zazwyczaj manometr, odpowietrzniki i zawory bezpieczeństwa. Ochrona przed skokami napięcia realizowana jest za pomocą automatycznych komponentów. Impregnacja poszczególnych części żywicą zwiększa ich odporność. Dzięki elementom zabezpieczającym zapewniona jest bezpieczna i nieprzerwana eksploatacja kotła.

W schemat montażu systemu grzewczego z kotłem indukcyjnym koniecznie włącza się zbiornik wyrównawczy i grupę bezpieczeństwa, zapobiegającą przekroczeniu ciśnienia w zamkniętym obiegu.

Domowe kotły indukcyjne, w zależności od mocy znamionowej, pracują przy napięciu 220 V lub 380 V przy częstotliwości prądu 50 Hz. Aby kocioł elektryczny podłączyć do sieci, należy powiadomić lokalne przedsiębiorstwo energetyczne (dostawcę energii elektrycznej) i uzyskać jego zgodę.

Podłączenie może być jedno- lub trójfazowe. Przewody używane do podłączenia zasilania muszą mieć odpowiedni przekrój.

W urządzeniu indukcyjnym nagrzewanie regulowane jest przez cykliczne włączanie i wyłączanie. Procesowi temu pomagają czujniki temperatury (termopara), wchodzące w skład systemu sterowania.

Kocioł indukcyjny w przekroju z oznaczeniem kierunku przepływu czynnika grzewczego. W stanie zimnym czynnik grzewczy wpływa przez dolny króciec i po podgrzaniu jest podawany przez górny króciec do systemu grzewczego.

Użytkownik ustawia optymalny tryb temperatury, a kocioł po podgrzaniu czynnika grzewczego do określonej temperatury automatycznie się wyłącza, a po ostygnięciu ponownie włącza.

Dzięki ciągłemu cyklowi podgrzewania czynnika grzewczego w ogrzewanych pomieszczeniach utrzymywany jest komfortowy mikroklimat. W wielu modelach dane o temperaturze i innych parametrach pracy wyświetlane są na ekranie, co ułatwia kontrolę nad pracą urządzenia.

Opcjonalnie kotły indukcyjne do ogrzewania są wyposażane w moduły GSM do kontroli temperatury w pomieszczeniu i sterowania przez smartfon z dowolnego miejsca na świecie, gdzie jest dostęp do Internetu. Wracając z urlopu lub podróży służbowej, można wcześniej włączyć system ogrzewania i przygotować dom na przyjazd.

Rodzaje kotłów indukcyjnych

Wszystkie modele kotłów indukcyjnych działają według tej samej zasady, ale istnieją różnice w ich konstrukcji. Według tego kryterium są one umownie podzielone na kilka typów, które zostaną omówione dalej.

Kotły płaszczowe. Płaszcz kotła ma kształt cylindryczny. W płaszczu znajduje się cewka indukcyjna. Zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz cewki przebiega wymiennik ciepła.

Ciecz robocza wpływająca do króćca wlotowego przepływa przez wymiennik ciepła, nagrzewa się i przez górny króciec trafia do obiegu grzewczego. Kotły typu płaszczowego w Rosji produkuje NPK «INERA». Na rynku są znane pod marką SAV.

Kotły z objętościowymi wymiennikami ciepła. Taki typ kotłów nazywa się również indukcyjno-konduktywnym. Agregat ma metalową obudowę w kształcie cylindra.

W obudowie umieszczona jest cewka indukcyjna z prętem ferromagnetycznym, który pełni funkcję wymiennika ciepła. Kotły indukcyjno-konduktywne na rynku reprezentowane są przez serię WIN. Producentem – jest zakład sprzętu grzewczego „Alternatywna Energia”.

Kotły z rurowym wymiennikiem ciepła. Klasyczne kotły indukcyjne mają wymiennik ciepła w postaci zestawu rur otaczających cewkę indukcyjną. Pierwszym na rynku był właśnie taki agregat.

Kotły indukcyjne z inwerterami. Kocioł indukcyjny może być uzupełniony inwerterem, w którym prąd stały z akumulatorów jest przekształcany w zmienny wysokiej częstotliwości, a dopiero potem trafia do cewki indukcyjnej.

Takie rozwiązanie pomaga uzyskać niezbędne prądy wirowe do generowania ciepła przy braku podstawowego zasilania sieciowego.

Użycie falownika w układzie z kotłami indukcyjnymi pozwala ustabilizować dostawę zasilania do urządzeń elektrycznych i chronić je przed wahaniami napięcia w sieci.

Co trzeba wiedzieć o montażu?

W zestawie dostawy urządzeń elektrotechnicznych znajduje się karta techniczna z szczegółowym opisem parametrów oraz instrukcja, w której podano zasady montażu i eksploatacji. Instalację kotłów należy wykonać zgodnie z załączoną instrukcją.

W przypadku uchybień, na przykład jeśli w systemie nie ma pompy wymuszonego obiegu, kocioł może zostać wyłączony z gwarancji. Dlatego producenci zalecają angażowanie do montażu doświadczonych hydraulików lub przeszkolonych pracowników organizacji, która sprzedała urządzenia elektryczne.

Kocioł indukcyjny może być wbudowany w istniejący system grzewczy jako główne lub rezerwowe źródło ciepła przy równoległym podłączeniu. Jeśli chodzi o miejsce montażu, należy bezwzględnie przestrzegać zasad standardowych dla wszystkich elektrycznych urządzeń grzewczych.

Grzałka powinna znajdować się w odległości co najmniej 80 cm od sufitu i podłogi. Odstęp od ściany powinien wynosić nie mniej niż 30 cm. Jak każde potężne urządzenie energetyczne, kocioł indukcyjny musi być uziemiony zgodnie z GOST 12.2.007.0.

Przekrój kabla używanego do podłączenia kotła indukcyjnego oblicza się na podstawie mocy urządzenia. Instalację elektryczną prowadzi się w kanałach kablowych lub w peszlu.

Zalety indukcyjnych kotłów grzewczych

Kotły indukcyjne posiadają wiele bezwzględnych i porównawczych zalet, w tym następujące:

• najwyższa sprawność spośród wszystkich kotłów elektrycznych;
• niezmienność parametrów energetycznych;
• minimalne wymagania wobec czynnika grzewczego;
• zwiększona niezawodność;
• rekordowo długa żywotność;
• zdolność do pracy autonomicznej;
• prosty montaż bez systemu wentylacji;
• automatyczny system sterowania;
• brak potrzeby dostarczania i przechowywania paliwa:
• podgrzanie czynnika grzewczego do 95 stopni;
• wysoki poziom bezpieczeństwa.

Urządzenie przekształca energię elektryczną w cieplną z wydajnością 98-99%. Ogrzanie czynnika grzewczego zajmuje 7-10 minut. Prosta konstrukcja, bez ruchomych części mechanicznych, oraz stopy stali używane jako materiały produkcyjne sprawiają, że kotły indukcyjne są rekordowo trwałe.

Uszkodzić takie urządzenie może jedynie uszkodzenie izolacji elektrycznej. Ale jak pokazuje praktyka eksploatacji transformatorów, które pod względem konstrukcji są w dużej mierze podobne do kotłów indukcyjnych, są one w stanie służyć przez wiele dziesięcioleci.

Zgodnie z zapewnieniami producentów, urządzenia działające na zasadzie indukcji elektromagnetycznej zapewniają nieprzerwane ogrzewanie pomieszczeń przez 100 tysięcy godzin, czyli 30 sezonów grzewczych. Przy tym ich moc nie spada z czasem, czego nie można powiedzieć o elektrodowych i zwykłych grzałkowych kotłach.

Kotły indukcyjne mogą być używane zarówno jako główne, jak i dodatkowe wyposażenie. Na przykład, do przygotowania czynnika grzewczego dla nieregularnie używanej systemu ogrzewania podłogowego

Te same przyczyny, które determinują trwałość i zwiększoną niezawodność nagrzewnic indukcyjnych, jednocześnie obniżają koszty eksploatacji. Kocioł indukcyjny nie wymaga regularnej obsługi serwisowej i napraw, co oszczędza środki.

W porównaniu z wieloma innymi rodzajami paliw, wykorzystanie energii elektrycznej do ogrzewania domów pozostaje najbardziej opłacalne. Dotyczy to zwłaszcza niezgazyfikowanych miejscowości.

Konstrukcja certyfikowanego kotła indukcyjnego zapobiega zwarciom. Producenci twierdzą, że każdy model ma najwyższą klasę bezpieczeństwa elektrycznego. Nie należy mylić kotła indukcyjnego z kuchenką mikrofalową, ponieważ do jego pracy wykorzystuje się inną częstotliwość prądu.

Ogrzewanie czynnika grzewczego w kotle indukcyjnym odbywa się równomiernie – różnica temperatur w systemie nie przekracza 30°C. Oznacza to, że nie występują lokalne przegrzania mogące doprowadzić do zapłonu, co czyni te urządzenia bezpiecznymi pod względem pożarowym.

Dzięki namagnesowaniu czynnika grzewczego, drobnej wibracji niezauważalnej dla otoczenia oraz turbulentnym zawirowaniom, w kotłach indukcyjnych praktycznie nie powstają osady mineralne, co korzystnie wpływa na efektywność. Przypomnijmy, że gruba warstwa kamienia spowalnia szybkość i efektywność ogrzewania czynnika grzewczego.

Do zwiększenia mocy można użyć kaskady z trzech lub więcej kotłów indukcyjnych ze wspólną szafą sterowniczą. Takie rozwiązanie pomoże ogrzać dwupiętrowy dom.

Jeśli przestrzega się zasad eksploatacji podanych w instrukcji, to po montażu i ustawieniu temperatury można zapomnieć o kotle przez cały sezon grzewczy. W przeciwieństwie do stałopalnych «braci», urządzenia indukcyjne nie wymagają regularnego załadunku drewna i węgla oraz usuwania popiołu. Nie wymagają czyszczenia rur, co odróżnia je od innych typów kotłów elektrycznych.

Sam kocioł i dodatkowe wyposażenie do niego zajmują niewiele miejsca i mogą być zainstalowane w pomieszczeniu o niewielkiej powierzchni. Komponenty systemu sterowania pozwalają na używanie kotłów indukcyjnych w połączeniu z innym urządzeniami klimatyzacyjnymi.

Kotły indukcyjne można zintegrować z inteligentnym systemem sterowania urządzeniami domowymi, zwanym “Inteligentny dom”

Wady modeli indukcyjnych

Idealne rozwiązania techniczne jeszcze nie istnieją. Nawet najdoskonalsze urządzenie ma swoje wady, a indukcyjny kocioł grzewczy nie jest wyjątkiem.

Charakteryzują go:

• wysoka cena;
• duża waga;
• hałas.

Przy produkcji kotłów indukcyjnych stosuje się kosztowne materiały, w tym ferromagnetyki, które reagują na pole magnetyczne.

Aby kocioł spełniał swoją funkcję, inżynierowie muszą precyzyjnie obliczyć średnicę drutu cewki, liczbę jej zwojów, rozmiar rdzenia i inne parametry. Następnie wszystkie te obliczenia muszą zostać zrealizowane w gotowym produkcie.

Zatem produkcja urządzeń indukcyjnych jest procesem pracochłonnym i materiałochłonnym, co powoduje wysoki koszt własny produktów. Jednocześnie ta wada jest niwelowana dzięki długiej żywotności i minimalnym kosztom eksploatacji.

Kompaktowe rozmiary kotła łączą się z jego znaczną wagą, co tłumaczy się dużą ilością stalowych elementów. Niektóre modele ważą 40 kg. Podczas pracy kocioł indukcyjny emituje niewielki hałas, ale ta wada jest łatwo eliminowana dzięki wyciszającym uszczelkom, które zaleca się instalować podczas montażu.

Zasady doboru sprzętu

Przy wyborze modelu kotła indukcyjnego głównymi kryteriami są jego moc i charakterystyka ogrzewanego pomieszczenia. Przyjmuje się, że do ogrzania 10 m² przy wysokości sufitów do 3 metrów potrzeba 1 kW.

Zatem powierzchnię ogrzewanego pomieszczenia wystarczy podzielić przez 10, a w rezultacie uzyska się wymaganą moc nominalną kotła elektrycznego. Na przykład dla domu o powierzchni 100 m² wymagana będzie nagrzewnica indukcyjna o mocy 10 kW.

Jeśli nie ma ochoty z dużą dokładnością obliczać wymaganej mocy kotła, można skorzystać z uproszczonej wersji. Według niej kotły indukcyjne o mocy zaledwie 3-4 kW są w stanie ogrzać pomieszczenie o powierzchni 30-40 m².

Aby nie przepłacać za niepotrzebną moc i nie marznąć w przypadku jej niedoboru, należy ocenić konkretne cechy domu lub innego obiektu, w tym materiały ścian, powierzchnię okien, obecność izolacji termicznej i inne, a już na podstawie tych danych wybierać urządzenia grzewcze.

Nie zaszkodzi zapytać sprzedawcy o współczynnik mocy, czyli stosunek mocy czynnej do pozornej wybranej jednostki. Ten wskaźnik nazywa się cosinus fi (Cos φ) i mierzy się go w woltoamperach. Pomaga określić, jaka część pobranej energii elektrycznej jest wykorzystywana bezpośrednio do ogrzewania czynnika grzewczego, a jaka do wytwarzania pola magnetycznego.

Wartości współczynnika mocy mieszczą się w zakresie od 0 do 1. W kotłach indukcyjnych o dobrze przemyślanej konstrukcji Cos φ wynosi 0,97-0,98 kVA, co uważane jest za doskonały wskaźnik, ponieważ prawie cała pobrana energia elektryczna jest zużywana na ogrzewanie cieczy roboczej.

Różnorodność modeli pozwala dobrać wariant do wykorzystania jako główne lub rezerwowe źródło ciepła. Mocne kotły pracujące pod napięciem 380 V są w stanie samodzielnie ogrzewać domy, obiekty komercyjne i przemysłowe o dużej powierzchni.

Do użytku w domku letniskowym lub garażu skuteczny kocioł indukcyjny można wykonać własnoręcznie. Ze szczegółowym przewodnikiem po montażu przydatnego samodziału zapozna następny artykuł.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Film w sposób poglądowy zademonstruje zasadę działania agregatu indukcyjnego:

Opinia eksperta na temat bezpieczeństwa eksploatacji kotła indukcyjnego:

Prezentacje wideo kotłów indukcyjnych od ZSTM (Zakład Syberyjskiego Technologicznego Maszynostrojenia):

Indukcyjne kotły grzewcze posiadają wiele zalet i przewag konkurencyjnych przy niewielkich lub łatwych do usunięcia wadach. To, na ile opłacalny jest taki wariant do ogrzewania konkretnego domu, można rozstrzygnąć tylko ważąc wszystkie «za» i «przeciw».

Niezaprzeczalnym faktem pozostaje stały wzrost popytu na takie urządzenia, i tendencja ta najprawdopodobniej utrzyma się także w przyszłości.

Czy chcieliby Państwo opowiedzieć o własnym doświadczeniu w wyborze, montażu, eksploatacji kotła indukcyjnego? Posiadają Państwo przydatne informacje na temat, które warto podzielić się z odwiedzającymi stronę? Proszę pisać komentarze, publikować zdjęcia, zadawać pytania w poniższym bloku formularza.