Induktionskessel ist die beste elektrische Wärmequelle für Heizsysteme

In diesem Artikel: Die Geschichte der Entstehung von Induktionskesseln; das Funktionsprinzip und die Vorrichtung des Kessels; Vor- und Nachteile von Induktionskesseln; wie man einen Kessel in ein geschlossenes Heizsystem einbaut; Auswahl eines Induktionskessels.

Organische Brennstoffe wie Holz, Kohle, Ölprodukte und Erdgas bilden die Hauptgruppe der Energieträger auf der Erde, die zur Beheizung unserer Häuser und Wohnungen verwendet werden. Jede ihrer Sorten weist jedoch zwei schwerwiegende Nachteile auf, und die zweite ist auf Haushaltsebene besonders kritisch: Wenn aufgrund der vollen Produktion überhaupt kein organischer Kraftstoff vorhanden ist, ist es in einigen Regionen der GUS aus welchen Gründen auch immer äußerst schwierig, ihn zu erhalten. Und in solch einer verzweifelten Situation wenden sich Hausbesitzer der Heizung von Elektrokesseln zu, und ihre Wahl liegt zwischen Kesseln mit Heizelementen und Kesseln mit thermischen Elektroheizungen – d. H. es gibt keine Wahl als solche. Es gibt aber auch elektrische Induktionskessel, deren Betriebseigenschaften recht hoch sind …

Geschichte des Induktionskessels

Von etwa 1822 bis 1831 führte der brillante englische Wissenschaftler und Forscher Michael Faraday eine Reihe von Experimenten durch, um Magnetismus in Elektrizität umzuwandeln. Und erst Ende August 1831 ergab ein weiteres Faraday-Experiment das erhoffte Ergebnis – nachdem er einen elektrischen Strom in einer auf einen runden Eisenkern gewickelten Primärdrahtwicklung erhalten hatte, entdeckte er die elektromagnetische Induktion.

Die Entdeckung von Michael Faraday wurde ursprünglich in Transformatoren, Generatoren und Motoren verwendet, wurde aber erst 70 Jahre später wirklich gefragt – ab dem Beginn des 20. Jahrhunderts erforderte das Tempo der industriellen Entwicklung neue Methoden zum Schmelzen von Metallen in einer Werkstatt. Und die erste Induktionsschmelze wurde 1927 in Sheffield, England, eröffnet.

In den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts wurden Induktionskessel geschaffen, die in Industrieunternehmen, einschließlich der UdSSR, zum Heizen verwendet wurden: Der erste Typ verbrauchte Strom mit einer Frequenz von 50 Hz, der zweite – mit einer Frequenz von 1 kHz und darüber. Die Abmessungen und das Gewicht von industriellen Induktionskesseln sind beeindruckend. Das darin enthaltene Kühlmittel zirkuliert durch eine Sekundärwicklung von Rohren, die auf einem Metallkern mit einer Primärwicklung angeordnet sind. In den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts erschienen in Russland Serienmodelle von Induktionskesseln für Haushaltsheizungssysteme, die sich von industriellen Analoga in viel geringerer Größe und Gewicht unterscheiden.

Es ist anzumerken, dass der Physiker-Erfinder Nikolo Tesla keine direkte Beziehung zum Induktionskessel hat – außer vielleicht durch die Entdeckung von elektrischem Wechselstrom.

Gerät und Funktionsprinzip

Der Körper eines Induktionskessels ist mehrschichtig – ein Kern mit einer Doppelwand, dann eine Schicht aus elektrischer und thermischer Isolierung, dann ein äußerer (äußerer) Körper. Im Gegensatz zu industriellen Induktionskesseln mit einer zylindrischen Wicklung verwenden Haushaltskessel eine torusförmige Kupferdrahtwicklung, die zwischen zwei mit einer Wand von mehr als 10 mm miteinander verschweißten ferromagnetischen Stahlrohren hergestellt wird. Der Innendurchmesser ist kleiner als der Außendurchmesser. Dadurch werden im Vergleich zu industriellen Analoga ein geringeres Gewicht, ein höherer Wirkungsgrad und geringe Abmessungen des Kessels erzielt. Das Innenrohr mit einer Ringwicklung wirkt als Kern (Magnetkreis), das innere ist ein Heizelement für das Kühlmittel.

Das Kühlmittel, Wasser oder Frostschutzmittel, gelangt durch ein Einlassrohr, das durch beide Metallrohre geschweißt ist, in den Kessel. Aufgrund der großen Innenfläche des Innenrohr-Wärmetauschers erhält der Wärmeträger aufgrund der geringeren Trägheit etwa 98% der vom Induktionskessel erzeugten Wärmeenergie und in kürzerer Zeit als das Heizen mit Heizelementen. Der Induktionsstrom, der durch das hochfrequente Magnetfeld von der Außenwicklung zum Innenrohr erzeugt wird, bewirkt eine Erwärmung des Kühlmittels, während die Schwingungen der Wände bei hohen Frequenzen verhindern, dass sich Kalk an den Metallwänden ansammelt. Die äußere elektrische und wärmeisolierende Schicht bietet vollständigen Schutz vor möglichen Stromlecks und Wärmeverlusten.

Ein Wechselstrom unter Spannung, dessen Frequenz etwa 20 kHz beträgt, wird dem Kessel von einem Halbleiter-Wechselrichter-Wandler zugeführt. Zusätzlich zum Wechselrichter enthält das Wechselrichter-Kesselpaket einen elektronischen Thermostat (ein Temperatursensor ist in den Kesselkörper eingebaut) und Leistungsschalter.

Die Erwärmung des Kühlmittels in einem Induktionskessel erfolgt aufgrund der Erwärmung des Stahlkerns durch Wirbelströme, die durch das durch den Hochspannungsstrom erzeugte elektromagnetische Feld verursacht werden. Wenn die Kesselleistung angeschlossen wird, tritt Folgendes auf: Ein Hochspannungsstrom fließt zur primären Ringwicklung des Kessels, das resultierende elektromagnetische Feld drückt die Wirbelströme in die Außenfläche des Stahlkerns, ihre Dichte nimmt zu und das Kernrohr erwärmt sich zuerst von außen und dann vollständig. Die vom Kessel erzeugte Wärme wird vom durch ihn zirkulierenden Wärmeträger aufgenommen und an die Heizgeräte abgegeben. Es dauert ungefähr 7 Minuten, um den Kern eines Induktionskessels auf eine Betriebstemperatur von 75 ° C zu erwärmen.

Eigenschaften des Induktionskessels

Diese Art von Heizkesseln hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Heizelementen, aber auch Nachteile, einschließlich solcher, die nur für solche Kessel spezifisch sind. Schauen wir uns die Vor- und Nachteile von Induktionskesseln genauer an, beginnend mit den positiven Eigenschaften:

• völliges Fehlen von Heizelementen sowie beweglichen und stark belasteten Elementen, die während des Betriebs einem Verschleiß unterliegen und regelmäßig ausgetauscht werden müssen;
• die Fähigkeit, mit einem Niederspannungs- und Konstantstromnetz zu arbeiten, was für andere Arten von Elektrokesseln normalerweise nicht akzeptabel ist;
• die Kesselstruktur enthält keine abnehmbaren Verbindungen, d.h. die Wahrscheinlichkeit einer Leckage ist vollständig ausgeschlossen;
• Deutlich schnellere Erwärmung auf Betriebstemperatur im Vergleich zu anderen Arten von elektrischen Heizkesseln;
• Schutz gegen Schuppenbildung *;
• hohes Feuer (Klasse II) und elektrische Sicherheit, da das Heizelement (Kern) nicht direkt mit dem Induktor (Primärwicklung) elektrisch verbunden ist und die Temperaturdifferenz zwischen Kern und Kühlmittel 30 ° C nicht überschreitet;
• Die Kesselkonstruktion erfordert nicht die Installation eines Kamins.
• Der Induktionskessel muss nicht in einem separaten Raum installiert werden.
• Wie bei jeder elektrischen Heizung liegt der Wirkungsgrad eines solchen Kessels nahe bei 100%. Im Gegensatz zu Kesseln mit Heizelementen und Elektrode ändert sich dieser Wert im Laufe der Betriebsjahre übrigens nicht.
• Die durchschnittliche Lebensdauer beträgt 25 Jahre und mehr (abhängig von der Dicke der Metallrohre, die den Kesselkern bilden). Bei diesem Gerät sind keine Wartungsarbeiten erforderlich.
• ermöglicht die Verwendung fast aller Kühlmittel im Heizsystem (Wasser, Frostschutzmittel, Öl usw.) und ohne vorherige Vorbereitung;
• Der Austausch des verbrauchten Kühlmittels in der Heizungsanlage erfolgt alle 10 Jahre;
• absolut geräuschloser Betrieb;
• Geringe Trägheit, die durch effiziente Steuerung des Kesselbetriebs mittels elektronischer Automatisierung Energie spart **. Es ist zu beachten, dass die Trägheit von Induktionskesseln geringer ist als die von Heizelementen, jedoch höher als die von Elektrodenkesseln;
• Die Installation des Kessels erfordert nicht die Einbeziehung hochqualifizierter Spezialisten.
• Es darf für alle geschlossenen Heizsysteme verwendet werden, einschließlich für „warme Böden“ und für Fußleistenheizungen. Der Mindestschwellenwert für die Heiztemperatur des Heizmediums beträgt 35 ° C..

* – Ablagerungen auf den Innenflächen des Kernrohrs entstehen nicht aufgrund des geringen Temperaturunterschieds zwischen Heizung und Kühlmittel, der 30 ° C nicht überschreitet, sowie aufgrund hochfrequenter Schwingungen, die durch Wirbelströme verursacht werden, die Salzionen von den Innenwänden des Rohrs abweisen.

** – Die elektronische Steuerung des Induktionskessels sorgt für einen geringeren Energieverbrauch, indem die Temperatur auf einem genau festgelegten Niveau gehalten wird, d. h. Wenn es steigt, wird die Stromversorgung des Kessels sofort abgeschaltet und erst wieder aufgenommen, wenn die Temperatur unter die vom Benutzer festgelegte Temperatur fällt.

Es ist zu beachten, dass der maximal zulässige Druck in einem Heizsystem mit Erwärmung des Kühlmittels aus einem Induktionskessel 0,3 MPa nicht überschreiten sollte.

Nachteile von Induktionskesseln:

• signifikante Größe und Gewicht. Beispielsweise wiegt ein 2,5-kW-Einphasenkessel mit einer Höhe von 450 mm und einem Durchmesser von 121 mm 23 kg;
• hohe Kosten – ab 30.000 Rubel. und höher. Zum Teil ist der Preis für Induktionskessel auf das Vorhandensein eines Wechselrichterstarters im Steuerungssystem zurückzuführen, was an sich nicht billig ist.
• Installation nur in geschlossenen Heizsystemen;
• Während des Betriebs werden abhängig von der Leistung des Kessels Störungen in den Langwellen-, Mittelwellen- und UKW-Funkbereichen in einer Entfernung von mehreren Metern von seinem Standort erzeugt, die nicht vollständig abgeschirmt werden können. Dies hat jedoch keine Auswirkungen auf den menschlichen Körper, nur Haustiere (Hunde, Katzen) können sie fühlen..

So installieren Sie einen Induktionskessel

Der Einbau solcher Kessel ist nur in einem geschlossenen Heizsystem zulässig, das mit einer Zwangsumwälzpumpe und einem Expansomat-Ausdehnungsgefäß ausgestattet ist. Der Induktionskessel ist streng vertikal positioniert, das Rücklaufrohr des Heizkreislaufs ist mit dem Einlassrohr verbunden (je nach Modell unten oder seitlich im unteren Teil des Körpers) und das Versorgungsrohr ist mit dem Auslassrohr (oben im Körper oder von oben) verbunden. Der Induktionskessel wird mit Befestigungselementen an der Wand befestigt, die sein eigenes Gewicht und das Gewicht des Heizmediums tragen können, das den Kessel während des Betriebs füllt. Der Abstand vom Kesselkörper zu nahegelegenen Gegenständen, Wänden, Decken und Böden muss an den Seiten mindestens 300 mm und an den Seiten mindestens 800 mm betragen – von unten und oben.

Während der Installationsarbeiten muss der Induktionskessel geerdet werden. Das Umreifen mit Metallrohren ist nicht erforderlich. Sie können die Metall-Kunststoff-Rohre des Kreislaufs direkt an die Kesseldüsen anschließen. In den nicht weit vom Kesselauslassrohr entfernten Rohrleitungsabschnitt ist eine Sicherheitsgruppe eingebaut – ein Manometer, eine automatische Entlüftung und ein Sprengventil. Die Absperrventile können im Heizkreis nach den Sicherheitsgruppenplatzierungspunkten, dem Expansomatentank – im Rücklauf installiert werden. Nach dem Einsetzen des Expansomaten und vor dem Einbringen der Rücklaufleitung in den Induktionskessel werden nacheinander ein Absetzfilter, ein Grobmaschenfilter, eine Umwälzpumpe und ein Durchflusssensor in den Kreislauf eingebaut (Sie können den Durchfluss des Kühlmittels entlang des Rücklaufs steuern, dessen Durchfluss in den Kessel). Das Induktionskesselsteuersystem wird gemäß den Regeln des PUE installiert und gemäß den in seinem technischen Pass angegebenen Diagrammen an den Kessel angeschlossen.

So wählen Sie einen Induktionskessel

Auf dem russischen Markt gibt es hauptsächlich ein- und dreiphasige Induktionskessel von zwei einheimischen Herstellern – LLC „Alternative Energy“ (Marke „VIN“) und CJSC „NPK“ INERA „(Marke“ SAV „) mit einer Leistung von 2,5 bis 7 kW ( einphasig) und von 7 bis 60 kW (dreiphasig).

Zusätzlich zu den obligatorischen Elementen, die mit einem Heizsystem mit Induktionskessel ausgestattet sind, und um die Steuerung zu erleichtern, darf eine Woche lang eine elektronische Programmiereinheit für die Kesselbetriebsarten oder ein Programmiergerät verwendet werden, mit dem Sie den Betrieb des Heizungssystems über einen GSM-Kanal fernsteuern können.

Da die Leistung von Induktionskesseln im Laufe der Betriebsjahre nicht abnimmt, erfolgt die Auswahl des gewünschten Modells in einem Verhältnis von 60 W pro m² zu beheizender Bereich. Zum Beispiel für Räumlichkeiten mit einer Gesamtfläche von 20 m² Sie benötigen einen Kessel mit einer Leistung von 3 kW. Um die erforderliche Kesselleistung in Bezug auf ein bestimmtes Gebäude genau zu berechnen, müssen Spezialisten hinzugezogen werden, die den Isolationsgrad der darin befindlichen Räumlichkeiten beurteilen..

Die Garantiezeit für Induktionskessel beträgt 3 Jahre für den Kessel selbst und ein Jahr für die elektrische Ausrüstung des Schranks, mit dem er fertiggestellt ist. Das entscheidende Moment für die Dauer des störungsfreien Betriebs solcher Kessel ist die Dicke des Stahlinnenrohrkerns – je dicker seine Wand ist, desto länger kann er korrosiven Prozessen standhalten. Die optimale Wandstärke des Kernrohrs beträgt 10 mm.

Der Komfort der Verwendung von elektrischen Induktionskesseln liegt auch in der Fähigkeit, die optimale Temperatur in Gebäuden aufrechtzuerhalten, die von den Eigentümern von Zeit zu Zeit besucht werden. In diesem Fall wird ein besonders leistungsstarkes Modell nicht benötigt, da selbst ein 6-kW-Kessel die Temperatur in einem Haus mit einer Fläche von beispielsweise 120 m halten kann² auf dem Niveau von 12-15 ° С. Und da es in einem Landhaus normalerweise einen Kamin gibt, können Sie durch Schmelzen die vom Induktionskessel aufrechterhaltene Temperatur einfach und schnell auf ein angenehmes Niveau erhöhen, das in einem ungeheizten Gebäude unmöglich wäre.

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