La caldaia a induzione è la migliore fonte di calore elettrico per i sistemi di riscaldamento

Sezioni dell’articolo

• Storia della caldaia a induzione
• Dispositivo e principio di funzionamento
• Caratteristiche della caldaia a induzione
• Come installare una caldaia a induzione
• Come scegliere una caldaia a induzione

In questo articolo: la storia della creazione di caldaie a induzione; il principio di funzionamento e il dispositivo della caldaia; pro e contro delle caldaie a induzione; come installare una caldaia in un impianto di riscaldamento chiuso; selezione di una caldaia a induzione.

I combustibili organici, come legno, carbone, prodotti petroliferi e gas naturale, costituiscono il principale gruppo di vettori energetici sulla terra utilizzati per riscaldare le nostre case e appartamenti. Tuttavia, una qualsiasi delle sue varietà presenta due gravi inconvenienti, e la seconda è particolarmente critica a livello familiare: una volta che non ci sarà alcun combustibile organico a causa della piena produzione, è estremamente difficile reperirlo in alcune regioni della CSI per qualsiasi motivo. E in una situazione così disperata, i proprietari di abitazione si rivolgono al riscaldamento di caldaie elettriche e la loro scelta sta tra caldaie con elementi riscaldanti e caldaie con riscaldatori elettrici termici – ad es. non c’è scelta in quanto tale. Ma ci sono anche caldaie a induzione elettrica e le loro caratteristiche operative sono piuttosto elevate …

Storia della caldaia a induzione

Dal 1822 al 1831 circa, il brillante scienziato e ricercatore inglese Michael Faraday condusse una serie di esperimenti con l’obiettivo di convertire il magnetismo in elettricità. E solo alla fine di agosto 1831, un altro esperimento di Faraday ha dato il risultato sperato dallo scienziato: dopo aver ricevuto una corrente elettrica in una ferita di avvolgimento del filo primario su un nucleo di ferro rotondo, ha scoperto l’induzione elettromagnetica.

La scoperta di Michael Faraday è stata originariamente utilizzata in trasformatori, generatori e motori, ma è diventata molto richiesta solo 70 anni dopo – dall’inizio del XX secolo, il ritmo dello sviluppo industriale ha richiesto nuovi metodi di fusione dei metalli in un’officina. E la prima fonderia a induzione fu aperta a Sheffield, in Inghilterra, nel 1927.

Negli anni ’80 del XX secolo vennero create caldaie a induzione, che venivano utilizzate per il riscaldamento nelle imprese industriali, anche in URSS: il primo tipo consumava corrente con una frequenza di 50 Hz, il secondo – con una frequenza di 1 kHz e superiore. Le dimensioni e il peso delle caldaie a induzione industriale sono piuttosto impressionanti, il refrigerante in esse circola attraverso un avvolgimento secondario di tubi posizionati sopra un nucleo metallico con un avvolgimento primario. I modelli seriali di caldaie a induzione destinati a sistemi di riscaldamento domestici e diversi dagli analoghi industriali per dimensioni e peso molto più piccoli, sono apparsi in Russia negli anni ’90 del secolo scorso.

Va notato che il fisico-inventore Nikolo Tesla non ha alcuna relazione diretta con la caldaia a induzione – tranne forse per la scoperta di corrente elettrica alternata.

Dispositivo e principio di funzionamento

Il corpo di una caldaia a induzione è multistrato: un nucleo con una doppia parete, quindi uno strato di isolamento elettrico e termico, quindi un corpo esterno (esterno). A differenza delle caldaie a induzione industriale con avvolgimento cilindrico, nelle caldaie domestiche viene utilizzato un avvolgimento toroidale in filo di rame, realizzato tra due tubi di acciaio ferromagnetici saldati tra loro con una parete di oltre 10 mm, il diametro interno è inferiore al diametro esterno. Di conseguenza, rispetto agli analoghi industriali si ottengono peso inferiore, maggiore efficienza e dimensioni ridotte della caldaia. Il tubo interno con un avvolgimento toroidale funge da nucleo (circuito magnetico), il tubo interno è un elemento riscaldante per il liquido di raffreddamento.

Il liquido di raffreddamento, acqua o antigelo, entra nella caldaia attraverso un tubo di ingresso saldato attraverso entrambi i tubi metallici. A causa dell’ampia area interna dello scambiatore di calore a camera d’aria, il vettore termico riceve circa il 98% dell’energia termica generata dalla caldaia a induzione e in un tempo inferiore rispetto al riscaldamento con elementi riscaldanti, a causa della minore inerzia. La corrente di induzione generata dal campo magnetico ad alta frequenza dall’avvolgimento esterno al tubo interno provoca il riscaldamento del mezzo di riscaldamento, mentre le vibrazioni delle pareti ad alte frequenze impediscono l’accumulo di calcare sulle pareti metalliche. Lo strato esterno di isolamento elettrico e termico offre una protezione completa contro eventuali perdite di corrente elettrica e dispersione di calore..

Una corrente alternata sotto tensione, la cui frequenza è di circa 20 kHz, viene fornita alla caldaia da un convertitore di inverter a semiconduttore. Oltre all’inverter, il pacchetto caldaia dell’inverter include un termostato elettronico (un sensore di temperatura è incorporato nel corpo della caldaia) e interruttori automatici.

Il riscaldamento del liquido di raffreddamento in una caldaia a induzione si verifica a causa del riscaldamento del nucleo in acciaio da correnti parassite causate dal campo elettromagnetico generato dalla corrente ad alta tensione. Quando viene collegata la potenza della caldaia, si verifica quanto segue: una corrente ad alta tensione scorre nell’avvolgimento toroidale primario della caldaia, il campo elettromagnetico risultante preme le correnti parassite nella superficie esterna del nucleo d’acciaio, la loro densità aumenta e il tubo del nucleo si riscalda prima dall’esterno, quindi completamente. Il calore generato dalla caldaia viene assorbito dal vettore di calore che circola attraverso di esso e viene inviato ai dispositivi di riscaldamento. Sono necessari circa 7 minuti per riscaldare il nucleo di una caldaia a induzione ad una temperatura di esercizio di 75 ° C.

Caratteristiche della caldaia a induzione

Questo tipo di caldaie per riscaldamento presenta una serie di vantaggi rispetto agli elementi riscaldanti tradizionali, ma presenta anche degli svantaggi, compresi quelli specifici solo per tali caldaie. Diamo un’occhiata più da vicino ai pro e ai contro delle caldaie a induzione, a partire dalle caratteristiche positive:

• completa assenza di elementi riscaldanti, nonché elementi mobili e molto carichi che sono soggetti a usura durante il funzionamento e richiedono una sostituzione periodica;
• la capacità di operare da una rete elettrica a bassa tensione e corrente costante, che di solito è inaccettabile per altri tipi di caldaie elettriche;
• la struttura della caldaia non contiene connessioni staccabili, ad es. la probabilità di perdita è completamente esclusa;
• riscaldamento significativamente più rapido alla temperatura di esercizio, rispetto a qualsiasi altro tipo di caldaie per riscaldamento elettrico;
• protezione contro la formazione di scaglie *;
• alto fuoco (classe II) e sicurezza elettrica, poiché l’elemento riscaldante (nucleo) non è collegato elettricamente all’induttore (avvolgimento primario) direttamente e la differenza di temperatura tra il nucleo e il refrigerante non supera i 30 ° С;
• il design della caldaia non richiede l’installazione di un camino;
• non è necessario installare la caldaia a induzione in una stanza separata;
• Come qualsiasi stufa elettrica, l’efficienza di tale caldaia è vicina al 100%. A proposito, questo valore non cambia nel corso degli anni, a differenza delle caldaie con elementi riscaldanti ed elettrodo;
• la durata media è di 25 anni e oltre (dipende dallo spessore dei tubi metallici che formano il nucleo della caldaia) e non sono necessari interventi di manutenzione con questa apparecchiatura;
• consente di utilizzare quasi qualsiasi liquido di raffreddamento nel sistema di riscaldamento (acqua, antigelo, olio, ecc.) e senza alcuna preparazione preliminare;
• la sostituzione del liquido di raffreddamento esaurito nell’impianto di riscaldamento viene effettuata una volta ogni 10 anni;
• operazione assolutamente silenziosa;
• bassa inerzia, che consente di risparmiare energia grazie all’efficiente controllo del funzionamento della caldaia mediante automazione elettronica **. Va notato che l’inerzia delle caldaie a induzione è inferiore a quella degli elementi riscaldanti, ma superiore a quella delle caldaie ad elettrodi;
• l’installazione della caldaia non richiede il coinvolgimento di specialisti altamente qualificati;
• è consentito l’uso per qualsiasi sistema di riscaldamento chiuso, anche per “pavimento caldo” e per riscaldamento del battiscopa – la soglia minima di temperatura per il riscaldamento del refrigerante è di 35 ° С.

* – i depositi di calcare sulle superfici interne del tubo centrale non si formano a causa della piccola differenza di temperatura tra il riscaldatore e il refrigerante, non superiore a 30 ° C, nonché a causa delle vibrazioni ad alta frequenza causate da correnti parassite che respingono gli ioni salini dalle pareti interne del tubo.

** – il controllo elettronico della caldaia a induzione fornisce un consumo di energia inferiore mantenendo la temperatura a un livello rigorosamente specificato, ad es. quando aumenta, l’alimentazione elettrica della caldaia viene immediatamente interrotta e ripristinata solo quando la temperatura scende al di sotto della temperatura specificata dall’utente.

Va notato che la pressione massima ammissibile in un sistema di riscaldamento con riscaldamento del liquido di raffreddamento da una caldaia a induzione non deve superare 0,3 MPa.

Contro di caldaie a induzione:

• dimensioni e peso significativi. Ad esempio, una caldaia monofase da 2,5 kW, con un’altezza di 450 mm e un diametro di 121 mm, pesa 23 kg;
• alto costo – da 30.000 rubli. e più in alto. In parte, il prezzo delle caldaie a induzione è dovuto alla presenza di un dispositivo di avviamento dell’inverter nel sistema di controllo, che non è di per sé economico;
• installazione solo in impianti di riscaldamento chiusi;
• durante il funzionamento, a seconda della potenza della caldaia, si generano interferenze nelle gamme radio a onde lunghe, a onde medie e VHF a una distanza di diversi metri dalla sua posizione, che non possono essere completamente schermate. Tuttavia, questo non ha alcun effetto sul corpo umano, solo gli animali domestici (cani, gatti) sono in grado di sentirli..

Come installare una caldaia a induzione

L’installazione di tali caldaie è consentita solo in un sistema di riscaldamento chiuso dotato di una pompa a circolazione forzata e di un vaso di espansione espansivo. La caldaia a induzione è posizionata rigorosamente in verticale, il tubo di ritorno del circuito di riscaldamento è collegato al tubo di ingresso (a seconda del modello, situato nella parte inferiore o laterale, nella parte inferiore del corpo) e la tubazione di alimentazione è collegata al tubo di uscita (situato nella parte superiore del corpo o dall’alto). La caldaia a induzione è fissata alla parete con elementi di fissaggio in grado di sostenere il proprio peso e il peso del mezzo di riscaldamento che riempie la caldaia durante il funzionamento. La distanza dal corpo della caldaia a qualsiasi oggetto, pareti, soffitto e pavimento vicini deve essere di almeno 300 mm sui suoi lati, almeno 800 mm – dal basso e dall’alto.

Durante i lavori di installazione, la caldaia a induzione deve essere collegata a terra. Non è necessaria la reggiatura con tubi metallici, è possibile collegare i tubi metallo-plastica del circuito direttamente agli ugelli della caldaia. Un gruppo di sicurezza è integrato nella sezione della tubazione situata non lontano dal tubo di uscita della caldaia: un manometro, una presa d’aria automatica e una valvola esplosiva. Le valvole di intercettazione possono essere installate nel circuito di riscaldamento dopo i punti di posizionamento del gruppo di sicurezza, il serbatoio di espansione – nella sezione di ritorno. Dopo il punto in cui è collocato l’espansore e prima che la tubazione di ritorno sia introdotta nella caldaia a induzione, un filtro di assestamento, un filtro a maglia grossa, una pompa di circolazione e un sensore di flusso sono sequenzialmente integrati nel circuito (consente di controllare il flusso del refrigerante lungo il circuito di ritorno, il suo flusso nella caldaia) Il sistema di controllo della caldaia a induzione è installato secondo le regole del PUE ed è collegato alla caldaia secondo gli schemi riportati nel suo passaporto tecnico.

Come scegliere una caldaia a induzione

Il mercato russo è rappresentato principalmente da caldaie a induzione monofase e trifase di due produttori nazionali – LLC “Alternative Energy” (marchio “VIN”) e CJSC “NPK” INERA “(marchio” SAV “), con una potenza compresa tra 2,5 e 7 kW ( monofase) e da 7 a 60 kW (trifase).

Oltre agli elementi obbligatori che sono dotati di un sistema di riscaldamento con una caldaia a induzione e per facilitarne il controllo, è consentito completare con un’unità programmatore elettronica per le modalità di funzionamento della caldaia per una settimana o un programmatore che consente di controllare il funzionamento del sistema di riscaldamento da remoto tramite un canale GSM.

Considerando che la potenza delle caldaie a induzione non diminuisce nel corso degli anni di funzionamento, la selezione del modello richiesto viene effettuata con un rapporto di 60 W per m² area da riscaldare. Ad esempio, per locali con una superficie totale di 20 m² hai bisogno di una caldaia con una potenza di 3 kW. Per calcolare accuratamente la potenza della caldaia richiesta in relazione a un edificio specifico, è necessario coinvolgere specialisti che valuteranno il grado di isolamento dei locali in esso..

Il periodo di garanzia per le caldaie a induzione è di 3 anni per la caldaia stessa e di un anno per le apparecchiature elettriche dell’armadio con cui è stato completato. Il momento decisivo nella durata del funzionamento senza problemi di tali caldaie è lo spessore del nucleo interno del tubo in acciaio: più spessa è la sua parete, più a lungo sarà in grado di resistere a processi corrosivi. Lo spessore ottimale delle pareti del tubo centrale è di 10 mm.

La comodità di utilizzare caldaie a induzione elettrica risiede anche nella capacità di mantenere la temperatura ottimale negli edifici visitati di volta in volta dai proprietari. In questo caso, non sarà necessario un modello particolarmente potente, poiché anche una caldaia da 6 kW è in grado di mantenere la temperatura in una casa con un’area, ad esempio, di 120 m² a livello di 12-15 ° С. E poiché un cottage di campagna solitamente ha un camino, quindi fondendolo, è possibile aumentare facilmente e rapidamente la temperatura mantenuta dalla caldaia a induzione a un livello confortevole, il che sarebbe impossibile in un edificio non riscaldato.

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