Преглед на йонните котли – загряваме вода с електрически ток

Съдържанието на статията

• История и принцип на работа на йонния (електроден) котел
• Характеристики на йонни (електродни) котли
• Устройство и монтаж на електродния котел
• Йонен котел – цени и производители
• Накрая

В тази статия: електроден котел – създаването на отбранителни предприятия; как работи йонният котел; възможно ли е да се загрява вода без източник на топлина; по-ниска омична устойчивост – добавете сол към водата; плюсове и минуси на йонни котли; устройство за електродни котли; как правилно да инсталирате електродния котел; кои отоплителни устройства могат да се използват във верига с йонен котел и кои не могат; производители и цени; в края – нюансите на инсталиране на йонни котли.

Колко начина да отоплявате дома си с електричество знаете ли? Най-често на ум идва котел с бойлер – имайки високо съпротивление, нихромната нишка вътре в такъв нагревател се нагрява, прехвърляйки топлина към тръбния пълнител, след това към металната обвивка и накрая до вода. Защо да не опростите задачата и да не загреете охлаждащата течност, без да минавате през посредник, защото можете да направите това, като използвате примитивни електроди от две бръсначи, като свържете проводници към тях и ги свържете към захранването? Именно от тази логика изхождат създателите на първите модели на йонни (електродни) котли, първоначално разработени за нуждите на ВМС на СССР.

История и принцип на работа на йонния (електроден) котел

Този тип отоплителни котли са създадени в средата на миналия век от предприятия на отбранителния комплекс за нуждите на подводния флот на СССР, по-специално за отопление на отделенията на подводници с дизелови двигатели. Електродният котел напълно отговаря на условията за поръчка на подводници – имаше изключително малки размери за конвенционалните отоплителни котли, нямаше нужда от изпускателна качулка, не създаваше шум по време на работа, ефективно загряваше охлаждащата течност, която беше най-подходяща за обикновена морска вода.

До 90-те години поръчките за отбранителната промишленост рязко намаляха по обем, заедно с това нуждите на флота от йонни котли бяха сведени до нула. Първата „гражданска“ версия на електродния котел е създадена от инженери A.P. Илийн и Д.Н. Кунков, който получи съответния патент за своето изобретение през 1995г.

Принципът на работа на йонния котел се основава на прякото взаимодействие на охлаждащата течност, която заема пространството между анода и катода, с електрически ток. Преминаването на електрически ток през охлаждащата течност предизвиква хаотично движение на положителни и отрицателни йони: първият се движи към отрицателно зареден електрод; втората – към положително заредената. Постоянното движение на йони в среда, която се съпротивлява на това движение, предизвиква бързо нагряване на охлаждащата течност, което се улеснява особено от смяната на ролите на електродите – всяка секунда полярността им се променя 50 пъти, т.е. всеки от електродите в рамките на една секунда ще бъде анод 25 пъти, а катод 25 пъти, тъй като те са свързани към източник на променлив ток 50 Hz. Трябва да се отбележи, че именно такава честа смяна на заряда при електродите не позволява водата да се разлага в кислород и водород – за електролиза е необходим постоянен електрически ток. С повишаването на температурата в котела, налягането се повишава, причинявайки циркулацията на охлаждащата течност по отоплителния кръг.

По този начин електродите, инсталирани в резервоара на йонния котел, не участват пряко в загряването на водата и не се нагряват сами – положително и отрицателно заредените йони, разцепени под въздействието на електрически ток от водни молекули, са отговорни за повишаването на температурата на водата..

Важно условие за ефективната работа на йонен котел е наличието на омична устойчивост на вода при ниво не повече от 3000 Ohm при 15 ° C, за което тази охлаждаща течност трябва да съдържа определено количество соли – първоначално електродни котли са създадени под морска вода. Тоест, ако излеете дестилирана вода в отоплителната система и се опитате да я загреете с йонен котел, няма да има отопление, тъй като в тази вода няма соли, което означава, че няма да има електрическа верига между електродите.

Характеристики на йонни (електродни) котли

Притежавайки положителните характеристики, присъщи на електрическите котли, този тип котли също имат редица свои. Ще отбележа всички предимства:

• висока ефективност, близо до 100% (обаче всеки електрически нагревател има ефективност най-малко 96%);
• изключително малки размери с висока мощност, в сравнение с всички други котли;
• не се изисква комин;
• способен независимо да повиши налягането в отоплителния кръг;
• за разлика от котлите с нагревателни елементи, няма опасност от авария при недостатъчно ниво на охлаждащата течност в резервоара на котела – липсата на охлаждаща течност ще доведе само до прекратяване на работата на котела, тъй като няма да има електрическа верига между електродите;
• изключително ниската инерция ви позволява ефективно да контролирате температурните условия по време на работа на котела с помощта на автоматизация, в резултат на това се постига най-малко консумацията на енергия от отоплителната система – температурата в отопляваните помещения винаги ще бъде на нивото, което е зададено на автоматичния контролер;
• спада на напрежението в електрическата мрежа не навреди на йонния котел – само неговата мощност се променя, работата не спира;
• инсталирането като допълнителен източник на топлинна енергия е разрешено инсталирането на няколко йонни котли едновременно;
• няма абсолютно никакво отрицателно въздействие върху околната среда.

Минуси на електродния котел:

• консумира само променлив ток, с постоянен ток ще се случи електролиза на водата;
• високи изисквания към електролитните характеристики на охлаждащата течност, когато те се променят, качеството на работа (производство на топлина) рязко намалява. Необходимо е да се контролира електрическата проводимост на охлаждащата течност;
• изисква задължително заземяване (обаче, като всяко отоплително устройство с бойлер). В същото време рисковете от токов удар при повреда на изолацията са по-високи от рисковете на нагревателните елементи;
• температурата на нагряване на охлаждащата течност не трябва да надвишава 75 ° C, в противен случай консумацията на енергия в котела сериозно ще се увеличи;
• образуването на котлен камък върху електродите намалява мощността на котела, тъй като предотвратява йонизацията на охлаждащата течност;
• високи изисквания към качествените характеристики на отоплителните устройства;
• необходимостта от оборудване на отоплителната система с циркулационна помпа;
• износване на електроди, причинено от променливо напрежение, което изисква периодична подмяна;
• в климатизиран отоплителен кръг, съдържащ топлоносител-електролит, корозионните процеси ще бъдат ускорени многократно;
• в едножилна система използването на загрята вода за битови нужди е неприемливо;
• пускането в експлоатация изисква участието на специалисти – практически е невъзможно да се намали независимо омичното съпротивление на водата с повишаване на нейната проводимост до оптималното ниво;
• електрическата проводимост на охлаждащата течност се променя по време на работа, необходимо е да се контролира, и следователно да притежавате съответните знания и оборудване.

Устройство и монтаж на електродния котел

Той има доста опростен дизайн, при който се обръща специално внимание на защитата срещу електрически течове: твърдо изтеглена стоманена тръба като тяло, отгоре е покрита с електрически изолационен слой от полиамид; тръби за вход и изход на охлаждащата течност; клеми за захранване на кутията и земята; специален сплавен електрод (трифазните котли са оборудвани с три електроди), изолирани с полиамидни гайки; допълнителна изолация с гумени уплътнения на съединителите.

Външно битов йонен котел има цилиндрична форма, диаметърът му обикновено не надвишава 320 мм, дължината – 600 мм, а теглото – 12 кг. Най-малката мощност – 2 kW (за отопление на помещения около 80 m³), максимум – 50 кВт (отопление на пространството около 1600 m³). Еднофазните котли имат мощност от 2 до 6 кВт, трифазни – от 9 до 50 кВт. Консумацията на енергия на котела достига номиналното ниво (декларираният от производителя капацитет в киловати), когато температурата вътре в него достигне 75 ° C – при по-ниски температури консумацията на енергия е по-ниска, тъй като текущата проводимост е по-ниска при по-студена охлаждаща течност. Трябва да се отбележи, че температурата от 75 ° C е оптимална за йонните котли, тъй като с развитието на по-висока температура консумацията на енергия на котлите ще надвиши посочената в информационния лист..

Към електродния котел е включена система за автоматично управление (контролер), която включва електронен термостат, автоматична защита срещу пренапрежения на електрозахранването и стартер. Някои модели контролери позволяват директно управление и дистанционно управление чрез gsm канали. Именно контролерът осигурява икономията на електроенергия, декларирана от производителите на йонни котли – за разлика от отоплителната вода с помощта на нагревателни елементи, нагряването с електрод ви позволява да промените температурата на охлаждащата течност за по-кратко време, защото има ниска инерция.

В отворена отоплителна система с естествена циркулация на охлаждащата течност, последният придвижва тръбите нагоре поради термично разширение и налягане в йонния котел, влиза в радиаторите и се охлажда, след което се връща през тръбата за връщане към котела, където се загрява и повтаря цикъла отново. Затворената отоплителна система е допълнително оборудвана с разширителен резервоар-експансомат и циркулационна помпа, което е необходимо в началния етап на нагряване на охлаждащата течност.

При монтажа на електроден котел задължително изискване е оборудването на отоплителния кръг в най-високата му точка с група за безопасност – автоматичен вентилационен отвор, манометър, разрушителен (обратнозащитен) клапан. В отворени системи контролни или спирателни клапани трябва да се монтират само след разширителния резервоар, т.е. тръбната секция между изхода на котела и до разширителния резервоар не трябва да съдържа спирателни клапани! В системи от затворен тип спирателните клапани се инсталират на част от тръбопровода след разширителния резервоар и преди да влязат в котела. Ако обаче веднага след излизането от котела е инсталирана група за безопасност, тогава спирателните клапани могат да бъдат монтирани преди expansomat – в този случай разширителният резервоар трябва да бъде монтиран в секцията за връщане.

Йонни котли от всеки модел са инсталирани в отоплителната система строго вертикално, със собствено закрепване към стената. Първите 1200 mm тръбопроводи за подаване на охлаждащата течност към котела са направени от метална, а не поцинкована тръба, тогава е разрешено използването на металопластични тръби.

Надеждното заземяване на йонния котел е наложително, тъй като в случай на изтичане на ток този проблем не може да бъде решен с помощта на RCD. Заземяващият меден проводник трябва да има напречно сечение от 4 до 6 мм, неговото съпротивление не трябва да бъде повече от 4 ома – проводникът е свързан към нулевия терминал, разположен в долната част на тялото на котела. Заземяването трябва да отговаря на изискванията на PUE.

В идеалния случай се предвижда инсталиране на електроден котел в нова отоплителна система, предварително измита с чиста вода. При поставяне на котел в съществуваща верига той трябва да бъде промит обилно с вода със специални агенти, добавени към него – техният списък и пропорции са описани в техническия паспорт на котела, всеки производител настоява за използването на определени инхибитори. Ако това условие не е изпълнено, солевите отлагания (скалата) ще попречат на финото регулиране на омичното съпротивление на охлаждащата течност..

Когато избирате отоплителни радиатори за система с йонно котле, обърнете голямо внимание на тяхната консумация на охлаждащата течност в литри – трябва да разберете колко литра консумира един радиатор, след което да изчислите общото изместване на базата на необходимия брой радиатори. Трябва да се отбележи, че особено просторни отоплителни устройства не са подходящи, защото Такава отоплителна система ще консумира повече от 10 литра охлаждаща течност на киловат от инсталираната мощност на котела, което ще я принуди да работи непрекъснато, а това не е печелившо от гледна точка на потреблението на електроенергия. В идеалния случай общото изместване на отоплителната система трябва да бъде около 8 литра на киловат мощност..

Според материала на производство биметалните и алуминиеви радиатори са най-подходящи за отоплителни системи с електроден котел. При избора на алуминиеви отоплителни устройства важен критерий е произходът на алуминия – дали той е първичен (т.е. получен от естествени материали – боксит, алунит, нефелин и др.) Или вторичен, претопен от рециклирани материали. Проблемът е, че по-евтините радиатори, изработени от вторичен алуминий, са изработени от сплав с високо съдържание на примеси, които повишават омичната устойчивост на охлаждащата течност..

В отворените отоплителни системи би било правилно да се инсталират отоплителни устройства, изработени от алуминий с вътрешно полимерно покритие, което намалява корозията; в затворени системи такива радиатори не са необходими – корозионните процеси се активират, когато има въздух в обема на охлаждащата течност, т.е. съдържанието му на сол не причинява корозия.

Чугунените радиатори за отоплителни системи с отопление на охлаждащата течност от електроден котел са най-малко подходящи, тъй като те са силно замърсени отвътре и частиците мръсотия ще повлияят на проводимостта на тока. В допълнение, чугунените радиатори консумират значително количество охлаждаща течност, което може да надвиши инсталирания капацитет на този модел йонни котли – ще са необходими по-мощните му модели. Производителите на електродни котли позволяват използването на чугунени радиатори при следните условия: те се произвеждат в съответствие с европейския стандарт (т.е. в Турция или Чехословакия); на връщащата линия, преди да влязат в котела, в тръбопровода се монтират кални колектори (уловители на утайки) и груби филтри.

Йонен котел – цени и производители

Електродни котли на следните производители са представени в Русия и страните от ОНД – руското ЗАО „Фирма“ Галан „(едноименната марка), латвийското LLC“ Stafor EKO „(същата марка) и украинското SPD-FO Goncharenko O.A. (марка „EOU“ (енергоспестяваща отоплителна инсталация)).

Цената на електроден котел зависи от неговата мощност – бойлер с мощност 2 кВт ще струва на купувача средно 3000 рубли. Трябва да се има предвид, че наборът от необходима автоматизация се продава, като правило, отделно – цената му ще бъде около 6500 рубли, т.е. два пъти по-скъп от самия котел.

Гаранционният срок за електроден котел, в зависимост от производителя, варира от една година до две години. Средният експлоатационен живот на такива котли е около 10 години, при спазване на експлоатационните изисквания за охлаждащата течност и навременната подмяна на електродите (приблизително на всеки 2-4 години).

Накрая

Когато създавате отоплителна система, основана на нагряване на охлаждащата течност от електроден котел, трябва да се спазват следните нюанси:

• консумацията на електроенергия на котела е значително по-висока, ако е инсталирана в предварително използван отоплителен кръг. По-добре е да инсталирате йонния котел в схема, специално създадена за него;
• когато използвате антифриз като охлаждаща течност, трябва да се обърне специално внимание на разглобяемите връзки, тъй като неговата течливост е по-висока от тази на водата;
• всички тръби, които образуват отоплителния кръг, трябва да бъдат обвити със слой топлоизолация – тази мярка ще улесни задачата на котела да достигне оптималния режим на работа;
• ако групите отоплителни радиатори са разположени на различни нива (етажи) на сградата, тогава ще бъде по-ефективно, макар и по-малко изгодно икономично, да инсталирате независими йонни котли с необходимата мощност за всяка група.

Йоновите (електродни) котли не са подходящи за отоплителни системи като „топъл под“ или „топъл цокъл“, тъй като температурата на циркулиращата в тях охлаждаща течност не трябва да надвишава 45 ° С – котелът няма да може да достигне необходимата работна температура.