Инверторные котлы отопления для частного дома, принцип их работы, монтаж

Что собой представляют и для чего нужны инверторы для котла отопления

Инвертор – это преобразователь постоянного тока в переменный с изменением величины напряжения. Он питается от встроенного или внешнего аккумулятора с напряжением 12, 24 или 48 В и генерирует на выходе напряжение 220 В, характерное стандартной однофазной бытовой электросети. Современные инверторы для котлов отопления также выдают стабильную синусоиду частотой 50 Гц, именно такая частота требуется для работы энергозависимых котлов.

Инвертор напряжения в котельной

Хотя оборудование не является обязательным, его важность часто недооценивают. Инвертор необходим, чтобы:

  • в автоматическом режиме, без перебоя в работе обеспечить нормальное питание любому энергозависимому котлу в случае перебоя в электроснабжении;
  • восстановить нормальное напряжение 220 В в случае падения напряжения в сети ниже критической отметки, необходимой для работы котла;
  • предотвратить замерзание системы отопления и ее повреждение вследствие отключения котла (если в качестве теплоносителя не используется антифриз);
  • предотвратить выход из строя комплектующих котла вследствие скачка или падения напряжения, чаще всего это электронная плата управления (автоматика). Особенно уязвимы дорогостоящие котлы со сложной автоматикой такие, как Viessmann , Vaillant, Lamborgini , Ferroli , но также это касается и котлов российского производства, например энергозависимых моделей Лемакс . В таком случае инвертор отключит внешнее питание от электросети и на определенное время обеспечит нормальные характеристики электрического тока.

Многие производители оснащают современные модели инверторов дополнительными модулями: зарядным устройством, контроллером и т.д.. Это стирает многие отличия от ИБП (источников бесперебойного питания, имеющих более широкий функционал) и вызывает путаницу. В зависимости от модели, современный инвертор может иметь даже больший функционал, чем ИБП, хотя в классическом виде преобразователь напряжения – это лишь один из элементов источника бесперебойного питания.

Поэтому выбор между приборами неоднозначный, мы рекомендуем всегда сравнивать не разницу между приборами в целом, а возможности и стоимость конкретной модели преобразователя с возможностями и стоимостью конкретной модели источника бесперебойного питания.

Но в целом главное знать, что самый простой инвертор обеспечивает более длительное питание (от 2-4 часов и более), чем самый простой ИБП (от 20 до 30 мин). При этом стоимость бюджетного преобразователя даже с учетом покупки аккумулятора в среднем в 2 раза ниже, чем стоимость бюджетного бесперебойника.

Устройство и принцип работы

Принцип действия инвертора как отдельного элемента довольно прост. Чтобы обеспечить питание работающего от переменного напряжения потребителя (котла), подключив источник постоянного тока (аккумулятор), необходимо подключить источник сначала одной полярностью, затем отключить и подключить его уже обратной полярностью. Соответственно, чтобы получить требуемую частоту 50 Гц, необходимо произвести алгоритм переключения 50 раз в секунду, что и делают современные инверторы.

Функции переключения выполняет электронная плата с набором транзисторов или тристоров, работающих в ключевом режиме. Преобразователи мощностью свыше 300 Ватт выделяют при такой работе большое количество тепловой энергии, поэтому дополнительно оснащаются системой охлаждения.

Схема работы инвертора

Рассмотрим принцип работы инвертора на примере схематического изображения выше. Слева изображен аккумулятор с клеммами 12 и котел RHLH1 активно-индуктивного характера с клеммами 34. В момент времени I котел клеммами 34 подключается к клеммам 12, при этом напрвление тока – от к LHRH1. В следующий момент времени II клеммы 34 изменяют свое положение и направление тока меняется на противоположное относительно котла – потребителя электрической энергии.

Просто и доступно о видах преобразователей напряжения

Вид инвертора – это основной критерий при выборе, с которым необходимо определиться в первую очередь. Каждый из видов обладает определенными свойствами, алгоритмом работы и характеристиками.

Off-line

Off-line инверторы также называют резервными, они имеют наиболее простую конструкцию и алгоритм работы:

  1. При нормальном напряжении в электросети, инвертор бездействует, а котел работает в штатном режиме, исключительно от электросети.
  2. Как только напряжение в электрической сети снижается ниже критической отметки (обычно 175-190 В) или пропадает вовсе, инвертор мгновенно переключает питание котла на подключенный к преобразователю аккумулятор. Переключение происходит незаметно, в современных моделях за 4-8 мс, чего достаточно для бесперебойной работы котлоагрегата.
  3. Как только напряжение в электрической сети восстанавливается, инвертор переключает питание на основную сеть и переходит в режим ожидания.
Рекомендуем:  Удельная теплота сгорания топлива и горючих материалов - таблицы энергии топлива

Также большинство приборов рассчитаны и на превышение напряжения, обычно они срабатывают при значениях свыше 260-300 В. Off-line инверторы наиболее простые и недорогие, цены на них начинаются от 4 тыс. руб.

Однако их лучше не использовать, если напряжение в электросети скачет слишком часто или постоянно. При такой нестабильности преобразователь производит переключения с основного источника питания на резервный слишком часто, что приводит к очень быстрому износу аккумуляторов.

Line-interactive

Линейно-интерактивный преобразователь напряжения

Линейно-интерактивные (Line-interactive) преобразователи напряжения являются наиболее оптимальными и универсальными для современного котла отопления. Помимо преобразователя и переключающего реле, как в Off-line приборах, в линейно-интерактивных моделях используется стабилизатор напряжения.

В стандартном режиме котел все так же потребляет электроэнергию из основной сети, однако напряжение выравнивается встроенным стабилизатором, некоторые более технологичные модели оснащены дополнительными фильтрами, сглаживающими шумы, устраняющими помехи в сети и т.д. При такой работе аккумулятор используется реже, а эффективность использования электроэнергии (КПД) гораздо выше.

Линейно-интерактивные модели часто имеют встроенный аккумулятор, способный обеспечить работу котла на протяжении 20-120 минут, при этом также возможно и подключение внешних дополнительных аккумуляторов, способных продлить автономность до нескольких дней.

Line-interactive инвертора достаточно всегда будет достаточно для любого газового, твердотопливного или маломощного электрического котла. Однако недостатки у такого оборудования также есть – слабое сглаживание синусоиды при помехах, нарушение ее равномерности при глубоких просадках или перепадах (время переключения 4-6 мс не защищает слишком чувствительные модули).

On-line

Наиболее технологичные и дорогостоящие инверторы с двойным преобразованием. Упрощенный алгоритм работы выглядит так:

  1. На входе инвертор преобразует переменное напряжение электрической сети в постоянное, величиной 12 В.
  2. На выходе инвертор преобразовывает 12 V в 220 V с идеально чистой синусоидой частотой 50 Гц.

Аккумуляторы в таком устройстве выполняют роль буферной емкости, необходимой для выравнивания параметров тока. Преимуществом технологии является то, что котел не контактирует с электрической сетью напрямую и при любых параметрах тока в сети получает идеальную, чистую синусоиду, выдаваемую инвертором. Однако в виду двойного преобразования, КПД такого оборудования ниже, до 90%.

Особенности оборудования

У инверторного котла, как и у каждого вида отопительных приборов, имеются свои плюсы. Благодаря этому оборудование пользуется достаточной популярностью среди потребителей и постепенно применяется все чаще. При этом, естественно, не обойтись и без минусов, хотя у таких котлов они не очень существенны.

Преимущества и недостатки инверторного отопления

Инверторы в широком понимании являются устройствами, преобразующими постоянный ток в переменный, а принцип их работы основан на явлении электромагнитной индукции. Чем отличается инверторное отопление от других видов отопительных систем?
Список различий довольно внушителен:

  1. В конструкции инверторных котлов отсутствуют подвижные детали и механизмы, поэтому износоустойчивость таких устройств выше. Таким образом, срок службы инверторных котлов значительно выше аналогичных устройств другого типа и обычно составляет не менее 10 лет.
  2. Инверторные котлы имеют довольно простую конструкцию, и при необходимости его можно собрать самостоятельно.
  3. Теплоноситель в инверторных котлах нагревается гораздо быстрее, чем в любой другой отопительной системе. Причина проста: в инверторных устройствах отсутствует привычный теплообменник, поэтому вся тепловая энергия идет на нагрев теплоносителя.
  4. Почти каждый инверторный котел может работать с любым видом теплоносителя, поскольку в непосредственный контакт рабочие элементы котла с теплоносителем не вступают. Теплоноситель может оказывать влияние только на характеристики и показатели отопительной системы, но котел будет работать в штатном режиме.
  5. Инверторные котлы стоят довольно дорого: если сравнивать с обычной бытовой техникой, то инверторный котел будет стоить как минимум в 2-3 раза больше.
  6. Бытовые инверторные котлы имеют большой вес, но габариты таких устройств компенсируют этот недостаток. К тому же, удачная форма позволяет расположить такую конструкцию практически в любом месте.
  7. Регулировка котла осуществляется при помощи сложных электронных систем, которые будут обеспечивать беспрерывную работу и контроль параметров котла. Таким образом, несмотря на простоту сборки самого котла, для самостоятельного создания контролирующих элементов придется изучить электронику. Установка электронных систем является обязательной, иначе оборудование может получить повреждения и выйти из строя.
  8. Инверторные отопительные приборы не создают шума и относятся к пожаробезопасным устройствам: при работе не используется топливо, из-за которого может произойти воспламенение, и отсутствуют подвижные элементы.
  9. Такие системы экологически чисты: поскольку топливо не применяется, то нет и выбросов в окружающую среду, ведь продукты сгорания отсутствуют. 
Рекомендуем:  Твердотопливный котел "Бош": как правильно выбрать и купить подходящую модель, bosch котёл твердотопливный, протерм бобер

инверторы отопительные

Как выбрать инвертор для котла отопления

Определившись с видом, необходимо подобрать подходящие параметры преобразователя и определиться с необходимостью дополнительных возможностей.

Критерий выбора Оптимальные параметры Описание
1. Минимально необходимая мощность 300-600 Ватт (от 3 кВт для электрокотлов) Максимальная потребляемая мощность котла всегда указывается в его паспорте. Например, для газовых котлов это в среднем 130-140 Вт. Большие всего электроэнергии используется при розжиге, в этот момент потребление может вырасти еще на 100 Ватт свыше максимального. Также мы рекомендуем закладывать 25-30% запаса мощности. Итого, для газового котла нужен инвертор мощностью 300, лучше – 600 Ватт.
2. Диапазон входного напряжения От 180-190 до 250-260 В Диапазон входного напряжения определяет критические значения, при достижении которых преобразователь будет переключать питание на аккумуляторы. Соответственно, чем меньше отклонения от 220 В, тем безопаснее такие параметры для работы котла.
3. Амплитуда искажения синусоиды и выходного напряжения Частота: 50 Гц +- 0,5-1%

Напряжение: 220 В +-8-10%

Амплитуда отклонений на выходе определяет качество работы инвертора, встроенного стабилизатора и фильтров помех. Соответственно, чем меньше отклонение, тем более «чистым» и «безопасным» будет питание котла.
4. Коэффициент полезного действия при преобразовании КПД – 80-90% Указывается в технических характеристиках далеко не всегда и отображает насколько эффективно прибор использует электроэнергию.
5. Наличие дополнительных защит Защита от перегрузки

Защита от всплесков напряжения

Защита от молнии

Фильтрация

Базовой и необходимой считается защита от перегрузки, которая реализована во всех современных инверторах, дополнительные защиты повышают безопасность и расширяют возможности, но и повышают стоимость прибора.

Также стоит обратить внимание на наличие встроенного аккумулятора и возможность подключения внешних источников питания (также их количество). Некоторые инверторы имеют возможность подключения солнечных панелей с напряжением 12 или 24 В.

Монтаж системы отопления

Перед тем, как начинать установку инверторной отопительной системы в здании, необходимо определить, какое именно оборудование для этого понадобится. Мощность изделия выбирают в зависимости от площади отапливаемых помещений с учетом теплопотерь и небольшого запаса.

Ориентировочно считается, что 1 кВт производительности нагревательного оборудования достаточно для обеспечения нормальных микроклиматических условий на территории 8–10 кв. м.

Для помещений с нестандартной высотой, например, производственных цехов, киловатта хватит на обогрев 2 кубометров воздуха.

Особенности в зависимости от типа оборудования

По рассчитанной мощности котла выбирают вид необходимой для его подключения электросети, которая может быть одно- и трехфазной. Первая подходит для оборудования мощностью до 10–12 кВт, чаще всего применяющегося для отопления дач или небольших частных домов. Трехфазная рассчитана на инверторные устройства производительностью выше 6 кВт.

При этом котлы мощностью от 6 до 12 кВт могут подключаться к сети с напряжением и 220, и 380 Вольт. Такое оборудование разрешается использовать без создания дополнительного контура.

Кроме того, выбирая инверторный котел для производственных помещений большого размера, предпочитают промышленное оборудование, имеющее увеличенные габариты, большие теплообменники и сложную систему преобразования тока. В то время как для домашнего использования понадобится бытовая модель, сравнительно компактная и дешевая.

Что учесть при установке?

Использование котлов инверторного типа позволяется и в самотечных, и в напорных системах отопления. С учетом того, что скорость нагрева теплоносителя большая, рекомендуется устанавливать в системе устройство для дозирования подачи воды из устройства в общую систему труб. Таким образом снижается потребность в новой нагретой жидкости и увеличивается эффективность прибора.

Перед началом монтажа стоит выяснить, достаточно ли будет параметров существующей электропроводки для работы нового оборудования. При необходимости провода заменяют другими, с большим сечением. Если же необходима трехфазная сеть, прокладываются дополнительные кабели отдельно от общей сети электроснабжения. Кроме того, для оборудования необходим специальный защитный блок, автоматически отключающий питание при резких перепадах напряжения в сети.

Устраивая инверторное отопление, следует не забыть:

  • предусмотреть монтаж в системе специального воздуховыпускного клапана;
  • об установке расширительного бака, необходимого для компенсации теплового расширения жидкости, а также циркуляционного насоса (если, конечно, система не является безнапорной);
  • о расположении котла на определенном расстоянии от предметов мебели и других вещей;
  • заземлить оборудование.

Также рекомендуется укомплектовать котел таким устройством для дистанционного управления, как электронный программатор или даже GSM-модуль. С их помощью можно обеспечить достаточно удобное отопление, например, загородного дома, посещаемого не ежедневно, а только на выходных.

Установка инверторного котла своими руками

При самостоятельной установке электрооборудования необходимо иметь некоторые знания и умения, но их перечень обычно невелик. Когда все материалы и инструменты готовы, можно начинать установку отопительной системы. Учитывая возможность внезапного отключения электричества, необходимо принять меры, которые позволят уберечь оборудование от повреждений.

Отличным решением данной проблемы будет приобретение инверторных отопительных батарей, стоимость которых довольно высока, но в дальнейшем они позволяют существенно сэкономить на обогреве здания. 

Установка инверторных батарей дает возможность свести к минимуму возможный риск возникновения неполадок при отключении электроэнергии: автоматика за 10 миллисекунд переключит оборудование на режим резервного питания, что позволит удерживать рабочий температурный режим на прежнем уровне. Когда электричество включится, будет осуществлена обратная процедура, и котел будет работать в штатном режиме. Таким образом, инверторное отопление дома позволяет минимизировать контроль системы. 

Чем хорош и чем плох инверторный котел

Инверторный котел отопления имеет несколько преимуществ:

  • Так как нет нагревательных элементов, то эксплуатационные характеристики увеличиваются.
  • Инерционность нагревания маленькая. Так, если в системе есть центробежный насос, то скорость нагревания носителя тепла будет выше.
  • Уменьшенные требования к химическим свойствам теплоносителя. Ведь нагревательный элемент, в данном случае – обмотка, не контактирует прямым образом с водой. Поэтому химический состав носителя тепла будет определяться только свойствами радиаторов и труб.

инверторы для котлов отопления

Среди недостатков стоит выделить:

  • Прежде всего, стоимость. Если сравнивать с котлами на ТЭНах, то инверторные котлы будут дороже.
  • Довольно большие размеры и вес. Чтобы организовать отопительную систему в больших помещениях, потребуется объемная камера теплообмена, поэтому и большее количество витков в катушке.
  • Для регулирования мощности требуется сложная электронная система управления.

Несмотря на наличие таких недостатков, количество объектов, отапливаемых котлами, которые используют инверторы для котлов отопления, растет.

Организация отопительной системы

В зависимости от того, какая мощность, все инверторные котлы можно поделить на такие типы:

  • Промышленные. Они имеют большие габариты, довольно сложную систему преобразования тока (осуществляет инвертор для котла отопления), объемные теплообменники.
  • Бытовые. Для такого вида моделей характерны относительно небольшие габариты, а также – возможность работать от сети и от аккумуляторов.

Чтобы организовать отопительную систему инверторного типа, следует тщательно предварительно спроектировать ее.

Когда котел работает – общая нагрузка в электросети помещений будет повышаться, поэтому прокладку проводки нужно будет проводить с большим сечением.

Важный аспект – это безопасность котла. И этот нюанс должен быть надлежащим образом обеспечен. Так, потребуется установить защитный электрический блок, который будет автоматически обесточивать котел, если в сети будут наблюдаться перепады напряжения.

Цены: итоговая таблица

Модель Вид Доступные номинальные мощности, Вт Диапазон входного напряжения, В Цена, руб.
CyberPower SMP550EI Off-line 200, 300, 375 Расширенный: 100-280

Обычный: 190-260

6 200-7 900
Exmork NB-Y300W LCD DC12V Line-interactive 300, 600, 800, 1000 140-280 6 100-6 500
POWERMAN ONLINE 1000 On-Line 900, 1800, 2700 115-295 12 900-15 500
СибКонтакт ИС2-12-300 Off-line 300 220-300 3 900-5 000

Автономные источники питания

Нередко для нормальной работы электрической отопительной системы ей приходится периодически переключаться на альтернативный источник питания, и аккумуляторы в таком случае будут гораздо удобнее, чем генераторы. Объяснение этой причины лежит на поверхности: генераторы очень зависимы от наличия топлива, которое нужно приобретать, доставлять, хранить и заправлять.

Аккумуляторы дают возможность исключить действия человека, поскольку все переключения в таком случае будут осуществляться автоматически. Кроме того, батареи гораздо лучше с точки зрения экологии и экономики, несмотря на их высокую стоимость. 

Заключение
Инверторное отопление является отличным решением для обогрева дома. Стоимость приобретения и установки такой конструкции обычно довольно высока, но в долгосрочной перспективе эти затраты компенсируются за счет хороших показателей такой системы.

Источники
  • https://GradusPlus.com/kotly/invertor-dlya-kotla-otopleniya/
  • https://x-teplo.ru/otoplenie/kotly/invertornye.html
  • https://teplospec.com/alternativnoe-otoplenie/invertornoe-otoplenie-doma-chto-i-kak-rabotaet.html
  • https://otoplenie-doma.org/invertornye-kotly-otopleniya.html

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Mastack.ru
Adblock
detector