Przegląd kotłów jonowych – podgrzewamy wodę prądem elektrycznym

Treść artykułu

• Historia i zasada działania kotła jonowego (elektrody)
• Charakterystyka kotłów jonowych (elektrodowych)
• Urządzenie i instalacja kotła elektrodowego
• Kocioł jonowy – ceny i producenci
• Na końcu

W tym artykule: kocioł elektrodowy – dzieło przedsiębiorstw obronnych; jak działa kocioł jonowy; czy można podgrzewać wodę bez źródła ciepła; niższy opór omowy – dodaj sól do wody; wady i zalety kotłów jonowych; urządzenie kotła elektrodowego; jak prawidłowo zainstalować kocioł elektrodowy; które urządzenia grzewcze mogą być używane w obwodzie z kotłem jonowym, a które nie; producenci i ceny; na koniec – niuanse instalacji kotłów jonowych.

Ile znasz sposobów ogrzewania domu energią elektryczną? Najczęściej na myśl przychodzi kocioł z podgrzewaczem wody – mając dużą rezystancję, nitka nichromowa wewnątrz takiej grzałki nagrzewa się, przenosząc ciepło do napełniacza rury, następnie do metalowej obudowy i wreszcie do wody. Dlaczego nie uprościć zadania i nie podgrzać chłodziwa bez przechodzenia przez pośrednika, ponieważ można to zrobić za pomocą prymitywnych elektrod z dwóch żyletek, podłączając do nich przewody i podłączając je do zasilania? Z tej logiki wyszli twórcy pierwszych modeli kotłów jonowych (elektrodowych), pierwotnie opracowanych na potrzeby Marynarki Wojennej ZSRR..

Historia i zasada działania kotła jonowego (elektrody)

Ten typ kotłów grzewczych powstał w połowie ubiegłego wieku przez przedsiębiorstwa kompleksu obronnego na potrzeby floty podwodnej ZSRR, w szczególności do ogrzewania przedziałów okrętów podwodnych z silnikami wysokoprężnymi. Kocioł elektrodowy w pełni spełniał warunki zamawiania okrętów podwodnych – miał wyjątkowo małe wymiary jak na konwencjonalne kotły grzewcze, nie potrzebował okapu, nie generował hałasu podczas pracy, skutecznie podgrzewał chłodziwo, które było najbardziej odpowiednie dla zwykłej wody morskiej.

Do lat 90. zamówienia dla przemysłu obronnego gwałtownie spadły, a wraz z tym zapotrzebowanie marynarki wojennej na kotły jonowe zostało zredukowane do zera. Pierwsza „cywilna” wersja kotła elektrodowego została stworzona przez inżynierów A.P. Ilyin i D.N. Kunkov, który otrzymał odpowiedni patent na swój wynalazek w 1995 roku.

Zasada działania kotła jonowego opiera się na bezpośrednim oddziaływaniu płynu chłodzącego, który zajmuje przestrzeń między anodą i katodą, z prądem elektrycznym. Przepływ prądu elektrycznego przez chłodziwo powoduje chaotyczny ruch jonów dodatnich i ujemnych: pierwsze poruszają się w kierunku ujemnie naładowanej elektrody; drugi – do naładowanych dodatnio. Ciągły ruch jonów w ośrodku, który opiera się temu ruchowi, powoduje szybkie nagrzewanie się chłodziwa, co jest szczególnie ułatwione poprzez zmianę ról na elektrodach – co sekundę ich polaryzacja zmienia się 50 razy, tj. każda z elektrod w ciągu jednej sekundy będzie anodą 25 razy, a katodą 25 razy, ponieważ są one podłączone do źródła prądu przemiennego o częstotliwości 50 Hz. Należy zaznaczyć, że to właśnie tak częsta zmiana ładunku na elektrodach nie pozwala wodzie na rozkład na tlen i wodór – do elektrolizy wymagany jest stały prąd elektryczny. Wraz ze wzrostem temperatury w kotle wzrasta ciśnienie, powodując cyrkulację chłodziwa wzdłuż obwodu grzewczego.

Tym samym elektrody zamontowane w zbiorniku kotła jonowego nie uczestniczą bezpośrednio w podgrzewaniu wody i nie nagrzewają się – za wzrost temperatury wody odpowiadają jony naładowane dodatnio i ujemnie, rozszczepiane pod wpływem prądu elektrycznego z cząsteczek wody..

Ważnym warunkiem efektywnej pracy kotła jonowego jest obecność rezystancji omowej wody na poziomie nie większym niż 3000 Ohm przy 15 ° C, dla której chłodziwo musi zawierać pewną ilość soli – początkowo kotły elektrodowe powstały pod wodą morską. Oznacza to, że jeśli wlejesz wodę destylowaną do systemu grzewczego i spróbujesz go ogrzać kotłem jonowym, nie będzie ogrzewania, ponieważ w takiej wodzie nie ma soli, co oznacza, że ​​nie będzie obwodu elektrycznego między elektrodami.

Charakterystyka kotłów jonowych (elektrodowych)

Posiadając pozytywne cechy charakterystyczne dla kotłów elektrycznych, ten typ kotłów ma również wiele własnych. Zwrócę uwagę na wszystkie zalety:

• wysoka sprawność, bliska 100% (jednak każda nagrzewnica elektryczna ma sprawność co najmniej 96%);
• wyjątkowo małe wymiary przy dużej mocy w porównaniu z innymi kotłami;
• nie jest wymagany komin;
• w stanie samodzielnie podnieść ciśnienie w obwodzie grzewczym;
• w przeciwieństwie do kotłów z elementami grzewczymi nie ma niebezpieczeństwa wypadku przy niewystarczającym poziomie chłodziwa w zbiorniku kotła – brak chłodziwa doprowadzi tylko do zakończenia pracy kotła, ponieważ nie będzie obwodu elektrycznego między elektrodami;
• wyjątkowo niska bezwładność pozwala na efektywną kontrolę warunków temperaturowych podczas pracy kotła za pomocą automatyki, dzięki czemu uzyskuje się najmniej energochłonną pracę instalacji grzewczej – temperatura w ogrzewanych pomieszczeniach zawsze będzie na poziomie zadanym przez regulator automatyczny;
• spadki napięcia w sieci elektrycznej nie szkodzą kotłowi jonowemu – zmienia się tylko jego moc, praca nie ustaje;
• instalacja jako dodatkowe źródło energii cieplnej dopuszcza się jednoczesną instalację kilku kotłów jonowych;
• nie ma absolutnie żadnego negatywnego wpływu na środowisko.

Wady kotła elektrodowego:

• zużywa tylko prąd przemienny, przy prądzie stałym nastąpi elektroliza wody;
• wysokie wymagania dotyczące właściwości elektrolitycznych chłodziwa, gdy się zmieniają, jakość pracy (wytwarzanie ciepła) gwałtownie spada. Wymagana jest kontrola przewodności elektrycznej chłodziwa;
• wymaga obowiązkowego uziemienia (jednak jak każde urządzenie grzewcze z podgrzewaczem wody). Jednocześnie ryzyko porażenia prądem w przypadku przebicia izolacji jest wyższe niż w przypadku elementów grzejnych;
• temperatura nagrzewania chłodziwa nie powinna przekraczać 75 ° C, w przeciwnym razie zużycie energii przez kocioł znacznie wzrośnie;
• tworzenie się kamienia na elektrodach zmniejsza moc kotła, ponieważ zapobiega jonizacji chłodziwa;
• wysokie wymagania dotyczące cech jakościowych urządzeń grzewczych;
• potrzeba wyposażenia systemu grzewczego w pompę obiegową;
• zużycie elektrod spowodowane napięciem przemiennym, wymagające okresowej wymiany;
• w klimatyzowanym obiegu grzewczym zawierającym chłodziwo-elektrolit procesy korozji będą wielokrotnie przyspieszane;
• w systemie jednoprzewodowym stosowanie podgrzanej wody na potrzeby domowe jest niedopuszczalne;
• prace rozruchowe wymagają zaangażowania specjalistów – praktycznie niemożliwe jest samodzielne obniżenie rezystancji omowej wody wraz ze wzrostem jej przewodnictwa do optymalnego poziomu;
• przewodnictwo elektryczne chłodziwa zmienia się podczas pracy, konieczne jest jej kontrolowanie, a zatem posiadanie odpowiedniej wiedzy i sprzętu.

Urządzenie i instalacja kotła elektrodowego

Ma dość prostą konstrukcję, w której szczególną uwagę zwraca się na ochronę przed upływem prądu: korpus ze stali ciągnionej w całości pokryty jest warstwą elektroizolacyjną z poliamidu; rury wlotowe i wylotowe chłodziwa; zaciski do zasilania obudowy i uziemienia; specjalna elektroda stopowa (kotły trójfazowe są wyposażone w trzy elektrody), izolowana nakrętkami poliamidowymi; dodatkowa izolacja z gumowymi uszczelkami na złączach.

Zewnętrznie kocioł jonowy do użytku domowego ma kształt cylindryczny, jego średnica zwykle nie przekracza 320 mm, długość – 600 mm, a waga – 12 kg. Najmniejsza moc – 2 kW (do ogrzewania pomieszczeń około 80 m³), maksymalnie – 50 kW (ogrzewanie pomieszczeń ok. 1600m2³). Kotły jednofazowe mają moc od 2 do 6 kW, kotły trójfazowe od 9 do 50 kW. Zużycie energii przez kocioł osiąga poziom nominalny (moc deklarowana przez producenta w kilowatach), gdy temperatura wewnątrz kotła osiągnie 75 ° C – przy niższych temperaturach zużycie energii jest mniejsze, gdyż w chłodniejszym chłodziwie przewodnictwo prądu jest niższe. Należy zauważyć, że temperatura 75 ° C jest optymalna dla kotłów jonowych, ponieważ wraz z rozwojem wyższej temperatury, zużycie energii przez kotły będzie przekraczać podane w karcie katalogowej..

Do kotła elektrodowego dołączony jest automatyczny układ sterowania (sterownik), w skład którego wchodzi elektroniczny termostat, automatyczna ochrona przed przepięciami w sieci oraz rozrusznik. Niektóre modele kontrolerów umożliwiają zarówno bezpośrednie sterowanie, jak i zdalne sterowanie przez kanały GSM. To właśnie sterownik zapewnia deklarowane przez producentów kotłów jonowych oszczędności energii – w przeciwieństwie do podgrzewania wody za pomocą elementów grzejnych, podgrzewanie elektrod pozwala na zmianę temperatury chłodziwa w krótszym czasie, ponieważ ma małą bezwładność.

W otwartym systemie grzewczym z naturalną cyrkulacją chłodziwa, ten ostatni porusza się w górę rur z powodu rozszerzalności cieplnej i ciśnienia w kotle jonowym, wchodzi do grzejników i chłodzi, a następnie wraca rurą powrotną do kotła, gdzie nagrzewa się i ponownie powtarza cykl. Zamknięty system grzewczy dodatkowo wyposażony jest w zbiornik wyrównawczy-ekspansomat oraz pompę cyrkulacyjną wymaganą na początkowym etapie podgrzewania chłodziwa.

Podczas instalacji kotła elektrodowego obowiązkowym wymogiem jest wyposażenie obwodu grzewczego w najwyższym punkcie w grupę bezpieczeństwa – automatyczny odpowietrznik, manometr, zawór zakłócający (zwrotny). W systemach otwartych zawory regulacyjne lub odcinające należy montować tylko za naczyniem wzbiorczym, tj. odcinek rurowy między wylotem kotła a naczyniem wzbiorczym nie może zawierać żadnych zaworów odcinających! W systemach typu zamkniętego zawory odcinające są instalowane na odcinku rurociągu za zbiornikiem wyrównawczym i przed wejściem do kotła. Jeżeli jednak zaraz po wyjściu z kotła zostanie zamontowana grupa bezpieczeństwa, wówczas zawory odcinające można zamontować przed ekspansomatem – w tym przypadku naczynie wzbiorcze należy zamontować na odcinku powrotnym.

Kotły jonowe dowolnego modelu są instalowane w systemie grzewczym ściśle pionowo, z własnym mocowaniem do ściany. Pierwsze 1200 mm orurowania na doprowadzeniu chłodziwa do kotła wykonane są z metalowej rury nieocynkowanej, wówczas dozwolone jest stosowanie rur metalowo-plastikowych.

Niezawodne uziemienie kotła jonowego jest konieczne, ponieważ w przypadku upływu prądów tego problemu nie można rozwiązać za pomocą RCD. Miedziany przewód uziemiający musi mieć przekrój od 4 do 6 mm, jego rezystancja nie może przekraczać 4 omy – przewód podłączamy do zacisku zerowego znajdującego się w dolnej części korpusu kotła. Uziemienie musi spełniać wymagania PUE.

Idealnie planowane jest zainstalowanie kotła elektrodowego w nowym systemie grzewczym, wstępnie umytym czystą wodą. Podczas wstawiania kotła do istniejącego obwodu należy go dokładnie przepłukać wodą z dodanymi do niego specjalnymi środkami – ich lista i proporcje są opisane w paszporcie technicznym kotła, każdy producent nalega na użycie określonych inhibitorów. Jeśli ten warunek nie zostanie spełniony, osady soli (kamień) będą przeszkadzały w precyzyjnej regulacji rezystancji omowej chłodziwa..

Wybierając grzejniki do systemu z kotłem jonowym, zwróć szczególną uwagę na ich zużycie chłodziwa w litrach – musisz dowiedzieć się, ile litrów zużywa jeden grzejnik, a następnie obliczyć całkowite przemieszczenie na podstawie wymaganej liczby grzejników. Należy zauważyć, że szczególnie przestronne urządzenia grzewcze nie są odpowiednie, ponieważ Taki system grzewczy będzie zużywał ponad 10 litrów chłodziwa na kilowat mocy zainstalowanej kotła, co wymusi jego nieprzerwaną pracę, a to nie jest opłacalne z punktu widzenia zużycia energii elektrycznej. Idealnie, całkowite przemieszczenie systemu grzewczego powinno wynosić około 8 litrów na kilowat mocy..

W zależności od materiału, z którego są wykonane, grzejniki bimetaliczne i aluminiowe najlepiej nadają się do systemów grzewczych z kotłem elektrodowym. Przy wyborze aluminiowych urządzeń grzewczych ważnym kryterium jest pochodzenie aluminium – czy to pierwotne (tj. Otrzymane z materiałów naturalnych – boksyt, alunit, nefelina itp.), Czy wtórne, przetopione z materiałów pochodzących z recyklingu. Problem polega na tym, że tańsze grzejniki wykonane z wtórnego aluminium są wykonane ze stopu o dużej zawartości zanieczyszczeń, które zwiększają rezystancję omową chłodziwa..

W otwartych systemach grzewczych słuszne byłoby instalowanie urządzeń grzewczych wykonanych z aluminium z wewnętrzną powłoką polimerową ograniczającą korozję; w systemach zamkniętych takie grzejniki nie są potrzebne – procesy korozyjne są aktywowane, gdy w objętości chłodziwa znajduje się powietrze, tj. zawartość soli nie powoduje korozji.

Najmniej odpowiednie są żeliwne grzejniki do systemów grzewczych z podgrzewaniem chłodziwa z kotła elektrodowego, ponieważ są one silnie zanieczyszczone od wewnątrz, a cząsteczki brudu będą miały wpływ na przewodność prądu. Ponadto grzejniki żeliwne zużywają znaczną ilość chłodziwa, co może przekroczyć moc zainstalowaną tego modelu kotła jonowego – wymagane będą modele o większej mocy. Producenci kotłów elektrodowych dopuszczają stosowanie grzejników żeliwnych pod następującymi warunkami: są produkowane zgodnie z normą europejską (tj. W Turcji lub Czechosłowacji); na linii powrotnej przed wejściem do kotła w rurociągu zamontowane są kolektory błota (łapacze szlamu) i filtry zgrubne.

Kocioł jonowy – ceny i producenci

Kotły elektrodowe następujących producentów są reprezentowane w Rosji i krajach WNP – rosyjska spółka CJSC „Firma„ Galan ”(marka o tej samej nazwie), łotewska spółka LLC„ Stafor EKO ”(ta sama marka) oraz ukraińska SPD-FO Goncharenko O.A. (marka „EOU” (energooszczędna instalacja grzewcza)).

Koszt kotła elektrodowego zależy od jego mocy – kocioł o mocy 2 kW będzie kosztował kupującego średnio 3000 rubli. Należy pamiętać, że zestaw niezbędnej automatyzacji jest z reguły sprzedawany osobno – jego koszt wyniesie około 6500 rubli, tj. dwa razy droższe niż sam kocioł.

Okres gwarancji na kocioł elektrodowy, w zależności od producenta, wynosi od jednego roku do dwóch lat. Średnia żywotność takich kotłów wynosi około 10 lat, pod warunkiem spełnienia wymagań eksploatacyjnych dla chłodziwa i terminowej wymiany elektrod (co około 2-4 lata).

Na końcu

Podczas tworzenia systemu grzewczego opartego na podgrzewaniu chłodziwa z kotła elektrodowego należy przestrzegać następujących niuansów:

• pobór mocy przez kocioł jest znacznie wyższy, jeśli jest zainstalowany w wcześniej używanym obiegu grzewczym. Lepiej jest zainstalować kocioł jonowy w obwodzie stworzonym specjalnie dla niego;
• przy stosowaniu płynu niezamarzającego jako płynu chłodzącego należy zwrócić szczególną uwagę na rozłączalne połączenia, ponieważ jego płynność jest wyższa niż wody;
• wszystkie rury tworzące obieg grzewczy powinny być owinięte warstwą izolacji termicznej – taki zabieg ułatwi kotłowi osiągnięcie optymalnego trybu pracy;
• jeżeli grupy grzejników są zlokalizowane na różnych poziomach (kondygnacjach) budynku, wówczas bardziej efektywne, choć mniej opłacalne ekonomicznie, będzie zainstalowanie niezależnych kotłów jonowych o wymaganej mocy dla każdej grupy.

Kotły jonowe (elektrodowe) nie nadają się do systemów grzewczych typu „ciepła podłoga” czy „ciepły cokół”, ponieważ temperatura krążącego w nich chłodziwa nie powinna przekraczać 45 ° С – kocioł nie będzie w stanie osiągnąć wymaganej temperatury pracy.

Powiązane Wpisy:

1. Czy można tanio ogrzać dom prądem? Treść artykułu Drogie ogrzewanie za pomocą bezpośrednich systemów grzewczych Korzyści i koszt ogrzewania kotła Jak obniżyć koszty ogrzewania domu energią elektryczną Czy można tanio ogrzać dom prądem? Przy stosowaniu systemów autonomicznych...
2. Jak pić wodę, aby schudnąć – recenzje i wskazówki. Jak pić wodę do utraty wagi Treść artykułów Jak dieta wodna pomaga schudnąć? Jak pić wodę do utraty wagi? Ile wody do picia – wymagana ilość Jaką wodę lepiej pić, aby skutecznie schudnąć? Wideo na temat diety...
3. Schematy rurociągów kotłów grzewczych dla różnych typów cyrkulacji i obiegów Treść artykułu Podłączenie kotła do zasilania Kotły jedno i dwuprzewodowe Schemat orurowania kotła z naturalną cyrkulacją Schemat orurowania kotła z wymuszonym obiegiem Ogrzewanie jedno i dwururowe Schemat połączeń kolektora systemu grzewczego...
4. Izolacja do rur grzewczych lub zaopatrzenia w wodę – przegląd najlepszych materiałów o charakterystyce i koszcie Treść artykułów Izolacja termiczna rur Grzejnik do rur ze spienionego polietylenu Izolacja z folii do rur Izolacja do rur ze styropianu Bazaltowa izolacja rur Płynna izolacja rur Jak wybrać grzejnik do...