Электродные котлы отопления

Принцип работы и устройство

Электрический газовый генератор представляет собой агрегат, состоящий из двигателя внутреннего сгорания, использующего газ как топливо, и собственно генератора, находящегося с ним на одном валу. Генератор является электрической машиной, состоящей из вращающегося ротора и неподвижного статора. Вращаемый двигателем ротор создает напряжение на выводах обмотки статора, которое и потребляется нагрузкой.

В электрогенерирующих агрегатах могут применяться два вида генераторов:

Синхронные;
Асинхронные.

Синхронный генератор оснащен обмоткой возбуждения, расположенной на роторе и питающейся постоянным током через щеточный механизм. Магнитное поле ротора, создаваемое током возбуждения, индуцирует вращающееся магнитное поле в обмотках статора, причем, вращение этих полей происходит синхронно. Частота генерируемого напряжения определяется угловой скоростью вращения ротора, поэтому последняя должна быть постоянной, что достигается системой регулирования оборотов приводного двигателя внутреннего сгорания.

К недостаткам генераторов этого типа следует отнести достаточно сложную конструкцию, обусловленную наличием системы питания обмотки возбуждения и щеточного механизма, являющегося довольно частой причиной отказов.

Отдельный класс устройств образуют газовые генераторы на природном газе, содержащие инверторные преобразователи. В таких конструкциях используются асинхронные генераторы, имеющие многополюсное исполнение, вырабатывающие напряжение высокой частоты, которое после выпрямления поступает на вход инвертора. Инвертор преобразует постоянное напряжение, обеспечивая строго синусоидальную форму и стабилизированный уровень выходного сигнала.

Газогенераторы инверторного типа несут в себе преимущества синхронных и асинхронных генераторов: простоту конструкции электрической машины, не содержащей щеточный механизм, а также возможность гибко реагировать на изменение нагрузки, стабилизируя напряжение. Кроме этого, качество синусоиды выходного напряжения, задаваемое микропроцессорным блоком, выше, чем в чисто электромашинных системах.

Коэффициент гармонических искажений, являющийся одним из показателей качества электрической энергии, у генераторов инверторного типа, значительно ниже предельной величины, допускаемой действующими сетевыми правилами.

Возможно, вам будет интересно:

Обслуживание системы отопления на электродном оборудовании

Электродные котлы – техническая разработка для обогрева дачи помещений с небольшой площадью. Особенность, которая отличает от аппарата, работающего на ТЭНе — невозможность поломки от перепада напряжения.

Во время эксплуатации прибора, работающего на пределе, внутри корпуса образуется высокая температура, давление, возникает циркуляция некачественного теплоносителя, устройство очень быстро изнашивается. В таких условиях происходит износ электродов, изоляторов, герметичность соединений придет в негодность.

Чистка прибора

Чтобы провести обслуживание, нужно демонтировать устройство. Открутить резьбовое соединение на фланце, вытащить электрод.
Оцените, насколько изношены электроды. Убедитесь, что изоляторы целые. На корпусе нет трещин. Если электроды изношены более чем на 40%, требуется замена оборудования.
Проведите чистку поверхности электродов, держателей.
Очистите внутреннюю часть корпуса.
Можно собирать аппарат в обратном порядке.
Проведите обезжиривание поверхностей, нанесите герметик. Понадобится высокотемпературная субстанция.

Набор для ремонта

Как выбрать генератор для газового котла

Минимально необходимая мощность

Первым, на что стоит обратить внимание, определившись с видом используемого топлива и наличием инвертора, – мощность генератора. Рассчитать мощность электрогенератора просто: она равна суммарной пусковой и рабочей мощности всех подключаемых устройств

Также рекомендуется заложить запас в 20-30%.

Необходимая мощность для обеспечения работы газового котла указана в его инструкции по эксплуатации как электропотребление или потребляемая мощность (раздел технических характеристик). Обычно это небольшие значения порядка 120-180 Вт. Приблизительно столько же (в среднем 150 Вт) потребляет циркуляционный насос, при его наличии, и приблизительно столько же потребляет турбина в турбированных моделях котлов.

Итого, если к генератору будет подключен только газовый котел, минимально необходимая мощность = 120-180 + 150 + 150 + 20-30% = 504-624 Вт или 0,5-0,62 кВт.

Синхронный или асинхронный

Синхронный	Асинхронный
Величина напряжения и его частота поддерживаются стабильно и с высокой точностью	Величина напряжения и частота изменяются в относительно большом диапазоне
Уязвим к электрическим перегрузкам при пуске и в установленном режиме	Устойчив к электрическим перегрузкам при пуске и в установленном режиме
Более дорогостоящие, имеют более сложную конструкцию и более высокие требования к обслуживанию	Более дешевые, простые и надежные, неприхотливые к обслуживанию

Синхронные генераторы – отличное решение, если необходима сверхточные характеристики тока, а в сети часто случаются серьезные перепады напряжения. В случае ограниченного бюджета достаточно обычного асинхронного генератора, защитить работу системы отопления от перепадов напряжения в отечественной сети электроснабжения можно с помощью стабилизатора (или инверторного типа генератора, где он уже установлен) и ИБП (источника бесперебойного питания).

Напряжение

Перепады напряжения могут сказаться на электронике котла. Для дорогостоящих моделей газовых котлов с многофункциональной автоматикой лучше позаботиться о качестве напряжения, выходящего из генератора.

Частота

Как правило, энергозависимые газовые котлы рассчитаны на частоту 50 Гц, что указано в инструкции по эксплуатации модели. Практически все модели генераторов (за исключением более мощных промышленных) рассчитаны на частоту 50 Гц. Если частота будет отличаться, то выйдет из строя контроллер котла.

Наличие сквозной нейтрали

Существуют фазозависимые и фазонезависимые газовые котлы, что указано в инструкции.

Если фазонезависимые модели котлов не вызывают никаких трудностей, то для нормальной работы фазозависимых котлов обязательно необходимо наличие сквозной нейтрали или виртуального нуля. Выраженной фазы у большинства моделей генераторов нет. В таком случае необходимо либо подбирать генератор с наличием четкой фазы и нуля, либо подключать генератор через трансформатор. Также есть опыт принятия за фазу клеммы с большим потенциалом к заземлению.

Другие критерии

Определившись с основными техническими критериями, можно обратить внимание на:

время непрерывной работы – обычные бытовые генераторы не могут работать беспрерывно 24/7, поскольку двигателю необходимы перерывы на охлаждение. Если более габаритные модели часто могут работать по 12-16 часов и более, то компактные бензиновые модели весом до 10 кг ограничены 3-5 часами беспрерывной работы;
способ запуска – есть модели с ручным и автоматическим запуском. Последние более удобны, способны обеспечить абсолютную автономность системы отопления, но автозапуск используется в основном на более дорогих и мощных моделях;
уровень шума – зависит от рабочих оборотов двигателя, возможности регулировки мощности и наличия звукоизоляции. Обычно звукоизоляционным кожухом обладают компактные маломощные бензогенераторы.

Прочие критерии

Решив вопросы с основными техническими пунктами, уделите внимание следующим:

Продолжительность работы без пауз. Рядовые бытовые модели не способны трудиться в режиме 24/7. Ведь их двигатель нуждается в перерывах на охлаждение. Более массивные и мощные агрегаты выдерживают от 12 до 16 часов. Компактные версии, весящие менее 10 кг, работают без отдыха 3-5 часов.
Метод запуска. Здесь всего два варианта: ручной и автоматический. Второй гарантирует полную автономность отопительной сети. Но такой опцией обладают только дорогие и мощные аппараты.
Показатели шума. Они обусловлены функциональными оборотами двигателя, возможностью контроля над ними и наличием шумоизоляции. Почти все генераторы с малой мощностью имеют специальный кожух, изолирующий звук.

Сфера использования и возможности котлов Vitotwin

Котлы Vitotwin являют собой независимую микро-ТЭЦ, приготовленную для обогревания помещений от 40 до 260 м?. Оборудование прекрасно подойдет для обогрева 1-2 комнатных квартир, но может, с одинаковой эффективностью, использоваться и для приватных домов.

Технические свойства оборудования значительно увеличивают его возможности:

Модели Висман подойдут для модернизации уже существующей и производства новой системы обогрева дома.
Одновременно формируется тепловая энергия и электричество. Мощность вырабатываемого напряжения от 0,6 до 1 кВт.
Котел конденсационного типа, с двигателем Стирлинга, с ограниченной мощностью, может применяться только для пиковых нагрузок, покрывая минус тепла на протяжении конкретного временного промежутка.
Оборудование подсоединяют как запасной источник питания к твердотопливному агрегату.
В корпусе котла размещен лишь один контур отопления. Для оснащения нужд ГВС, рассчитано подключение к внешнему электрическому водонагревателю накопителю.
Разрешается установка аккумулятора электрической энергии, остающейся после покрытия потребностей в электричестве автоматики и циркуляционного оборудования. Накопившуюся энергию можно применять в бытовых нуждах.

Разновидности и устройство газового котла

Классификация котлов, функционирующих с помощью газа, является следующей:

образцы напольного и настенного типа. Если говорить об удобстве, то более приемлемым будет настенное оборудование, которое более характерно для частных построек. Основное достоинство напольного агрегата заключается в его гораздо большей мощности, вследствие чего с его помощью можно обогреть помещение с весьма существенной площадью. Такие модели очень часто эксплуатируются на производстве;
газовые котлы атмосферного и турбированного типа. Чтобы понять, как работает газовое отопление с атмосферным котлом, можно вспомнить принцип функционирования стандартной печи, где воздух из помещения поступает в специально предназначенный дымоход благодаря естественной тяге. Турбированные аппараты оснащены вентилятором, который входит в конструкцию, а камера сгорания топлива является полностью закрытой, поэтому все необходимое количество воздуха поступает с улицы (подробнее: «Как устроен турбированный газовый котел – принцип работы, преимущества и недостатки»);
механизмы с одним и двумя контурами. Устройство газового котла с одним контуром рассчитано так, чтобы это оборудование использовалось исключительно для обогрева комнат, в то время как приборы с двумя контурами способны также играть важную роль в системе водоснабжения, обеспечивая помещение горячей водой;
котлы, оснащенные обычной горелкой или горелкой модулируемой (детальнее: «Какие бывают газовые горелки для котлов отопления – виды, различия, правила использования»). Во втором случае мощность работающего оборудования регулируется автоматическим образом, благодаря чему можно значительно уменьшить расходы на топливо;

Отличия газо- и водотрубных котлов по схеме работы

Емкость, позволяющая создавать пар, обычно выполняется из одной или нескольких труб. Находящая в них вода прогревается за счет разогретых газов, выделяемых в процессе горения топлива. Такая конструкция подразумевает, что газ сам поднимается к заполненным водой трубам, и устройства, работающие по такому принципу, называются газотрубными котлами.

В другом типе котлов газ перемещается по трубе в самой емкости с водой. Емкость в данном случае называется барабаном, а сам котел относится к категории водотрубных. Заполненные водой барабаны могут располагаться горизонтально, вертикально, радиально или же комбинировано, в зависимости от чего выделяют соответствующие виды водотрубных котлов.

Сравнение особенностей рассматриваемых видов котлов позволяет сделать следующие выводы:

Первое отличие – разные размеры используемых труб. Газотрубные устройства оснащаются достаточно большими трубами по сравнению с изделиями, которые используются в водотрубных котлах.
Следующее отличие заключается в разнице мощностей. Предельное значение мощности газотрубных котлов составляет 360 кВт, а максимальное давление не может превышать 1 МПа. Высокое давление и объем пара требуют увеличения толщины стенок устройства, что негативно сказывается на итоговой стоимости котла. Водотрубные котлы такого недостатка лишены – для них вполне могут использоваться тонкие трубы, позволяющие добиться большей температуры и давления по сравнению с газотрубными аналогами.
Водотрубные котлы отличаются не только мощностью и более высокой температурой. К их преимуществам относится еще и возможность выдерживать серьезные перегрузки, что говорит о большей степени безопасности подобных устройств.

Устройство двухконтурного газового котла

Для того чтобы понять принцип работы газового двухконтурного котла, необходимо разобраться в его устройстве. Он состоит из множества отдельных модулей, которые нагревают теплоноситель в отопительном контуре и выполняют переключение на контур ГВС. Слаженная работа всех составляющих позволяет рассчитывать на беспроблемную эксплуатацию оборудования. Зная устройство двухконтурного котла, можно разобраться и в его принципе действия.

Мы не будем рассматривать устройство двухконтурных котлов с точностью до винтика, так как нам достаточно разобраться в назначении основных узлов. Внутри котла мы найдем:

Устройство моделей с двумя контурами: отопительным и контуром ГВС.

Горелку, располагающуюся в открытой или закрытой камере сгорания – это сердце любого отопительного котла. Она нагревает теплоноситель и генерирует тепло для работы контура ГВС. Для обеспечения точной поддержки заданной температуры она наделяется системой электронной модуляции пламени;
Камеру сгорания – в ней располагается вышеуказанная горелка. Она может быть открытой или закрытой. В закрытой камере сгорания (а точнее, над ней) мы найдем вентилятор, отвечающей за нагнетание воздуха и за удаление продуктов сгорания. Именно он и является источником тихого шума при включении котла;
Циркуляционный насос – обеспечивает принудительную циркуляцию теплоносителя по отопительной системе и при работе контура ГВС. В отличие от вентилятора камеры сгорания, насос не является источником шума и работает максимально бесшумно;
Трехходовой клапан – именно эта штука отвечает за переключение системы в режим генерации горячей воды;
Основной теплообменник – в устройстве двухконтурного настенного газового котла он располагается над горелкой, в камере сгорания. Здесь происходит нагрев теплоносителя, используемого в контуре отопления или в контуре ГВС для нагрева воды;
Вторичный теплообменник – именно в нем происходит подготовка горячей воды ;
Автоматику – она контролирует параметры работы техники, проверяет температуру теплоносителя и горячей воды, управляет модуляцией, включает и отключает различные узлы, контролирует наличие пламени, фиксирует ошибки и выполняет прочие полезные функции.

В нижней части корпусов располагаются патрубки для подключения отопительной системы, труб с холодной водой, труб с горячей водой и с газом.

В некоторых моделях газовых двухконтурных котлов используются сдвоенные теплообменники. Но принцип работы остается практически тем же самым.

Можно заметить, что устройство газовой колонки отличается только отсутствием контура отопления.

Мы выяснили устройство двухконтурного настенного газового котла – оно кажется немного сложным, но если разобраться в назначении тех или иных узлов, то сложности исчезнут. Здесь мы можем отметить схожесть с газовым проточным водонагревателем, от которого здесь осталась горелка с теплообменником. Все остальное взято от настенных одноконтурных котлов. Несомненным плюсом является наличие встроенной обвязки – это расширительный бачок, циркуляционный насос и группа безопасности .

Разбирая принцип работы и устройство газового двухконтурного котла, следует отметить тот факт, что вода из контура ГВС никогда не смешивается с теплоносителем. В отопительную систему теплоноситель заливается через отдельную трубу, подключенную к отоплению. Горячая вода подготавливается за счет части теплоносителя, циркулирующего через вторичный теплообменник. Впрочем, об этом мы расскажем чуточку позже.

Термоэлектрогенераторы

Электростанции с генераторами, построенными по принципу Пельтье – достаточно интересный вариант.

Физик Пельтье обнаружил эффект, который сводится к тому, что при пропускании электроэнергии через проводники, состоящие из двух разнородных материалов, на одном из контактов происходит поглощение тепла, а на втором – выделение.

Причем эффект этот обратный – если с одной стороны проводник разогревать, а со второй – охлаждать, то в нем будет образовываться электроэнергия.

Именно обратный эффект используется в электростанциях на дровах. При сгорании они разогревают одну половину пластины (она и является термоэлектрогенератором), состоящую их кубиков, сделанных из разных металлов, а вторая же ее часть – охлаждается (для чего используются теплообменники), в результате чего на выводах пластины появляется электроэнергия.

Но есть у такого генератора несколько нюансов. Один из них – параметры выделяемой энергии напрямую зависят от разницы температуры на концах пластины, поэтому для их выравнивания и стабилизации необходимо использование регулятора напряжения.

Рекомендуем: Дефлектор на дымоход газового котла — требования к установке и правила монтажа

Второй нюанс заключается в том, что выделяемая энергия – лишь побочный эффект, большая часть энергии при сгорании дров просто преобразуется в тепло. Из-за этого КПД такого типа станции не очень высокая.

К достоинствам электростанций с термоэлектрогенераторами относятся:

Длительный срок службы (нет подвижных частей);
Одновременно вырабатывается не только энергия, но и тепло, которое можно использоваться для обогрева или приготовления пищи;
Бесшумность работы.

Электростанции на дровах, использующие принцип Пельтье, — достаточно распространенный вариант, и выпускаются как портативные устройства, которые способны лишь выделить электроэнергии для зарядки маломощных потребителей (телефона, фонаря), так и промышленные, способные запитать мощные агрегаты.

Firman H03651 CARB & CETL

Для менее известного бренда, это продукт, который вы должны определенно рассмотреть за его соотношение цены и качества. Он имеет один из небольших топливных баков, но при этом способен работать в течение 14 часов при 25% нагрузке и более 10 часов при работе на пропане.

Есть несколько дополнительных функций безопасности, таких как закрытые розетки и автоматическое отключение масла. Он также более портативный, чем некоторые другие модели, поскольку он меньше весит, имеет складную U-образную ручку для удобного перемещения и хранения.

В целом, это отличная альтернатива крупным брендам.

Готовый для любых задач, портативный гибридный двухтопливный генератор H03651 обеспечивает питание по требованию. Отлично подходит для , аварийного электроснабжения, работы и отдыха на свежем воздухе.

Двухтопливный двигатель объемом 208 куб. см

Плюсы и минусы

ПЛЮСЫ:

Красивый портативный корпус

Доступный

Хорошее время работы

МИНУСЫ:

Несколько розеток

Плохая упаковка

Устройство и принцип работы микро-ТЭЦ Vitotwin

Главным отличием микро-ТЭЦ на двигателе Стирлинга, представленной компанией Viessmann, является наличие двух современных и инновационных решений, увеличивающих производительность, обеспечивающих полную автономность и экономичность.

В каждой модели данной серии используется:

Двигатель Стирлинга.

Конденсационный модуль.

Благодаря двум изменениям в конструкции, обеспечиваются следующие преимущества:

Возможность модернизации уже существующей или изготовление новой системы отопления частного дома, большой площади.

Полная независимость от электроснабжения. Малошумный режим работы. Одновременное производство тепловой энергии и электричества.

Хотя производительность и параметры моделей серии могут меняться, неизменным остается принцип работы, используемый в котлах. Понимание того, как работают основные модули, поможет с максимальной эффективностью использовать оборудование.

Двигатель Стирлинга

Свое название, двигатель Стерлинга получил от фамилии человека, разработавшего первую простейшую модель оборудования. С тех пор, устройство используется в разных видах бытовой техники, системах отопления, компьютерах и т.д.

Принцип работы двигателя Стирлинга заключается в следующем:

Закрытый блок с жестким корпусом имеет встроенную эластичную мембрану.

Мембрана соединена с рабочим поршнем. При нагревании, стенки мембраны выгибаются наружу и приводят в движение кривошипно-шатунный механизм. При остывании двигателя, мембрана приходит в первоначальное положение, а после выгибается внутрь.

Производитель отопительного оборудования Висман усовершенствовал рабочий процесс, заставив кривошипно-шатунный механизм преобразовывать кинетическую энергию в электричество. В результате, при горении газа, в зависимости от модели котла, продуцируется от 0,6 до 1 кВт электроэнергии. Этого более чем достаточно для обеспечения независимой работы автоматики и всех энергозависимых модулей.

Конденсационный модуль

Для увеличения производительности котла с встроенным двигателем Стерлинга, используется принцип конденсационного нагрева теплоносителя. Модуль, установленный в корпусе, использует температуру отходящих дымовых газов, для получения дополнительной тепловой энергии.

Настенный газовый отопительный котел использует следующий принцип работы:

В процессе сгорания газа выделяются дымовые газы, содержащие определенное количество нагретых частиц пара.

Вместо моментального выведения продуктов сгорания в дымоход (как происходит в котлах традиционного типа), они направляются в конденсационный модуль. Там тепло аккумулируется теплообменником, что приводит к усиленному продуцированию конденсата.

В результате применения конденсационного блока, теплоотдача от горения газа увеличивается на 15-20%, что делает низкотемпературные котлы одним из самых экономичных и производительных типов оборудования.

Основные характеристики

При выборе конкретной модели устройства учитываются его задачи и технические характеристики.

Мощность

Мощный газовый электрогенератор способен обеспечить все приборы в доме питанием

От мощности агрегата зависит, сколько приборов может снабжать газогенераторная станция. Показатель колеблется в пределах 2-500 кВт.

Основные группы устройств:

До 10 кВт. Устанавливаются в качестве резервного источника электроэнергии на даче или в частном доме. К нему можно подключать холодильник, освещение, кондиционер. Иногда можно запускать стиральную машину или микроволновку.
От 10 до 25 кВт. Такие газовые генераторы электричества применяются для автономного обеспечения загородных домов и коттеджей. Они позволяют подключать все бытовые приборы с высоким пусковым коэффициентом.
Больше 25 кВт. Устанавливаются для электроснабжения нескольких домов, строительного объекта, производственного цеха.

Система охлаждения

В бытовых приборах охлаждение происходит воздухом

Генератор на газу для электричества работает исправно, если не перегревается. Для предупреждения проблемы применяются несколько типов систем охлаждения: воздушная и водяная. Первый вариант бывает естественным (подходит для открытых устройств с минимальной мощностью) и принудительным. Двигатель и генератор обдувается воздухом с разных направлений.

Водяное охлаждение подходит для мощных устройств (от 20 кВт) на промышленных предприятиях. Оно нормализует температуру генератора и позволяет использовать его для отопления или горячего водоснабжения. В работе система практически не шумит.

Продолжительность работы

Газогенераторы аварийного включения способны работать не более 12 часов

По продолжительности работы выделяются такие устройства:

Постоянного действия. Это автономная установка, которая полностью обеспечивает бытовые приборы электричеством. Без перерыва такой агрегат способен работать до 20 часов. Он оснащается автоматической системой управления (включения-выключения), а также водяным охлаждением. Периодически аппарат останавливают для замены масла.
Периодического электроснабжения. Аппараты устанавливаются на дачных участках или промышленных цехах с изменчивым рабочим графиком. Максимальное время работы составляет 12 часов. Так как устройство оснащено воздушной системой охлаждения, более длительный период эксплуатации невозможен.
Аварийного включения. Не используются для постоянного снабжения дома электричеством. Такие устройства нужны, если питание в основной сети отключается на некоторое время.

Для бытового использования могут быть применены все виды аппаратов. Учитывается, какие функции должен выполнять агрегат.

Тип топлива

Генератор способен работать на биогазе

Работают электрогенераторы на газу. Если центральной магистрали нет, разрешается применять баллоны со сжиженным видом топлива. При ее наличии для подключения требуется разрешение коммунальных служб. Давление в сети при этом соответствует 1,3-2,5 кПа. Вместо классического варианта топлива может применяться бутан, пропан, биогаз. Давление при использовании сжиженного топлива составляет 2-6 кПа.